韓 麗

[淮北礦業(yè)（集團(tuán)）勘探工程有限責(zé)任公司，安徽 淮北 235047]

等高線、平行斷面、三角網(wǎng)法在土石方計(jì)算中的應(yīng)用

韓 麗

[淮北礦業(yè)（集團(tuán)）勘探工程有限責(zé)任公司，安徽 淮北 235047]

建筑石料用灰?guī)r礦開采，礦山地形地貌和開采現(xiàn)狀多具有特殊性和不規(guī)則形狀。為提高開采過(guò)程中土石方量計(jì)算的準(zhǔn)確性，結(jié)合工程實(shí)例，分別闡述各種計(jì)算方法在礦山不同開采時(shí)期的適用情況和具體應(yīng)用。

灰?guī)r礦；地形地貌；方量計(jì)算

1 引言

土石方計(jì)算涉及建筑石料用灰?guī)r礦勘察、設(shè)計(jì)、施工、生產(chǎn)的整個(gè)過(guò)程，其測(cè)量過(guò)程工作量大，計(jì)算工序煩瑣。為保證土石方計(jì)算結(jié)果的精確性，結(jié)合礦山建設(shè)的不同時(shí)期和生產(chǎn)過(guò)程中地形地貌的特殊性，需采用不同計(jì)算方法去切合實(shí)地開采現(xiàn)狀，來(lái)計(jì)算現(xiàn)場(chǎng)開挖的土石方體積或動(dòng)用的礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量。本文以建筑石料用灰?guī)r礦土石方計(jì)算為例，簡(jiǎn)述了等高線法、垂直平行斷面法、DTM三角網(wǎng)法土石方計(jì)算的方法，建議針對(duì)不同情況采用不同計(jì)算方法以保證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2 建筑石料用灰?guī)r礦土石方計(jì)算簡(jiǎn)述

建筑石料用灰?guī)r礦開采，在設(shè)計(jì)初期,首先要核算礦權(quán)范圍內(nèi)礦產(chǎn)資源的保有量。在開采過(guò)程中還要根據(jù)礦山地貌和礦層走向計(jì)算各工作面開挖方量，每年還需統(tǒng)計(jì)礦山所有工作面動(dòng)用的總的資源儲(chǔ)量及類別，并統(tǒng)一匯總編制礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量年報(bào)。開采結(jié)束，還需計(jì)算礦山的實(shí)際開采資源總量。本文結(jié)合建筑石料用灰?guī)r礦開采的不同時(shí)期，開采工作面的不同形狀，分別介紹不同的計(jì)算方法進(jìn)行分析計(jì)算。

2.1 等高線法土石方計(jì)算

建筑石料用灰?guī)r礦多為露天礦山，在建設(shè)初期，其地形地貌多呈原始山體地貌，要精確統(tǒng)計(jì)整個(gè)礦山或礦山局部山體的土石方體積，最好的方式是能生成一個(gè)貼合礦山地表的立體計(jì)算模型。結(jié)合礦山實(shí)際情況，這個(gè)最貼合的立體模型就是測(cè)繪工作中經(jīng)常用到的等高線，只要能勾畫出整個(gè)計(jì)算區(qū)域的等高線，就能計(jì)算出所求的土石方量[1]。而相鄰等高線間的體積計(jì)算公式為：其中A1、A2為相鄰等高線面積，H1、H2為相鄰等高線高程。

圖1 白象山等高線法土石方計(jì)算

如果礦圖上已經(jīng)有完整的等高線，則可直接利用等高線高程和面積計(jì)算出各等高線間的土石方；如果原始地貌沒有等高線或等高線不完整、不閉合，則需實(shí)測(cè)山體地表高程，由高程點(diǎn)內(nèi)插繪制出完整的等高線。最后累加各相鄰等高線間土石方體積，就可計(jì)算出總的土石方體積,如圖1。

2.2 垂直平行斷面法土石方計(jì)算

灰?guī)r礦露天礦床開采，工作面多隨礦層走向呈條帶狀布置，在開采過(guò)程中多形成近似長(zhǎng)條狀的采場(chǎng)。要準(zhǔn)確計(jì)算每個(gè)長(zhǎng)條狀采場(chǎng)的體積，可設(shè)計(jì)采用若干個(gè)垂直平行斷面將條帶狀采場(chǎng)劃分成一個(gè)個(gè)塊段，分別計(jì)算這些塊段體積，最終將各塊段體積相加即為采場(chǎng)動(dòng)用的資源儲(chǔ)量，如圖2。

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量過(guò)程中，先要按斷面線生成原始地貌斷面圖，隨著采場(chǎng)開挖完成，再采集采場(chǎng)地表高程生成開挖后的斷面圖，兩期斷面線疊加，斷面線間包圍面積即為開挖斷面面積，結(jié)合相鄰開挖斷面的形狀和對(duì)應(yīng)面積比，選擇按截錐、楔形尖滅、錐形尖滅體積計(jì)算公式分別計(jì)算各塊段體積，各塊段體積相加即為采場(chǎng)動(dòng)用的資源體積。

計(jì)算工作面塊段體積時(shí)，應(yīng)根據(jù)相鄰斷面的面積比選用合適的計(jì)算公式，通常會(huì)有以下幾種情況出現(xiàn)。

（3）工作面兩端邊緣部位的塊段，當(dāng)左右視面積有一個(gè)為0時(shí)，使用公式或(錐形尖滅)。

式中：S1——塊段左視垂直斷面面積，S2——塊段右視垂直斷面面積，L——對(duì)應(yīng)垂直平行斷面間法線距離，見表1。

圖2 小黃山2#工作面平行斷面圖

表1 小黃山工作面平行斷面法計(jì)算表

2.3 DTM三角網(wǎng)法土石方計(jì)算

在灰?guī)r礦開采過(guò)程中，還有一種典型的需要計(jì)算土石方量的情形，就是統(tǒng)計(jì)礦山內(nèi)料堆體積，而料堆大多堆放在平整的料場(chǎng)內(nèi)，由于料堆形狀多不規(guī)則且呈零散狀，為準(zhǔn)確求取料堆體積，最簡(jiǎn)便的方法是實(shí)測(cè)料堆表面高程，生成料堆立體模型。

在此情況下，合理的計(jì)算方法是生成料堆表面DTM三角網(wǎng)模型[2]，以料場(chǎng)標(biāo)高為計(jì)算基準(zhǔn)面，使三角網(wǎng)模型中每個(gè)三角形和計(jì)算基準(zhǔn)面形成三棱柱，匯總統(tǒng)計(jì)DTM三角網(wǎng)模型下所有三棱柱體積，即可計(jì)算出料堆實(shí)際體積，如圖3。以上功能在南方CASS、天正CAD等諸多軟件中均可實(shí)現(xiàn)，計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)便。

3 實(shí)際計(jì)算過(guò)程中需注意的問(wèn)題

圖3 梧桐路三角網(wǎng)法土石方計(jì)算

(1)DTM三角網(wǎng)法計(jì)算時(shí)，如果計(jì)算的基準(zhǔn)面不是平面，可以用兩期間三角網(wǎng)法來(lái)計(jì)算指定區(qū)域的土石方體積，其過(guò)程是先根據(jù)場(chǎng)地原始地貌生成指定區(qū)域DTM三角網(wǎng)模型；料堆堆積完成，再根據(jù)實(shí)測(cè)高程生成料堆表面DTM三角網(wǎng)模型，兩期三角網(wǎng)模型間體積即為料堆體積。

(2)計(jì)算料堆體積時(shí)，要求計(jì)算的多是礦石實(shí)際體積也即實(shí)方，而實(shí)測(cè)出的只是料堆的虛方，要準(zhǔn)確提供料堆方量，需考慮實(shí)方與虛方之間的換算比例關(guān)系。

(3)以上方法在計(jì)算過(guò)程中，要想計(jì)算結(jié)果更精確，首先要保證高程點(diǎn)采集的密度和代表性，只有高程采集特征準(zhǔn)確、密度適當(dāng)，生成的計(jì)算模型才最貼合現(xiàn)狀。

(4)土石方計(jì)算方法要合理選擇，很多時(shí)候需要幾種計(jì)算方法統(tǒng)籌考慮，相互驗(yàn)證，才能求得最貼合實(shí)際、最準(zhǔn)確的土石方體積。

[1]李青岳，陳永奇.工程測(cè)量學(xué)[M].北京：測(cè)繪出版社，2008：21-22.

[2]張正祿.工程測(cè)量學(xué)[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2005:80-81.

韓麗 (1983― )，女，工程師，學(xué)士，從事工程測(cè)量、地災(zāi)報(bào)告編制及生產(chǎn)技術(shù)管理等工作。E -mail:289505889@qq.com