在地质勘探中引进土石方计算软件进行岩体估算

2014-04-22刘海彪

科技视界 2014年23期

刘海彪

（宁夏回族自治区煤田地质局，宁夏银川750002）

0 引言

在勘探中岩体及覆盖层量计算在后期矿区开采工程中有着重要意义和作用，是评价矿区重要的经济价值的重要指标，也是工程设计的一个重要组成部分。覆盖层量是竖向规划或调整的一个重要依据，也直接关系到矿区工程造价，所以在计算覆盖层量时一定要实事求是、精益求精、符合实际。土石方计算是土石方测量内业处理中的一个关键环节，常用的方法有DTM法、断面法、方格网法、等高线法，它们各具特色，有着不同的优越性与局限性，根据实际需要，选择不同的计算方法。利用南方CASS2008计算土石方也是常用的计算软件，具有操作简单、通用性强，高效、快速、准确的计算方法。本文就南方CASS2008软件中方格网法进行详细分解、深度剖析。

1 方格网法计算特点

南方CASS2008软件中方格网法计算的的设计面可以是平面或斜面（a.一个方向放坡：斜面[基准点]、b.二个不同方向放坡：斜面[基准线]），同时也可是多个坡面（利用三角网文件完成）。这样，可以满足不同情况下的土石方计算，解决土石方计算中的很多难题。

2 方格网法计算原理

随着测绘事业的发展，计算机技术的进步，南方CASS2008软件在手工计算土石方的理论基础上，开发出专门的土石方计算功能，并且得到进一步的完善。土石方计算逐步由软件计算替代人工计算，利用人工计算最基本的原理或公式在软件中得到进一步的应用，进而将这种方法应用到地质勘探岩体及覆盖层量的估算。

软件自动根据计算给定计算限制条件，格网宽度，计算步长，计算坡度等条件将覆盖层分成若干个格网，并自动计算上下表面的面积乘以格网高度，进而求的格网的体积，汇总计算区的量，得到整个区的覆盖层量。

3 方格网法计算步骤

由方格网来计算土石方量是根据实地测定的地面点坐标或现实性较强的地形图（X，Y，Z）和设计高程，通过生成方格网来计算每一个方格内的填挖方量，最后累计得到指定范围内填方和挖方的土石方量，并绘出填挖方分界线。

系统首先将方格的四个角上的高程相加（如果角上没有高程点，通过周围高程点内插得出其高程），取平均值与设计高程相减。然后通过指定的方格边长得到每个方格的面积，再用长方体的体积计算公式得到填挖方量。

用方格网法算土石方量，设计面可以是平面，也可以是斜面，还可以是三角网（曲面），考虑到地质勘探特点，勘探区范围大，地形复杂，而煤层底板又是个凸凹不平的曲面，宜采用南方CASS2008软件中两期方格网计算岩体及覆盖层量。用现实性较强的原始地形图作为一期计算基础图件。基础计算图等高线应赋值，来自实测或实测成图。

将煤层底板等高线图作为二期计算的基础图，计算时能较好的反应底板变化的真实情况。件根据格网大小，采用内插法，自动求取格网角点在地表和煤层底板高程值，提取等高线高程值，形成三角网文件为二期计算文件，可以计算两期间岩体量，也可以计算设计面是多个坡面的岩体量。

4 软件操作步骤

在“绘图处理”菜单中：定显示区→改变当前图形比例尺→展高程点→连接边界线。

在“等高线”菜单中：建立DTM（或图面DTM完善）→选择边界线→构成三角网→修改三角网→修改结果存盘→三角网存取→写入文件。

点击“写入文件”时，出现一个“输入三角网文件名”对话框，提示将已构成的三角网以＊.sjw扩展名格式取名保存在指定的文件下。

二期间土石方计算采用设计面是“三角网文件”的时候，操作步骤与“平面”的时候基本相同，区别在于方格网土石方计算对话框中选择“高程点坐标数据文件”必须选择第一期的地面点高程数据，还有在“设计面”栏中，选择“三角网文件”。在选择三角网文件时，一定要选择以第二期的地面点高程数据所构成的三角网。

点击“确定”，命令行提示：

最小高程=XX.XXX,最大高程=XX.XXX

请确定方格网起始位置：＜缺省位置＞；选择规划图或老地形图上布设的同一轴上的任意两个方格网点。

命令行再次提示：

总填方=XXXX.X立方米,总挖方=XXX.X立方米

屏幕上可能什么也没看，点击“全图”命令，这时计算的土石方成果全屏显示如图1所示。

5 计算要求

若计算设计面是多个坡面的土石方：设计面是多个坡面的时候，这种方法比较适合一个规划区内的土石方计算，不同的坡面上有着不同的竖向标高。计算方法基本与利用“三角网文件”计算两期间土石方一样，区别在于把竖向标高转换成南方CASS2008软件能够识别的高程点，然后利用这些高程点用同样的方法生成三角网文件。

由计算原理可知，方格网的宽度越小，计算精度越高，但如果给的值太小，超过了野外采集点的密度也是没有实际意义的;如果任意输入一个值，可能与实地布设的方格又不重合，所以在设置方格网宽度时，必须同时满足以下二点：

①必须是实地布设方格网宽度的约数；

②必须与实际采集高程密度基本相近。

6 在勘探中煤岩估算方法

本工作区计算煤岩方量,区块地形复杂，且成不规则形状，用传统的方法计算较困难，工作量大，计算误差大。鉴于以上情况，本次煤岩方量估算利用计算机软件南方CASS2008计算，计算方法如下：

6.1 计算参数设定

以南方CASS2008软件中土石计算的方格网法计算，计算边界以给定矿区边界为基础，开口为煤层露头线，给定剥挖边坡为75°，无煤为计算边界，以煤层底板为计算底部，计算其至地表的煤岩方量。

6.2 建立地表DTM数据模型

以1：5000地形地质图为基础图件，经矢量化处理，等高线赋值。用南方CASS2008软件提取计算区范围内地形线上点的三维坐标，步长5米，能够反映地表起伏变化特征，以这些点为数据库建立地表DTM数据模型。

6.3 建立煤层底板DTM数据模型

以二煤煤底板等高线图为基础图件，和柱状图对比检查，本区块煤层底板等高线能基本反映计算区块煤层底部变化的曲面真实情况。提取煤层底板等高线上点的三维坐标，步长5米，以底板等高线建立底板数据库，建立煤层底板DTM数据模型。

6.4 煤岩计算

利用计算机软件进行叠加计算、数字化处理,以20米网格间距，采用南方CASS2008软件中土石方计算中的方格网法计算出地表至每个煤层底板的煤岩量，然后减去煤量即为岩石体量，整个过程计算机自动化处理，无人工干预，计算结果真实可靠见

方格网法计算土石方量利用不规则三角形建模，直接利用地形特征点(离散点)构建出邻接的三角形，组成不规则三角网结构。优点：三角网中的点和线的分布密度和结构完全可以与地表的特征相协调，直接利用原始资料作为网格结点，不改变原始数据和精度。能够插入地性线以保存原有关键的地形特征,以及能很好地适应复杂、不规则地形，从而将地表的特征表现得淋漓尽致，因此算出的土石方量时就大大提高了计算的精度。

图1 方格网法(fgwtf_getpt命令)计算成果图

实地布设的方格网点能与土石方计算的方格网重合，不但能够利用这些方格网点有效地控制好土石方施工（挖或填的高度）如图1所示，而且利用这些方格网点可作为多个土石方施工队的施工界线，便于施工。从图1上也可看到，fgwtf_getpt命令生成的方格网，不但可以是南北（东西）方向，也可以生成任一方向或与任一建筑物平行。