传统资源量估算方法在第三类矿产中的应用与对比研究：以宁夏某建筑用石灰岩矿山为例

张鹏川，褚小东，曾建平，刘建兵

(1.中国地质大学(北京)，北京 100083；2.宁夏地质局，宁夏 银川 750021；3.宁夏地质矿产勘查院，宁夏 银川 750021；4.宁夏有色金属地质勘查院，宁夏 银川 750002)

传统资源量估算方法在第三类矿产中的应用与对比研究：以宁夏某建筑用石灰岩矿山为例

张鹏川1，2，褚小东1，3，曾建平4，刘建兵4

(1.中国地质大学(北京)，北京 100083；2.宁夏地质局，宁夏 银川 750021；3.宁夏地质矿产勘查院，宁夏 银川 750021；4.宁夏有色金属地质勘查院，宁夏 银川 750002)

第三类矿产资源量估算一般采用传统资源量估算方法，但是不同方法估算的结果相差较大。本文以宁夏某建筑用石灰岩矿山为例，利用AutoCAD软件建立了矿山可采范围模型并测量了资源量，通过与利用平行断面法、水平断面法和水平投影地质块段法估算的资源量结果进行对比，发现平行断面法误差最大，水平投影地质块段法次之，水平断面法最小。研究结果表明：对于矿体形态简单矿山，上述三种方法均可采用，一般宜采用平行断面法或水平投影地质块段法；对于矿体形态复杂矿山，应该优先采用水平断面法，并根据矿体形态变化，选择合适的水平断面。

第三类矿产；资源量估算；平行断面法；水平投影地质块段法；水平断面法

针对第一、二类矿产资源量估算方法的研究工作开展较多，并且多侧重于传统方法与地质统计、信息技术相结合或者地质统计学方法的领域[1-6]。对第三类矿产往往由于价值低、规模小却很少关注，但第三类矿产却是三类矿产中矿山数量最多的，以宁夏为例，宁夏矿产资源总体规划(2016～2020年)中统计截至2015年底，第一类、第二类矿产矿山数量共142个，而第三类矿产矿山数量为398个，占矿山总数的73.7%。第三类矿产资源量估算基本都采用传统资源量估算方法，但对于利用不同的估算方法估算第三类矿产资源储量的准确性却很少有人研究。

本文以宁夏某地一个新设建筑石料用石灰岩矿为例，建立了三维模型，采用不同的估算方法估算资源量，对比不同方法之间的差异，提出第三类矿产资源量估算相对准确的方法。

1 第三类矿产特征

第三类矿产是指国土资源部下发的《关于进一步规范矿业权出让管理的通知》(国土资发〔2006〕12号)中确定的第三类矿产，包括：石灰岩(建筑石料用)、砂岩(砖瓦用)、天然石英砂(建筑、砖瓦用)、黏土(砖瓦用)、页岩(砖瓦用)。第三类矿产不再设探矿权，而以招标拍卖挂牌方式直接出让采矿权。

第三类矿产的共同特点是：矿区范围小，一般单个矿山面积小于1 km2；资源储量少，单个矿山资源量多在100万t以内，极少数达到几百万吨，甚至上千万吨；出让费用小，以宁夏为例，一般砖瓦用黏土为0.2元/m3左右，建筑用砂矿为0.6元/m3左右，建筑用石料为1元/m3左右；开发投入少，一个新建矿山一般投资多在几百万元，少数达到上千万元；开采周期短，一般开采周期不超过10年；地质特征简单，矿床无覆盖层或者浅覆盖，矿体无夹石或仅含少量夹石，矿区三维空间内主体均为矿石。正是以上特征，导致第三类矿产并不受管理部门重视和研究部门关注[7-8]。

2 第三类矿产资源量估算常用方法

第三类矿产资源量估算常用方法均为传统资源量估算方法，传统资源量估算方法的实质是将自然界不规则的地质体近似成为一个规则的几何体，然后运用几何学的方法计算集合体的体积，从而得到矿体的资源储量。传统资源量估算方法包括两个基本方法：断面法和地质块段法[9]。在这两种方法的基础上，可细分为多种方法[10]，在第三类矿产资源量估算中用到的有平行断面法、不平行断面法、水平断面法、水平投影地质块段法。

表1 第三类矿产资源量估算常用方法

式中：S、S1、S2为断面(水平或垂直)上矿体的面积；S1＇、S2＇为中线分割后两个块体的水平投影面积；L为两垂直断面之间的距离；H为两水平断面之间的高差；M为块段平均厚度。

平行断面法是指利用相互平行布置的勘查线剖面估算资源量，其原理是将矿体近似为在不同勘查线剖面上的断面直线连接的几何体，根据各断面面积和断面之间的距离估算资源量，按照近似的几何体形态不同，分别采用梯形体公式法、截锥体公式法、楔形体公式法、锥形体公式法。

不平行断面法与平行断面法原理相同，但是由于受矿体形态、采矿权边界等因素影响，布置的勘查线剖面不平行，一般采用中线法。

水平断面法是按照不同水平(等高线)切割矿体估算资源量，其原理是将矿体近似为在不同水平的断面直线连接的几何体，根据水平断面面积和断面高差估算资源量，计算方法与平行断面法相同。由于利用了等高线切割矿体，往往与“等高线法”混淆，而水平断面法与等高线法在资源量估算计算方法上有本质区别。

水平投影地质块段法是算术平均法改进的一种资源量估算方法，其原理是将矿体投影到一个水平面上，按照资源储量类型、开发现状、矿石品级等因素将矿体划分不同块段，每个块段近似为一个等厚度的均一的板状体，按照板状体的面积和平均厚度计算资源量。

3 不同方法应用对比

为了对比不同方法估算对资源量的影响，特别选择一个比较具有代表性的建筑用石灰岩矿山，该矿山采矿权边界呈不规则形状，开采标高+1 750～+1 825 m，地形起伏较大、矿体形态较为复杂。同时该矿山矿体无覆盖层、无夹石层，在采矿权范围内均为可采矿石，因此资源量估算不受覆盖层、夹石层扣除的不确定因素影响，资源量估算结果只与资源量估算方法和边坡扣除方法相关，尽可能的减少了资源量估算结果的影响因素。

3.1矿山标准模型的建立

矿山地形图见图1，矿山最低标高+1 748 m，最高标高为+1 821 m，等高距5 m。为了较为准确的估算矿山资源量，利用AutoCAD软件建立了矿山三维模型(图2)。三维模型以地形等高线为基础，按照等高线由下到上依次放样后，在沟谷、山梁等处依据地形特征进行修饰而建立。

矿山开采时，为确保安全，根据不同矿石类型需留设不同角度的开采边坡，按照相关规范要求，建筑用石灰岩开采边坡角为60°。开采边坡扣除是影响资源量估算准确性的关键要素之一，为使边坡扣除的更为精确，标准模型在采矿权四个边界的每一个高程变化点均按照60°扣除边坡，其中北西边界45个，南东边界17个，北东边界8个，南西边界9个。开采边坡及扣除开采边坡后的矿山可采三维模型见图3。用AutoCAD软件测量的体积(即矿山资源量)为68.60万m3。

图1 矿山地形图

图2 矿山三维模型

图3 矿山安全边坡及可采范围三维模型

图4 平行断面法估算模型

3.2平行断面法模型及资源量估算

矿山由北向南依次布置3条勘查线，编号1、编号2、编号3；1线和3线与采矿权边界重合，2线位于1线和3线中间，见图1和图4。

按照平行断面法资源量估算方法，先计算两个相邻勘查线剖面之间块段的体积，再扣除1线和3线所在边界的安全边坡后，即是矿山资源量。矿山块段按照由北向南编号为Ⅰ和Ⅱ，各块段体积计算见表2。

Ⅰ块段、Ⅱ块段安全边坡扣除的方法有两种。方法一：首先利用断面面积除以开采长度，计算出平均开采深度(即安全边坡的平均高度)；其次利用安全边坡的平均高度和开采边坡角的余切关系计算出安全边坡的平均宽度；最后利用断面面积乘以安全边坡平均宽度的一半近似计算安全边坡的体积。安全边坡体积计算见表3和图4。方法二：首先利用断面面积除以开采长度，计算出平均开采深度(即安全边坡的平均高度)；其次利用安全边坡的平均高度和开采边坡角的余切关系计算出安全边坡的平均宽度；再次根据安全边坡的平均高度和平均宽度的直角三角形关系计算安全边坡截面积；最后利用截面积和开采长度即可近似计算安全边坡的体积。

从块段体积中扣除安全边坡体积，即为矿山资源量，合计为79.68万m3，见表4。

表2 平行断面法矿山块段体积计算结果

表3 平行断面法矿山安全边坡体积计算结果表

表4 平行断面法矿山资源量估算结果表

3.3水平断面法模型及资源量估算

根据矿山地形特征，选择+1 750 m、+1 760 m、+1 785 m、+1 800 m四个标高作为水平断面(图5)，从下到上划分4个块段7个小块段，块段编号为水1～水4。每个断面根据开采边坡角结合地形变化特征圈定开采底盘范围，估算块段体积时，相邻两断面控制的块段按照梯形体或截锥体公式计算，单一断面外推时按照锥体公式计算，估算资源量为66.38万m3。资源量估算见表5和图6。

图5 水平断面法断面示意图

图6 水平断面法资源量估算模型

3.4水平投影地质块段法模型及资源量估算

水平投影地质块段法估算资源量一般有两种方法。一种是先根据地形变化，圈定最终开采底盘范围，然后以采矿权界线和最终开采底盘范围的中线作为近似的可采范围，在可采范围内按照一定网度布置矿层厚度测量点，然后以所有厚度测量点测量结果的算术平均值作为矿层的平均可采厚度，最后以可采范围面积和平均可采厚度计算矿山资源量。另一种是根据勘查线剖面上的可采面积除以勘查线剖面长度计算该断面上的矿层平均厚度，相邻两条勘查线剖面构成一个块段，块段平均厚度为相邻勘查线断面矿层平均厚度的算术平均值，边界块段扣除安全边坡后的水平投影范围为资源量估算平面范围，其他块段的水平投影范围即为资源量估算平面范围。然后根据各块段平均厚度和资源量估算平面范围计算块段资源量，最后将各块段资源量相加即为矿山资源量。

本文按照第二种方法估算资源量，矿山布置3条勘查线剖面，由北到南划分为两个块段，均为边界块段，在1、3勘查线剖面所在边界需要扣除安全边坡，安全边坡按照平行断面法模型中的方法一扣除，估算资源量为75.24万m3，资源量估算见表6和图7。

3.5不同方法估算资源量对比

不同资源量估算方法估算的矿山资源量误差见表7。其中平行断面法误差最大，达到+16.15%，产生误差的原因是勘查线剖面位置均位于山的顶部，不能代表矿体的普遍形态，造成断面面积大，从其估算模型(图4)可以看出，此种方法将采矿权范围内的两个沟谷的“空气”估算到矿石中，而高于剖面的矿石则无法估算在内。水平投影地质块段法误差次之，为9.68%，该方法将矿体两个不同厚度的六面体(图7)，同样受勘查线剖面位置影响，造成平均厚度偏大，导致误差较大。水平断面法误差最小，从水平断面法资源量估算模型(图6)可以看出，此种估算方法模型与标准模型最为接近，只是在地形细微变化部分有出入。

表5 水平断面法估算矿山资源量结果表

表6 水平投影块段法估算矿山资源量结果表

图7 水平投影地质块段法资源量估算模型

表7 不同资源量估算方法误差统计表

4 结 论

第三类矿产由于其价值低廉等因素影响，短期内仍将主要采用传统资源量估算方法估算资源量，但是第三类矿产矿山数量多，而且一般只完成简测后即公开出让，因此第三类矿产资源量估算的准确性应该引起重视。而选择合适的资源量估算方法，是准确估算矿山资源量的基础。本文通过对比研究得出以下结论。

1)对于矿体形态简单矿山，如等厚层状、厚度稳定连续变化的矿山等，上述三种方法均可采用，误差均不会太大，一般宜采用平行断面法或水平投影地质块段法，资源量估算表达直观，工作量小。

2)对于矿体形态复杂矿山，如水平投影范围不规则、厚度变化大且无规律的矿山等，应该优先采用水平断面法，并根据矿体形态变化，选择合适的水平断面；其次可以采用水平投影地质块段法，但应该采用按照一定网度布置矿层厚度测量点的方法计算矿层平均厚度，尽量将资源量估算误差降到最低；如一定要采用平行断面法，必须慎重考虑勘查线剖面布置位置，不能强行重合采矿权边界，并在两条边界勘查线剖面之间等距离布置勘查线剖面。

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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责任编辑：刘艳敏

张鹏川(1968-)，男，汉族，宁夏中卫人，硕士，教授级高级工程师，主要从事地质矿产勘查和管理工作，宁夏地质矿产资源勘查开发创新团队成员，E-mail: zpc680820@163.com。

褚小东(1983-)，男，汉族，宁夏固原人，硕士，高级工程师，主要从事煤炭及其他固体矿产勘查与研究工作，宁夏地质矿产资源勘查开发创新团队成员，E-mail：cxd_0104@163.com。

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