傳統(tǒng)資源量估算方法在第三類礦產(chǎn)中的應(yīng)用與對(duì)比研究：以寧夏某建筑用石灰?guī)r礦山為例

張鵬川，褚小東，曾建平，劉建兵

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)，北京 100083；2.寧夏地質(zhì)局，寧夏 銀川 750021；3.寧夏地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，寧夏 銀川 750021；4.寧夏有色金屬地質(zhì)勘查院，寧夏 銀川 750002)

傳統(tǒng)資源量估算方法在第三類礦產(chǎn)中的應(yīng)用與對(duì)比研究：以寧夏某建筑用石灰?guī)r礦山為例

張鵬川1，2，褚小東1，3，曾建平4，劉建兵4

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)，北京 100083；2.寧夏地質(zhì)局，寧夏 銀川 750021；3.寧夏地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，寧夏 銀川 750021；4.寧夏有色金屬地質(zhì)勘查院，寧夏 銀川 750002)

第三類礦產(chǎn)資源量估算一般采用傳統(tǒng)資源量估算方法，但是不同方法估算的結(jié)果相差較大。本文以寧夏某建筑用石灰?guī)r礦山為例，利用AutoCAD軟件建立了礦山可采范圍模型并測(cè)量了資源量，通過(guò)與利用平行斷面法、水平斷面法和水平投影地質(zhì)塊段法估算的資源量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)平行斷面法誤差最大，水平投影地質(zhì)塊段法次之，水平斷面法最小。研究結(jié)果表明：對(duì)于礦體形態(tài)簡(jiǎn)單礦山，上述三種方法均可采用，一般宜采用平行斷面法或水平投影地質(zhì)塊段法；對(duì)于礦體形態(tài)復(fù)雜礦山，應(yīng)該優(yōu)先采用水平斷面法，并根據(jù)礦體形態(tài)變化，選擇合適的水平斷面。

第三類礦產(chǎn)；資源量估算；平行斷面法；水平投影地質(zhì)塊段法；水平斷面法

針對(duì)第一、二類礦產(chǎn)資源量估算方法的研究工作開展較多，并且多側(cè)重于傳統(tǒng)方法與地質(zhì)統(tǒng)計(jì)、信息技術(shù)相結(jié)合或者地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法的領(lǐng)域[1-6]。對(duì)第三類礦產(chǎn)往往由于價(jià)值低、規(guī)模小卻很少關(guān)注，但第三類礦產(chǎn)卻是三類礦產(chǎn)中礦山數(shù)量最多的，以寧夏為例，寧夏礦產(chǎn)資源總體規(guī)劃(2016～2020年)中統(tǒng)計(jì)截至2015年底，第一類、第二類礦產(chǎn)礦山數(shù)量共142個(gè)，而第三類礦產(chǎn)礦山數(shù)量為398個(gè)，占礦山總數(shù)的73.7%。第三類礦產(chǎn)資源量估算基本都采用傳統(tǒng)資源量估算方法，但對(duì)于利用不同的估算方法估算第三類礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量的準(zhǔn)確性卻很少有人研究。

本文以寧夏某地一個(gè)新設(shè)建筑石料用石灰?guī)r礦為例，建立了三維模型，采用不同的估算方法估算資源量，對(duì)比不同方法之間的差異，提出第三類礦產(chǎn)資源量估算相對(duì)準(zhǔn)確的方法。

1 第三類礦產(chǎn)特征

第三類礦產(chǎn)是指國(guó)土資源部下發(fā)的《關(guān)于進(jìn)一步規(guī)范礦業(yè)權(quán)出讓管理的通知》(國(guó)土資發(fā)〔2006〕12號(hào))中確定的第三類礦產(chǎn)，包括：石灰?guī)r(建筑石料用)、砂巖(磚瓦用)、天然石英砂(建筑、磚瓦用)、黏土(磚瓦用)、頁(yè)巖(磚瓦用)。第三類礦產(chǎn)不再設(shè)探礦權(quán)，而以招標(biāo)拍賣掛牌方式直接出讓采礦權(quán)。

第三類礦產(chǎn)的共同特點(diǎn)是：礦區(qū)范圍小，一般單個(gè)礦山面積小于1 km2；資源儲(chǔ)量少，單個(gè)礦山資源量多在100萬(wàn)t以內(nèi)，極少數(shù)達(dá)到幾百萬(wàn)噸，甚至上千萬(wàn)噸；出讓費(fèi)用小，以寧夏為例，一般磚瓦用黏土為0.2元/m3左右，建筑用砂礦為0.6元/m3左右，建筑用石料為1元/m3左右；開發(fā)投入少，一個(gè)新建礦山一般投資多在幾百萬(wàn)元，少數(shù)達(dá)到上千萬(wàn)元；開采周期短，一般開采周期不超過(guò)10年；地質(zhì)特征簡(jiǎn)單，礦床無(wú)覆蓋層或者淺覆蓋，礦體無(wú)夾石或僅含少量夾石，礦區(qū)三維空間內(nèi)主體均為礦石。正是以上特征，導(dǎo)致第三類礦產(chǎn)并不受管理部門重視和研究部門關(guān)注[7-8]。

2 第三類礦產(chǎn)資源量估算常用方法

第三類礦產(chǎn)資源量估算常用方法均為傳統(tǒng)資源量估算方法，傳統(tǒng)資源量估算方法的實(shí)質(zhì)是將自然界不規(guī)則的地質(zhì)體近似成為一個(gè)規(guī)則的幾何體，然后運(yùn)用幾何學(xué)的方法計(jì)算集合體的體積，從而得到礦體的資源儲(chǔ)量。傳統(tǒng)資源量估算方法包括兩個(gè)基本方法：斷面法和地質(zhì)塊段法[9]。在這兩種方法的基礎(chǔ)上，可細(xì)分為多種方法[10]，在第三類礦產(chǎn)資源量估算中用到的有平行斷面法、不平行斷面法、水平斷面法、水平投影地質(zhì)塊段法。

表1 第三類礦產(chǎn)資源量估算常用方法

式中：S、S1、S2為斷面(水平或垂直)上礦體的面積；S1＇、S2＇為中線分割后兩個(gè)塊體的水平投影面積；L為兩垂直斷面之間的距離；H為兩水平斷面之間的高差；M為塊段平均厚度。

平行斷面法是指利用相互平行布置的勘查線剖面估算資源量，其原理是將礦體近似為在不同勘查線剖面上的斷面直線連接的幾何體，根據(jù)各斷面面積和斷面之間的距離估算資源量，按照近似的幾何體形態(tài)不同，分別采用梯形體公式法、截錐體公式法、楔形體公式法、錐形體公式法。

不平行斷面法與平行斷面法原理相同，但是由于受礦體形態(tài)、采礦權(quán)邊界等因素影響，布置的勘查線剖面不平行，一般采用中線法。

水平斷面法是按照不同水平(等高線)切割礦體估算資源量，其原理是將礦體近似為在不同水平的斷面直線連接的幾何體，根據(jù)水平斷面面積和斷面高差估算資源量，計(jì)算方法與平行斷面法相同。由于利用了等高線切割礦體，往往與“等高線法”混淆，而水平斷面法與等高線法在資源量估算計(jì)算方法上有本質(zhì)區(qū)別。

水平投影地質(zhì)塊段法是算術(shù)平均法改進(jìn)的一種資源量估算方法，其原理是將礦體投影到一個(gè)水平面上，按照資源儲(chǔ)量類型、開發(fā)現(xiàn)狀、礦石品級(jí)等因素將礦體劃分不同塊段，每個(gè)塊段近似為一個(gè)等厚度的均一的板狀體，按照板狀體的面積和平均厚度計(jì)算資源量。

3 不同方法應(yīng)用對(duì)比

為了對(duì)比不同方法估算對(duì)資源量的影響，特別選擇一個(gè)比較具有代表性的建筑用石灰?guī)r礦山，該礦山采礦權(quán)邊界呈不規(guī)則形狀，開采標(biāo)高+1 750～+1 825 m，地形起伏較大、礦體形態(tài)較為復(fù)雜。同時(shí)該礦山礦體無(wú)覆蓋層、無(wú)夾石層，在采礦權(quán)范圍內(nèi)均為可采礦石，因此資源量估算不受覆蓋層、夾石層扣除的不確定因素影響，資源量估算結(jié)果只與資源量估算方法和邊坡扣除方法相關(guān)，盡可能的減少了資源量估算結(jié)果的影響因素。

3.1礦山標(biāo)準(zhǔn)模型的建立

礦山地形圖見圖1，礦山最低標(biāo)高+1 748 m，最高標(biāo)高為+1 821 m，等高距5 m。為了較為準(zhǔn)確的估算礦山資源量，利用AutoCAD軟件建立了礦山三維模型(圖2)。三維模型以地形等高線為基礎(chǔ)，按照等高線由下到上依次放樣后，在溝谷、山梁等處依據(jù)地形特征進(jìn)行修飾而建立。

礦山開采時(shí)，為確保安全，根據(jù)不同礦石類型需留設(shè)不同角度的開采邊坡，按照相關(guān)規(guī)范要求，建筑用石灰?guī)r開采邊坡角為60°。開采邊坡扣除是影響資源量估算準(zhǔn)確性的關(guān)鍵要素之一，為使邊坡扣除的更為精確，標(biāo)準(zhǔn)模型在采礦權(quán)四個(gè)邊界的每一個(gè)高程變化點(diǎn)均按照60°扣除邊坡，其中北西邊界45個(gè)，南東邊界17個(gè)，北東邊界8個(gè)，南西邊界9個(gè)。開采邊坡及扣除開采邊坡后的礦山可采三維模型見圖3。用AutoCAD軟件測(cè)量的體積(即礦山資源量)為68.60萬(wàn)m3。

圖1 礦山地形圖

圖2 礦山三維模型

圖3 礦山安全邊坡及可采范圍三維模型

圖4 平行斷面法估算模型

3.2平行斷面法模型及資源量估算

礦山由北向南依次布置3條勘查線，編號(hào)1、編號(hào)2、編號(hào)3；1線和3線與采礦權(quán)邊界重合，2線位于1線和3線中間，見圖1和圖4。

按照平行斷面法資源量估算方法，先計(jì)算兩個(gè)相鄰勘查線剖面之間塊段的體積，再扣除1線和3線所在邊界的安全邊坡后，即是礦山資源量。礦山塊段按照由北向南編號(hào)為Ⅰ和Ⅱ，各塊段體積計(jì)算見表2。

Ⅰ塊段、Ⅱ塊段安全邊坡扣除的方法有兩種。方法一：首先利用斷面面積除以開采長(zhǎng)度，計(jì)算出平均開采深度(即安全邊坡的平均高度)；其次利用安全邊坡的平均高度和開采邊坡角的余切關(guān)系計(jì)算出安全邊坡的平均寬度；最后利用斷面面積乘以安全邊坡平均寬度的一半近似計(jì)算安全邊坡的體積。安全邊坡體積計(jì)算見表3和圖4。方法二：首先利用斷面面積除以開采長(zhǎng)度，計(jì)算出平均開采深度(即安全邊坡的平均高度)；其次利用安全邊坡的平均高度和開采邊坡角的余切關(guān)系計(jì)算出安全邊坡的平均寬度；再次根據(jù)安全邊坡的平均高度和平均寬度的直角三角形關(guān)系計(jì)算安全邊坡截面積；最后利用截面積和開采長(zhǎng)度即可近似計(jì)算安全邊坡的體積。

從塊段體積中扣除安全邊坡體積，即為礦山資源量，合計(jì)為79.68萬(wàn)m3，見表4。

表2 平行斷面法礦山塊段體積計(jì)算結(jié)果

表3 平行斷面法礦山安全邊坡體積計(jì)算結(jié)果表

表4 平行斷面法礦山資源量估算結(jié)果表

3.3水平斷面法模型及資源量估算

根據(jù)礦山地形特征，選擇+1 750 m、+1 760 m、+1 785 m、+1 800 m四個(gè)標(biāo)高作為水平斷面(圖5)，從下到上劃分4個(gè)塊段7個(gè)小塊段，塊段編號(hào)為水1～水4。每個(gè)斷面根據(jù)開采邊坡角結(jié)合地形變化特征圈定開采底盤范圍，估算塊段體積時(shí)，相鄰兩斷面控制的塊段按照梯形體或截錐體公式計(jì)算，單一斷面外推時(shí)按照錐體公式計(jì)算，估算資源量為66.38萬(wàn)m3。資源量估算見表5和圖6。

圖5 水平斷面法斷面示意圖

圖6 水平斷面法資源量估算模型

3.4水平投影地質(zhì)塊段法模型及資源量估算

水平投影地質(zhì)塊段法估算資源量一般有兩種方法。一種是先根據(jù)地形變化，圈定最終開采底盤范圍，然后以采礦權(quán)界線和最終開采底盤范圍的中線作為近似的可采范圍，在可采范圍內(nèi)按照一定網(wǎng)度布置礦層厚度測(cè)量點(diǎn)，然后以所有厚度測(cè)量點(diǎn)測(cè)量結(jié)果的算術(shù)平均值作為礦層的平均可采厚度，最后以可采范圍面積和平均可采厚度計(jì)算礦山資源量。另一種是根據(jù)勘查線剖面上的可采面積除以勘查線剖面長(zhǎng)度計(jì)算該斷面上的礦層平均厚度，相鄰兩條勘查線剖面構(gòu)成一個(gè)塊段，塊段平均厚度為相鄰勘查線斷面礦層平均厚度的算術(shù)平均值，邊界塊段扣除安全邊坡后的水平投影范圍為資源量估算平面范圍，其他塊段的水平投影范圍即為資源量估算平面范圍。然后根據(jù)各塊段平均厚度和資源量估算平面范圍計(jì)算塊段資源量，最后將各塊段資源量相加即為礦山資源量。

本文按照第二種方法估算資源量，礦山布置3條勘查線剖面，由北到南劃分為兩個(gè)塊段，均為邊界塊段，在1、3勘查線剖面所在邊界需要扣除安全邊坡，安全邊坡按照平行斷面法模型中的方法一扣除，估算資源量為75.24萬(wàn)m3，資源量估算見表6和圖7。

3.5不同方法估算資源量對(duì)比

不同資源量估算方法估算的礦山資源量誤差見表7。其中平行斷面法誤差最大，達(dá)到+16.15%，產(chǎn)生誤差的原因是勘查線剖面位置均位于山的頂部，不能代表礦體的普遍形態(tài)，造成斷面面積大，從其估算模型(圖4)可以看出，此種方法將采礦權(quán)范圍內(nèi)的兩個(gè)溝谷的“空氣”估算到礦石中，而高于剖面的礦石則無(wú)法估算在內(nèi)。水平投影地質(zhì)塊段法誤差次之，為9.68%，該方法將礦體兩個(gè)不同厚度的六面體(圖7)，同樣受勘查線剖面位置影響，造成平均厚度偏大，導(dǎo)致誤差較大。水平斷面法誤差最小，從水平斷面法資源量估算模型(圖6)可以看出，此種估算方法模型與標(biāo)準(zhǔn)模型最為接近，只是在地形細(xì)微變化部分有出入。

表5 水平斷面法估算礦山資源量結(jié)果表

表6 水平投影塊段法估算礦山資源量結(jié)果表

圖7 水平投影地質(zhì)塊段法資源量估算模型

表7 不同資源量估算方法誤差統(tǒng)計(jì)表

4 結(jié) 論

第三類礦產(chǎn)由于其價(jià)值低廉等因素影響，短期內(nèi)仍將主要采用傳統(tǒng)資源量估算方法估算資源量，但是第三類礦產(chǎn)礦山數(shù)量多，而且一般只完成簡(jiǎn)測(cè)后即公開出讓，因此第三類礦產(chǎn)資源量估算的準(zhǔn)確性應(yīng)該引起重視。而選擇合適的資源量估算方法，是準(zhǔn)確估算礦山資源量的基礎(chǔ)。本文通過(guò)對(duì)比研究得出以下結(jié)論。

1)對(duì)于礦體形態(tài)簡(jiǎn)單礦山，如等厚層狀、厚度穩(wěn)定連續(xù)變化的礦山等，上述三種方法均可采用，誤差均不會(huì)太大，一般宜采用平行斷面法或水平投影地質(zhì)塊段法，資源量估算表達(dá)直觀，工作量小。

2)對(duì)于礦體形態(tài)復(fù)雜礦山，如水平投影范圍不規(guī)則、厚度變化大且無(wú)規(guī)律的礦山等，應(yīng)該優(yōu)先采用水平斷面法，并根據(jù)礦體形態(tài)變化，選擇合適的水平斷面；其次可以采用水平投影地質(zhì)塊段法，但應(yīng)該采用按照一定網(wǎng)度布置礦層厚度測(cè)量點(diǎn)的方法計(jì)算礦層平均厚度，盡量將資源量估算誤差降到最低；如一定要采用平行斷面法，必須慎重考慮勘查線剖面布置位置，不能強(qiáng)行重合采礦權(quán)邊界，并在兩條邊界勘查線剖面之間等距離布置勘查線剖面。

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Theapplicationandcomparisonresearchoftraditionalresourcesestimationonthethirdkindsofminerals：acasestudyoflimestonemineusedinconstructioninNingxia

ZHANG Pengchuan1，2，CHU Xiaodong1，3，ZENG Jianping4，LIU Jianbing4

(1.China University of Geosciences (Beijing),Beijing100083,China;2. Geological Bureau of Ningxia, Yinchuan750021, China;3. Institute of Geology and Mineral Resources Exploration of Ningxia, Yinchuan750021, China;4. Geological Prospecting Institute of Nonferrous Metal of Ningxia, Yinchuan750002, China)

Reserve estimation of the third kinds of minerals generally use traditional reserve，but the result of estimation in different methods are lager.In this paper，taking a limestone mine used in construction in Ningxia as an example.The model of recoverable mining area is established and the amount of resources is measured by AutoCAD software.The results are compared with those estimates of resources by using parallel section method，horizontal section method and horizontal projection geological block method.There is a discovery，error with parallel section method is the largest，horizontal projection geological block method is smaller，horizontal section method is the smallest.The research results show that The three methods can be used for the mine which has simple ore body.Generally，the parallel section method or horizontal projection method should adopted；the mine which has complex ore body should prefer horizontal section method.And should select appropriate level section according to ore body form varied.

the third kinds of minerals；resources estimation；parallel section method；horizontal projection geological block method；horizontal section method

2017-02-22責(zé)任編輯：劉艷敏

張鵬川(1968-)，男，漢族，寧夏中衛(wèi)人，碩士，教授級(jí)高級(jí)工程師，主要從事地質(zhì)礦產(chǎn)勘查和管理工作，寧夏地質(zhì)礦產(chǎn)資源勘查開發(fā)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)成員，E-mail: zpc680820@163.com。

褚小東(1983-)，男，漢族，寧夏固原人，碩士，高級(jí)工程師，主要從事煤炭及其他固體礦產(chǎn)勘查與研究工作，寧夏地質(zhì)礦產(chǎn)資源勘查開發(fā)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)成員，E-mail：cxd_0104@163.com。

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：1004-4051(2017)09-0033-05