基于三維模型的基建探礦設計實例

〔摘 要〕以某地下開采銀鉛鋅礦為例，通過建立礦體三維模型和地質數據庫，結合采礦開拓系統，在三維空間布置基建探礦工程。相比傳統二維平、剖面工程布置形式，該方法具有直觀、高效和工程量估算準確的優點。同時，對探礦設計進行了坑鉆結合和單一鉆探兩種探礦方案的比較。通過比選，最終確定采用單一鉆探的方案，該方案具有投資少和效率高的特點，值得類似礦山借鑒。

〔關鍵詞〕三維模型；開拓系統；探礦工程；探礦方案；單一鉆探

中圖分類號：TＤ１６6 " 文獻標志碼：B" 文章編號：1004-4345（202５）0１-000１-0４

An Example of Capital Construction Exploration Design Based on 3D Model

XIONG Tao

（China Nerin Engineering Co.， Ltd.， Nanchang， Jiangxi 330038， China）

Abstract" Taking a certain underground silver-lead-zinc mine as an example， a capital construction exploration engineering is arranged in three-dimensional space by establishing a three-dimensional model of the ore body and a geological database and adopting a mining development system. Compared with traditional two-dimensional plan and section engineering layout， this method has the advantages of intuitiveness， high efficiency， and accurate quantities estimation. Furthermore， a comparison was made between the combination of underground mining amp; drilling and single drilling in the exploration design. Through comparison， the final decision was made to adopt a single drilling plan， which has the characteristics of low investment and high efficiency， and is worthy of reference for similar mines.

Keywords" 3D model; development system; exploration engineering; exploration plan; single drilling

基建探礦是礦山基建期一項基礎性地質工作。它基于地質勘查成果，緊密結合礦山開采實際與采礦開拓設計，旨在進一步探明基建開拓范圍內礦體的具體情況，以滿足礦山投產時對開采儲備礦量升級的需求，并驗證地質勘查資料的可靠性[1]。基建探礦設計必須與礦山開采設計同步進行，同時應進行探礦方案的比較。

隨著科技的進步與礦山開采技術的不斷發展，傳統的二維工程布置方式已難以滿足現代礦山探礦設計的精度與效率要求。在此背景下，三維模型技術的引入為基建探礦設計帶來了革命性的變革。本文將以某地下開采銀鉛鋅礦為例，分析運用三維模型技術進行基建探礦設計的經驗，以期為推動礦山探礦技術的現代化進程提供參考。

1" "礦床地質概況

某礦床位于揚子板塊與華南板塊拼接帶南側，武夷銀多金屬成礦帶北段。礦床成因類型屬斑巖型和層控型的復合成因礦床。

區內共產出銀鉛鋅礦體31個，其中斑巖型礦體15個，層控型礦體16個。平面上礦體分布于120～144號勘探線間，礦體走向長約500 m，寬約800 m；垂向上礦體賦存標高為+246～-527 m。斑巖型礦體總體走向北東，傾向北西，傾角15°～65°；層控型礦體總體走向北東，傾向南東，傾角8°～30°，兩者大致呈“人”字形產出。斑巖型礦體產于花崗斑巖體內及其接觸帶附近，層控型礦體產于侏羅系上統打鼓頂組陸相火山巖含礦層中。該礦床地質剖面示意見圖１。

礦石中金屬礦物主要為輝銀礦、自然銀、自然金、閃鋅礦、方鉛礦、黃鐵礦和磁鐵礦等，脈石礦物主要為石英、長石、硅酸鹽類礦物、碳酸鹽類礦物等。礦石中主要有益組分為銀（Ag）、鉛（Pb）、鋅（Zn），伴生有益組分為金（Au）、鎘（Cd）、硫（S），有害元素為砷（As）。

斑巖型礦石結構主要有中細粒（半）自形—他形晶粒狀結構、斑狀結構、包含結構、充填結構、交代（殘余）結構、碎裂結構等，其次為微（細）—顯微半自形粒狀結構、交代假象結構、固溶體分離結構等。層控型礦石結構主要為中細粒（半）自形—他形晶粒狀結構、包含結構、充填結構、交代（殘余）結構、碎裂結構等，次要有交代假象結構、固溶體分離結構、嵌布結構、乳滴狀結構、球粒結構及鮞狀結構等。斑巖型礦石構造主要為角礫狀構造、塊狀構造、細脈浸染狀構造、稠密（或稀疏）浸染狀構造及脈狀構造等，其次為網脈狀構造、團塊狀構造等。另外局部可見大脈狀構造、皮殼狀構造等；層控型礦石構造主要為塊狀構造、角礫狀構造及脈狀構造等，其次為條帶狀構造、細脈浸染狀構造、網脈狀構造、團塊狀構造等。

該礦石自然類型按礦物組成可劃分為含金銀方鉛閃鋅黃鐵礦、含金輝銀方鉛閃鋅黃鐵礦、含輝銀方鉛閃鋅黃鐵礦、鐵錳輝銀方鉛閃鋅礦、含金銀方鉛閃鋅磁黃鐵礦、輝銀方鉛閃鋅磁鐵礦、鐵錳方鉛閃鋅礦、含鉛鋅銀鐵錳礦、鉛鋅菱鐵錳碳酸鹽礦等礦石；按氧化程度，均為原生硫化礦石。礦石工業類型為鉛鋅礦石、銀礦石和低品位銀礦石，以鉛鋅礦石為主。

2" "礦床地質勘查已有工作

1995年，江西省地礦局九一二大隊按層控疊生型礦床編制了礦區銀鉛鋅礦普查報告，當時探獲銀金屬量1 585 t。2002—2003年，九一二大隊對礦區首采區（130～136線）實施了詳查工作，共計完成鉆探工作量6 217.73 m。2003年5月，該單位提交了首采區詳查報告，該報告提到該礦首采區段探獲銀鉛鋅礦中的銀金屬量640 t、鉛金屬量50.4 kt、鋅金屬量62.3 kt；鉛鋅礦中的銀金屬量14 t、鉛金屬量11.8 kt、鋅金屬量12.6 kt。2004年10月，九一二大隊提交了全礦區詳查報告，共計銀金屬量

1 347 t、鉛金屬量160.2 kt，鋅金屬量217.8 kt。2009—2010年，九一二大隊在詳查基礎上，對礦區首采段實施了資源儲量核實及外圍詳查工作，在其2010年4月提交了礦區首采段資源儲量核實及外圍詳查地質報告中顯示，該區累計探獲保有銀鉛鋅礦+鉛鋅礦總礦石量15 251 kt，其中銀金屬量1 576.03 t、鉛金屬量223.2 kt、鋅金屬量316.0 kt。2016—2017年，該礦山委托九一二大隊實施了全區銀鉛鋅礦資源儲量核實工作，此次核實共計探獲保有銀鉛鋅礦+鉛鋅礦總礦石量12 117 kt，其中銀金屬量980 t、鉛金屬量149.7 kt、鋅金屬量229.2 kt。

綜合以上地勘工作可知，該礦床規模屬中型銀鉛鋅礦床，勘查類型劃分為第Ⅱ勘查類型。礦床采用平行勘探線的勘查方法，以地表鉆探為主要勘查手段，深部布置了少量的坑道工程進行驗證，探礦工程基本沿勘探線布置。礦區采用鉆探工程進行系統控制，以（50～100）m×（80～100）m的工程網度探求控制資源量，以（25～50）m×（40～50）m的工程網度探求探明資源量。礦床各項地質工作已完成，工作質量符合規范要求，勘查類型劃分、勘查方法、技術手段和網度選用基本合理，總體上滿足詳查階段要求。

3" "基建探礦工程的布置

3.1" 基建探礦范圍

基建探礦工作在采礦開拓系統的基礎上開展，必須與開拓工程緊密配合，以避免探礦工程的浪費[2]。就基建探礦的平面范圍而言，它通常限定在開拓系統控制的首采地段。就基建探礦的深度而言，則主要取決于礦床規模和所需三級礦量的要求。當一個中段內的地質資源量滿足要求時，基建探礦可在一個中段內實施，否則需擴展至兩個中段的深度內進行。另外，基建探礦要求在開拓部位探求控制資源量，在采準（地下開采）和備采部位探求探明資源量，為采準工程的正確實施提供依據，因此必須與采礦排產計劃、礦房布置及回采順序緊密結合。

根據采礦工藝要求，將該礦區-200 m中段和

-240 m中段為設計基建開拓中段。根據采礦生產規模及排產計劃的要求，兩個中段同時回采作業。同時，根據采礦的礦房布置、后退式回采順序及中段資源量的估算，本次基建探礦范圍確定為-200 m中段120～128線之間的3個開采盤區以及-240 m中段120～128線之間的2個開采盤區，見圖2。上述盤區內的礦體厚大集中、品位高，地質資源量完全滿足三級礦量的要求，是將來生產主要的開采對象。

3.2" 基建探礦網度

探礦網度即工程密度，是基建探礦設計工作重要的參數之一，它決定了基建探礦工作的精度和探礦效果。基建探礦網度的選取，既要結合地質勘查階段使用的網度，又要考慮采場的布置情況，同時還應考慮礦體形態的變化[3]。

本礦床詳查階段的地質勘查程度較低，基建開拓范圍內的資源量級別只有控制資源量和推斷資源量，其控制程度不足以滿足采準設計的要求。因此，有必要對開拓范圍內尤其是首采地段內的礦體實施基建探礦工作，進一步提高礦體的控制程度和資源量級別。礦床詳查階段采用（50～100） m×（80～100） m的基本工程網度，這是基建探礦網度確定的基礎。本次基建探礦在首采地段的采準部位以（25～50） m×（40～50） m的網度探求探明資源量，在開拓部位以（50～100） m×（80～100） m的網度探求控制資源量。對于零星的小礦體，在上述網度基礎上進一步加密控制。

3.3" 基建探礦工程的三維布置

基建探礦工程布置主要是利用超前掘進開拓工程作為探礦主通道，與開拓工程相互配合，保證探礦工程能最大限度地被采礦所利用。布置的基本原則是優先布置在勘探線上或加密勘探線上[4]。

在中段平面上，利用脈外沿脈工程沿勘探線或平行勘探線布置探礦工程，在采準部位按25～50 m的間距布置，開拓部位按50～100 m間距布置。對于中段間的礦體，則利用沿脈或穿脈工程布置上向或下向扇形孔控制礦體沿傾斜方向的網度，最終在采準部位形成（25～50） m×（40～50） m的探明網度，開拓部位（采準之外）形成（50～100） m×（80～100） m的控制網度。開拓部位的零星小礦體，通過布置斜孔加密控制。

基建探礦工程的傳統布置方法是在中段平面圖上和勘探線剖面圖上完成，本次基建探礦工程選擇通過三維礦業軟件進行布置。三維工程布置的基本步驟是：首先構建地質數據庫、開拓工程實體模型以及礦體三維模型，然后根據確定好的探礦范圍、探礦網度和探礦原則布置探礦工程。對于地下開采礦山，基建探礦通常采用坑探與鉆探結合和單一鉆探兩種探礦方案，其探礦工程三維布置結果見圖3。

4" "探礦方案的比選

為了確定合理的基建探礦方案，基建探礦設計需進行兩個或兩個以上的方案比選。探礦方案的比較主要從探礦費用、施工進度、探礦效果和施工的便利性等方面進行[5]。探礦穿脈斷面尺寸為2.2 m×2.5 m（寬×高），既滿足探礦需求，又可直接為采礦所利用。坑探和鉆探單價分別按800元/m3和300元/m考慮，施工效率分別按5 m/d和30 m/d考慮。統計上述兩種探礦方案的工程量，結合探礦工程單價、施工效率等進行的綜合比較結果見表1。

從表1可以看出，單一鉆探方案盡管工程量多，但其探礦費用遠低于坑鉆結合方案，且施工時間也少于坑鉆結合方案。另外，單一鉆探具有效率高、機動靈活和適應性強的特點。因此，本次基建探礦最終確定采用單一鉆探的探礦方案。

5" "取樣及化驗

確定探礦方案后，需要通過取樣與化驗環節驗證地質勘查資料的可靠性，為后續的礦山開采提供數據支持。通過取樣分析，可以了解礦體的實際地質特征和品位分布，指導采礦工藝的選擇和優化，評估礦體的開采價值和經濟效益。

5.1" 取樣

坑內鉆探在見礦部位取樣。由于鉆探孔徑較小，取樣方式采用全芯取樣，樣長設定為1.5 m。為確保所取樣品能夠真實反映礦體的地質特征和品位情況，鉆探施工及取樣長度均需超出礦體邊界1～2 m。經過統計，此次基建探礦預計取樣量約為750件（含20%的機動量）。

5.2" 化驗

每個樣品均需進行基本分析，分析項目主要包括銀（Ag）、鉛（Pb）、鋅（Zn）等金屬元素的含量檢測。為確保化驗結果的準確性，同一探礦工程、同一礦石類型的連續10個以內基本分析副樣合并成一個組合樣進行分析。通過組合分析，可以了解礦體中其他有益組分和有害元素的分布情況。組合分析項目包括金（Au）、鎘（Cd）、硫（S）等元素的含量檢測。

此外，所有基本分析樣均需進行內部檢驗與外部檢驗。內檢、外檢分別提取基本分析樣的１０％、５％送檢，以確保化驗結果的準確性和可靠性，避免因操作失誤或設備故障等原因導致誤差。經統計，此次基建探礦基本分析樣750件、組合分析樣150件，內檢樣80件、外檢樣40件。

5.3" 基建探礦效果

該礦山設計生產規模為396 kt/a。通過基建探礦工作，在-200 m中段和-240 m中段首采盤區內預計可探獲探明類礦石量800 kt，探明+控制類礦石量1 320 kt，滿足采礦三級礦量的要求，為礦山的后續開采提供了有力的地質保障。

6" "結語

1）基建探礦作為礦山基建期重要的地質工作，其主要目的是進一步提高首采地段的控制程度，滿足礦山投產和生產過程中對開采貯備礦量的需要。

2）基建探礦設計需進行探礦方案的比較，擇優選取。通常以坑內鉆探為主的探礦方式具有成本低、效率高、機動靈活和適應強的優點而被廣泛應用，但探礦效果不及坑探方式。

3）相比傳統的探礦工程的布置方式，利用三維模型布置探礦工程具有直觀、準確和效率高的優點，它能更加直觀地呈現探礦工程與礦體和開拓工程的空間關系，便于調整和優化。尤其是在加密剖面上的工程量，傳統方法通常采用相鄰剖面工程的平均值代替，而在三維模型中則可以直接進行加密剖面的剖切和工程的布置。

參考文獻

[1] 采礦設計手冊編委會礦產地質卷編寫組．采礦設計手冊：礦產地質卷上冊[M]．北京：中國建筑工業出版社，1987．

[2] 張加民．基建探礦方案優選[J]．化工礦物與加工，2006（4）：28-37．

[3] 吳維虎，沈啟武，李志鵬，等．普朗銅礦基建探礦網度的確定與應用[J]．四川冶金，2017，39（5）：34-37．

[4] 李志忠．礦山基建探礦及其成果應用[J]．新疆有色金屬，2006（4）：15-16．

[5] 金銅標．廣東省信宜市銀巖錫礦基建探礦設計及方案比較[J]．有色金屬（礦山部分），2010，62（6）：12-15．