露天矿山地质环境治理工程土石方量计算方法简介

张家莲，刘宇潇

（华东冶金地质勘查局综合地质大队，安徽 马鞍山 243000）

露天开采作为针对地表矿体和浅层矿体的经济、高效的开采方式，在中国乃至世界的矿产开发历史上一直占有举足轻重的地位。但由于其整个矿产开发过程都始终暴露于地表，因此露天开采造成的地质环境问题也是显而易见的，且对人类社会的影响深远而悠久。

近年来，我国逐年加大力度整治露天矿山，《关于依法做好金属非金属矿山整顿工作的意见》、《打赢蓝天保卫战三年行动计划》等文件相继出台，2012年～2018年间，全国各省、市、自治区的矿山数量都大幅度缩减，安徽省的矿山净减率达到61%。随之而来是大量的废弃矿山地质环境治理工作，其中重要一项就是残留边坡的清理整平工作。边坡清理工程设计的要点是计算清理所产生的土石方量。土石方量的计算方法有很多，本文以安徽省和县某露天矿山为例，对几种常用的计算方法和相关软件做简单介绍。

1 案例概述

安徽省和县某露天矿山以建筑石料用灰岩为开采矿种，开采历史近二十年。2016年，采矿权到期后闭坑。根据相关政策规定，矿山闭坑后应开展矿山地质环境治理。其中，区内有一处残留的开采边坡需要清理并整平，为该地块土地复垦打基础。

该残留边坡坡脚圈界面积7858.30m2，坡顶最大标高+73.77m，坡底最低标高+57.82m。设计整平标高+57m，本文对该清理工程的土石方量进行计算。

2 计算方法

2.1 平行断面法

平行断面法是较为传统的计算方法，其在矿产资源储量计算中的应用尤其广泛。具体方法就是用剖面线将坡体垂直分割为若干个块段，再利用几何公式分别计算各个块段的体积，再将各块段的体积相加，即是坡体清理的总土石方量（图1、表1）。

表1 计算结果表

该方法的原理是将坡体概化为规则的几何图形，但实际上边坡表面往往并不规则，走向、高差等变化很大。因此，需要采用加密剖面线、调整剖面线角度等方法来提高计算精确度。

图2 三角剖分法计算

2.2 方格网法

方格网法是近年来工程计算中较常用的方法，该方法是将坡体划分成若干个正方形格网，然后计算每个四棱柱的体积，再将所有四棱柱的体积相加即得到总土石方量。

常用的计算软件是南方CASS，利用等高线、高程点等数据建立三角网DTM，再利用软件的方格网法进行计算。

该方法适用于大面积的土石方估算以及一些地形起伏较小、坡度变化平缓的场地。如场地起伏过大，则会影响计算的精确度。另外，软件拥有多种插值方法来建立三角网DTM，不同方法的插值结果可能会有较大差距，从而影响最终的方量计算。因此，准确掌握场地情况、加密高程数据量、选择合适的计算方法等可以有效地提高计算精确度。

2.3 三角剖分法

与上文的方格网法类型，同样是利用高程数据建立三角网DTM，将坡体划分为若干三角形网格，然后计算每个三角棱柱的体积，再将所有三角棱柱的体积相加即得到总土石方量。

所对应的计算软件是MapGIS，其空间分析模块、DTM分析子模块中拥有三角剖分法计算功能。通过导入等高线或高程点文件、提取高程数据、生成三角剖分网、蓄积量/表面积计算等一系列操作，得到土石方量（图2）。

该方法同样适用于地形起伏较小、坡度变化平缓的场地。如场地起伏过大，则需要加密高程数据来提高精度，防止插值异常。另外，MapGIS不同的插值方法、网格化密度等也都影响着计算结果。因此，高程数据量、合适的计算方法等是提高计算精确度的有效手段。

3 结语

从上文各种方法的计算结果上看，方格网法和三角剖分法较为接近，因为两者虽然剖分方法不同，但原理类似。而传统的平行剖面法，概化程度较高，对地形变化的细节忽略得较多，这可能是造成计算结果差距较大的原因。通过加密高程点、计算剖面线等手段能够有效地提高结算结果的精确度。然而，并不能说明方格网法和三角剖分法的计算结果就是准确的土石方量，需要通过熟练掌握计算原理和软件操作后，尝试各种不同的插值方法、剖分密度等手段，反复验证，最终得到相对准确的计算结果。

总之，方量计算方法多种多样，每种方法都有其独特的学科背景、理论基础、概化条件、适用范围和精度范围，因而各种方法之间的相关性、可比性和可检验性比较复杂。因此，在计算土方量时，可根据治理场地的实际情况，结合各种方法的特点，选取合适的计算方法。