不同算法在露天矿土石方计算中的应用

孙晓伟（中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司,　沈阳110015）

不同算法在露天矿土石方计算中的应用

孙晓伟
（中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司,沈阳110015）

摘要：在现代中国社会，露天矿的矿物产量已经占据了国内矿物产量的很大份额。各个露天矿公司也普遍关注土石方计算问题，本文介绍了目前正在使用的的几种方法，并且通过比较分析的方法阐述了各种方法的优缺点。

关键词：露天矿；土石方；应用

0　引言

露天矿在工程预算和方案选择的时候都会考虑土石方量的计算结果，因此在露天矿生产的各个环节中土石方计算是一个非常重要的环节，它直接关系到开发矿井企业的经济效益。精确的土石方计算就是要快速准确的利用现场收集的数据计算出土石方量。本文结合几个露天矿分析了目前几种算法的应用情况及其优缺点。

1　目前常见的几种计算土石方量的方法

1.1断面解析法（人工手动）

根据最近实测的地形图，人为的以一些彼此平行的断面线将采场范围划为几个断面，用它们和高程线的交点制作断面图，根据断面面积和适当的高等数学公式进行土石方量计算，业内称这种方法为人工手动断面解析法。

这里提供一个具体的案例供大家参考。某露天矿根据自己矿井的具体情况，以地质资料为参考，确定断面线为10米，把初始的地形图利用断面线分为N份，然后绘出其中一条断面线的断面剖析图，再绘制开采后地质图上此条断面线，最后将这两条线归置到一起封闭得到剖面图。举一反三，画出其余断面线上的剖面图利用相关高等数学公式就能得出此矿在本区域需清理的土石方量为733668.8立方米。经过后来与实际开采量的对比，证明当初的加、算结果比较准确，这个事例证明了该方法是一种实用性很强的方法，但此方法只是用于小范围或者土方量较小的情况下，在信息技术高度发达的今天，这种传统的土方量计算方法应用已很少。

1.2Micromine3D软件计算方法

此款软件是澳洲Micromine国际矿业软件公司根据本公司多年来市场经验及敏锐的眼光，运用国际最先进的3D技术，大数据库，统计学，建模技术，数字采矿新方法等技术来实现矿山生产数字智能化的软件。该软件的主要方法就是模块化计算，具体包括中心模块，资源量核算模块，框架构造模块，开采方法设计模块，制图模块，整体规划改进模块，实用性非常强。

此款软件在工作时，第一步是具体展开绘制高程线，将最初地形图添加到当前的绘图中，进而绘出几条主要的地形线，最后经由DTM命令建造3D地质条件模型。

1.3DTM三角网法

此方法是南方CASS软件中最有效的土方量计算方法，它利用原始地质资料和开挖后的数据分别生成3D数字模型，也就是所谓的DTM三角网，通过计算每个棱柱的体积换算出需要开掘的土石方总量。此款软件还可以明显的辨别出开挖和填埋的分界线。

这里提供某个矿的实际情况分析一下这种方法的过程和优缺点。用此款软件计算两期间的土方量，首先对两期前后的高程数据建立对应的3D模型后叠加，从而计算出两次工程的土石方量的差。具体步骤如下：第一步，对需要开挖和剥离的地区原始数据进行计算，建立起3D模型存储起来；第二步，用同样的方法对开挖后采集的数据建立DTM三角网，根据DTM三角网模型；第三步，采用DTM三角网两期土方法计算出需要开采剥离的土石方量760436.6立方米。后来的实际开采量也基本与前面的计算量相符（实际开采量为760635.5立方米），准确的计算使得矿领导的决策很恰当，为公司后期良好发展奠定了良好的基础，节约了成本，为公司带来了很可观的经济效益，受到业内专家的一致好评。

1.4方格网法

该方法采用将目标区域均分的原理，将每个区域作为底面积为S，平均高程为h的立体图形从而计算出该立体图形的体积（在计算平均高程时可以采用量取四个角上的高程取其平均值）。将每个小体积加起来即可得到需要挖填的土石方量。该方法主要适用于地势高差较小的平原地区，对于高程变化较大的山地，丘陵地区，其准确度就会有所下降，但可以通过提高网格密度的方式来提高计算的精确程度，对于露天矿来说，该方法适用于求已经形成的固定台阶的土方量计算。

1.5DTM法

地质情况的离散程度表示也就是我们通常所说的3D地质情况模型，在某些领域也称作3D高程模型。该方法用我们通常所说的三维坐标系（X轴，Y轴，Z轴）来描述规划地质区域内的具体地质情况，把现实中很大的地表形态缩小反映到图上，具备了准确，生动，易于观察理解的优点。

下面是DTM方法的一个具体事例：某矿经过规划，最终决定开挖土方石，计算土方石的开挖量成为了工程要解决的首要问题。经过DTM方法的计算，最后得到的结果是，估计整个工程建设需要开挖162.82万m³，经过最后的实践证明，当初的预算比较准确（后来的实际开采量为162.80万m³）。

1.6等高线法

这种方法比较考验工作人员的基本功，根据图上封闭的等高线计算需要开挖的土石方量。第一步，利用封闭的等高线将整个地区分为若干个墩台型的立体图形。第二步，计算每个墩台的上底和下底面积（即相邻的两条等高线各自围成的封闭图形的面积），再结合两条等高线之间的高程差计算出该墩台型立体图形的体积。第三步，将各个墩台型立体图形的体积叠加求和便可得到需要开挖的总土石方量。该方法比较古老，不需要太多的现代化电脑设备，所以适应性比较强，基本不受经济条件的制约，但是由于是人手工操作，必定会造成准确度相对较低，适当运用计算机计算便可减少精确度误差，提高此方法的适应性。

2　总结

上述几种方法例如等高线法，网格法，DTM三角网法和Micromine3D软件等方法能够很好的适应矿山的各种地质条件。如果精度要求不是很高，针对挖深较大的狭长地区可以采用网格法和断面法。地质条件复杂，区域边界不规整，且要求的准确度高的则需采用DTM三角网法，此种方法的计算量极其庞大，最大的问题是它的计算过程没有办法进行核对。Micromine3D软件计算方法与DTM本质上是相同的，所以它也能在比较复杂的地质条件下开展工作，该软件还采用了先进的3D技术，很好的弥补了前者直观性差的不足。所以要根据不同的条件选择不同的方法进行计算。只有应用合适的方法才能得到既经济又合理的计算结果。

参考文献：

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