不同算法在露天礦土石方計算中的應用

孫曉偉（中煤科工集團沈陽設(shè)計研究院有限公司,　沈陽110015）

不同算法在露天礦土石方計算中的應用

孫曉偉
（中煤科工集團沈陽設(shè)計研究院有限公司,沈陽110015）

摘要：在現(xiàn)代中國社會，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。各個露天礦公司也普遍關(guān)注土石方計算問題，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。

關(guān)鍵詞：露天礦；土石方；應用

0　引言

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

1　目前常見的幾種計算土石方量的方法

1.1斷面解析法（人工手動）

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

這里提供一個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)過后來與實際開采量的對比，證明當初的加、算結(jié)果比較準確，這個事例證明了該方法是一種實用性很強的方法，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)達的今天，這種傳統(tǒng)的土方量計算方法應用已很少。

1.2Micromine3D軟件計算方法

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)驗及敏銳的眼光，運用國際最先進的3D技術(shù)，大數(shù)據(jù)庫，統(tǒng)計學，建模技術(shù)，數(shù)字采礦新方法等技術(shù)來實現(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)計模塊，制圖模塊，整體規(guī)劃改進模塊，實用性非常強。

此款軟件在工作時，第一步是具體展開繪制高程線，將最初地形圖添加到當前的繪圖中，進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)，通過計算每個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。

這里提供某個礦的實際情況分析一下這種方法的過程和優(yōu)缺點。用此款軟件計算兩期間的土方量，首先對兩期前后的高程數(shù)據(jù)建立對應的3D模型后疊加，從而計算出兩次工程的土石方量的差。具體步驟如下：第一步，對需要開挖和剝離的地區(qū)原始數(shù)據(jù)進行計算，建立起3D模型存儲起來；第二步，用同樣的方法對開挖后采集的數(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)兩期土方法計算出需要開采剝離的土石方量760436.6立方米。后來的實際開采量也基本與前面的計算量相符（實際開采量為760635.5立方米），準確的計算使得礦領(lǐng)導的決策很恰當，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)濟效益，受到業(yè)內(nèi)專家的一致好評。

1.4方格網(wǎng)法

該方法采用將目標區(qū)域均分的原理，將每個區(qū)域作為底面積為S，平均高程為h的立體圖形從而計算出該立體圖形的體積（在計算平均高程時可以采用量取四個角上的高程取其平均值）。將每個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高差較小的平原地區(qū)，對于高程變化較大的山地，丘陵地區(qū)，其準確度就會有所下降，但可以通過提高網(wǎng)格密度的方式來提高計算的精確程度，對于露天礦來說，該方法適用于求已經(jīng)形成的固定臺階的土方量計算。

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)實中很大的地表形態(tài)縮小反映到圖上，具備了準確，生動，易于觀察理解的優(yōu)點。

下面是DTM方法的一個具體事例：某礦經(jīng)過規(guī)劃，最終決定開挖土方石，計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方法的計算，最后得到的結(jié)果是，估計整個工程建設(shè)需要開挖162.82萬m3，經(jīng)過最后的實踐證明，當初的預算比較準確（后來的實際開采量為162.80萬m3）。

1.6等高線法

這種方法比較考驗工作人員的基本功，根據(jù)圖上封閉的等高線計算需要開挖的土石方量。第一步，利用封閉的等高線將整個地區(qū)分為若干個墩臺型的立體圖形。第二步，計算每個墩臺的上底和下底面積（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算出該墩臺型立體圖形的體積。第三步，將各個墩臺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，所以適應性比較強，基本不受經(jīng)濟條件的制約，但是由于是人手工操作，必定會造成準確度相對較低，適當運用計算機計算便可減少精確度誤差，提高此方法的適應性。

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礦山的各種地質(zhì)條件。如果精度要求不是很高，針對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)條件復雜，區(qū)域邊界不規(guī)整，且要求的準確度高的則需采用DTM三角網(wǎng)法，此種方法的計算量極其龐大，最大的問題是它的計算過程沒有辦法進行核對。Micromine3D軟件計算方法與DTM本質(zhì)上是相同的，所以它也能在比較復雜的地質(zhì)條件下開展工作，該軟件還采用了先進的3D技術(shù)，很好的彌補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行計算。只有應用合適的方法才能得到既經(jīng)濟又合理的計算結(jié)果。

參考文獻：

[1]馬文祥.基于GIS的中小水庫地形和庫容測量實踐[J].測繪通報,2006(08).

[2]張培存,呂存宣，王志軍.斷面測量內(nèi)外一體化系統(tǒng)研究[J].測繪通報,2004(10).

[3]趙吉先.地下工程測量發(fā)展回顧與展望[J].測繪通報,2006(10).

[4]徐理，譚玲.方格網(wǎng)法在大型土石方工程中的應用[J].新余高等學報,2007(12).