孫曉偉（中煤科工集團(tuán)沈陽設(shè)計(jì)研究院有限公司,　沈陽110015）

不同算法在露天礦土石方計(jì)算中的應(yīng)用

孫曉偉
（中煤科工集團(tuán)沈陽設(shè)計(jì)研究院有限公司,沈陽110015）

摘要：在現(xiàn)代中國社會(huì)，露天礦的礦物產(chǎn)量已經(jīng)占據(jù)了國內(nèi)礦物產(chǎn)量的很大份額。各個(gè)露天礦公司也普遍關(guān)注土石方計(jì)算問題，本文介紹了目前正在使用的的幾種方法，并且通過比較分析的方法闡述了各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：露天礦；土石方；應(yīng)用

0　引言

露天礦在工程預(yù)算和方案選擇的時(shí)候都會(huì)考慮土石方量的計(jì)算結(jié)果，因此在露天礦生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)中土石方計(jì)算是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，它直接關(guān)系到開發(fā)礦井企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。精確的土石方計(jì)算就是要快速準(zhǔn)確的利用現(xiàn)場收集的數(shù)據(jù)計(jì)算出土石方量。本文結(jié)合幾個(gè)露天礦分析了目前幾種算法的應(yīng)用情況及其優(yōu)缺點(diǎn)。

1　目前常見的幾種計(jì)算土石方量的方法

1.1斷面解析法（人工手動(dòng)）

根據(jù)最近實(shí)測的地形圖，人為的以一些彼此平行的斷面線將采場范圍劃為幾個(gè)斷面，用它們和高程線的交點(diǎn)制作斷面圖，根據(jù)斷面面積和適當(dāng)?shù)母叩葦?shù)學(xué)公式進(jìn)行土石方量計(jì)算，業(yè)內(nèi)稱這種方法為人工手動(dòng)斷面解析法。

這里提供一個(gè)具體的案例供大家參考。某露天礦根據(jù)自己礦井的具體情況，以地質(zhì)資料為參考，確定斷面線為10米，把初始的地形圖利用斷面線分為N份，然后繪出其中一條斷面線的斷面剖析圖，再繪制開采后地質(zhì)圖上此條斷面線，最后將這兩條線歸置到一起封閉得到剖面圖。舉一反三，畫出其余斷面線上的剖面圖利用相關(guān)高等數(shù)學(xué)公式就能得出此礦在本區(qū)域需清理的土石方量為733668.8立方米。經(jīng)過后來與實(shí)際開采量的對(duì)比，證明當(dāng)初的加、算結(jié)果比較準(zhǔn)確，這個(gè)事例證明了該方法是一種實(shí)用性很強(qiáng)的方法，但此方法只是用于小范圍或者土方量較小的情況下，在信息技術(shù)高度發(fā)達(dá)的今天，這種傳統(tǒng)的土方量計(jì)算方法應(yīng)用已很少。

1.2Micromine3D軟件計(jì)算方法

此款軟件是澳洲Micromine國際礦業(yè)軟件公司根據(jù)本公司多年來市場經(jīng)驗(yàn)及敏銳的眼光，運(yùn)用國際最先進(jìn)的3D技術(shù)，大數(shù)據(jù)庫，統(tǒng)計(jì)學(xué)，建模技術(shù)，數(shù)字采礦新方法等技術(shù)來實(shí)現(xiàn)礦山生產(chǎn)數(shù)字智能化的軟件。該軟件的主要方法就是模塊化計(jì)算，具體包括中心模塊，資源量核算模塊，框架構(gòu)造模塊，開采方法設(shè)計(jì)模塊，制圖模塊，整體規(guī)劃改進(jìn)模塊，實(shí)用性非常強(qiáng)。

此款軟件在工作時(shí)，第一步是具體展開繪制高程線，將最初地形圖添加到當(dāng)前的繪圖中，進(jìn)而繪出幾條主要的地形線，最后經(jīng)由DTM命令建造3D地質(zhì)條件模型。

1.3DTM三角網(wǎng)法

此方法是南方CASS軟件中最有效的土方量計(jì)算方法，它利用原始地質(zhì)資料和開挖后的數(shù)據(jù)分別生成3D數(shù)字模型，也就是所謂的DTM三角網(wǎng)，通過計(jì)算每個(gè)棱柱的體積換算出需要開掘的土石方總量。此款軟件還可以明顯的辨別出開挖和填埋的分界線。

這里提供某個(gè)礦的實(shí)際情況分析一下這種方法的過程和優(yōu)缺點(diǎn)。用此款軟件計(jì)算兩期間的土方量，首先對(duì)兩期前后的高程數(shù)據(jù)建立對(duì)應(yīng)的3D模型后疊加，從而計(jì)算出兩次工程的土石方量的差。具體步驟如下：第一步，對(duì)需要開挖和剝離的地區(qū)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，建立起3D模型存儲(chǔ)起來；第二步，用同樣的方法對(duì)開挖后采集的數(shù)據(jù)建立DTM三角網(wǎng)，根據(jù)DTM三角網(wǎng)模型；第三步，采用DTM三角網(wǎng)兩期土方法計(jì)算出需要開采剝離的土石方量760436.6立方米。后來的實(shí)際開采量也基本與前面的計(jì)算量相符（實(shí)際開采量為760635.5立方米），準(zhǔn)確的計(jì)算使得礦領(lǐng)導(dǎo)的決策很恰當(dāng)，為公司后期良好發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)，節(jié)約了成本，為公司帶來了很可觀的經(jīng)濟(jì)效益，受到業(yè)內(nèi)專家的一致好評(píng)。

1.4方格網(wǎng)法

該方法采用將目標(biāo)區(qū)域均分的原理，將每個(gè)區(qū)域作為底面積為S，平均高程為h的立體圖形從而計(jì)算出該立體圖形的體積（在計(jì)算平均高程時(shí)可以采用量取四個(gè)角上的高程取其平均值）。將每個(gè)小體積加起來即可得到需要挖填的土石方量。該方法主要適用于地勢(shì)高差較小的平原地區(qū)，對(duì)于高程變化較大的山地，丘陵地區(qū)，其準(zhǔn)確度就會(huì)有所下降，但可以通過提高網(wǎng)格密度的方式來提高計(jì)算的精確程度，對(duì)于露天礦來說，該方法適用于求已經(jīng)形成的固定臺(tái)階的土方量計(jì)算。

1.5DTM法

地質(zhì)情況的離散程度表示也就是我們通常所說的3D地質(zhì)情況模型，在某些領(lǐng)域也稱作3D高程模型。該方法用我們通常所說的三維坐標(biāo)系（X軸，Y軸，Z軸）來描述規(guī)劃地質(zhì)區(qū)域內(nèi)的具體地質(zhì)情況，把現(xiàn)實(shí)中很大的地表形態(tài)縮小反映到圖上，具備了準(zhǔn)確，生動(dòng)，易于觀察理解的優(yōu)點(diǎn)。

下面是DTM方法的一個(gè)具體事例：某礦經(jīng)過規(guī)劃，最終決定開挖土方石，計(jì)算土方石的開挖量成為了工程要解決的首要問題。經(jīng)過DTM方法的計(jì)算，最后得到的結(jié)果是，估計(jì)整個(gè)工程建設(shè)需要開挖162.82萬m3，經(jīng)過最后的實(shí)踐證明，當(dāng)初的預(yù)算比較準(zhǔn)確（后來的實(shí)際開采量為162.80萬m3）。

1.6等高線法

這種方法比較考驗(yàn)工作人員的基本功，根據(jù)圖上封閉的等高線計(jì)算需要開挖的土石方量。第一步，利用封閉的等高線將整個(gè)地區(qū)分為若干個(gè)墩臺(tái)型的立體圖形。第二步，計(jì)算每個(gè)墩臺(tái)的上底和下底面積（即相鄰的兩條等高線各自圍成的封閉圖形的面積），再結(jié)合兩條等高線之間的高程差計(jì)算出該墩臺(tái)型立體圖形的體積。第三步，將各個(gè)墩臺(tái)型立體圖形的體積疊加求和便可得到需要開挖的總土石方量。該方法比較古老，不需要太多的現(xiàn)代化電腦設(shè)備，所以適應(yīng)性比較強(qiáng)，基本不受經(jīng)濟(jì)條件的制約，但是由于是人手工操作，必定會(huì)造成準(zhǔn)確度相對(duì)較低，適當(dāng)運(yùn)用計(jì)算機(jī)計(jì)算便可減少精確度誤差，提高此方法的適應(yīng)性。

2　總結(jié)

上述幾種方法例如等高線法，網(wǎng)格法，DTM三角網(wǎng)法和Micromine3D軟件等方法能夠很好的適應(yīng)礦山的各種地質(zhì)條件。如果精度要求不是很高，針對(duì)挖深較大的狹長地區(qū)可以采用網(wǎng)格法和斷面法。地質(zhì)條件復(fù)雜，區(qū)域邊界不規(guī)整，且要求的準(zhǔn)確度高的則需采用DTM三角網(wǎng)法，此種方法的計(jì)算量極其龐大，最大的問題是它的計(jì)算過程沒有辦法進(jìn)行核對(duì)。Micromine3D軟件計(jì)算方法與DTM本質(zhì)上是相同的，所以它也能在比較復(fù)雜的地質(zhì)條件下開展工作，該軟件還采用了先進(jìn)的3D技術(shù)，很好的彌補(bǔ)了前者直觀性差的不足。所以要根據(jù)不同的條件選擇不同的方法進(jìn)行計(jì)算。只有應(yīng)用合適的方法才能得到既經(jīng)濟(jì)又合理的計(jì)算結(jié)果。

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