原创《等高线、平行断面、三角网法在土石方计算中的应用》
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1 引言土石方计算涉及建筑石料用灰岩矿勘察、设计、施工、生产的整个过程,其测量过程工作量大,计算工序烦琐.为保证土石方计算结果的精确性,结合矿山建设的不同时期和生产过程中地形地貌的特殊性,需采用不同计算方法去切合实地开采现状,来计算现场开挖的土石方体积或动用的矿产资源储量.本文以建筑石料用灰岩矿土石方计算为例,简述了等高线法、垂直平行断面法、DTM 三角网法土石方计算的方法,建议针对不同情况采用不同计算方法以保证计算结果的准确性.
2 建筑石料用灰岩矿土石方计算简述建筑石料用灰岩矿开采,在设计初期, 首先要核算矿权范围内矿产资源的保有量.在开采过程中还要根据矿山地貌和矿层走向计算各工作面开挖方量,每年还需统计矿山所有工作面动用的总的资源储量及类别,并统一汇总编制矿产资源储量年报.开采结束,还需计算矿山的实际开采资源总量.本文结合建筑石料用灰岩矿开采的不同时期,开采工作面的不同形状,分别介绍不同的计算方法进行分析计算.
2.1 等高线法土石方计算建筑石料用灰岩矿多为露天矿山,在建设初期,其地形地貌多呈原始山体地貌,要精确统计整个矿山或矿山局部山体的土石方体积,最好的方式是能生成一个贴合矿山地表的立体计算模型.结合矿山实际情况,这个最贴合的立体模型就是测绘工作中经常用到的等高线,只要能勾画出整个计算区域的等高线,就能计算出所求的土石方量[1].而相邻等高线间的体积计算公式为：V 等于 (A1+ A2 + A1* A2)(H2 ? H1)/ 3,其中A1、A2 为相邻等高线面积,H1、H2 为相邻等高线高程.如果矿图上已经有完整的等高线,则可直接利用等高线高程和面积计算出各等高线间的土石方；如果原始地貌没有等高线或等高线不完整、不闭合,则需实测山体地表高程,由高程点内插绘制出完整的等高线.最后累加各相邻等高线间土石方体积,就可计算出总的土石方体积, 如图1.
2.2 垂直平行断面法土石方计算灰岩矿露天矿床开采,工作面多随矿层走向呈条带状布置,在开采过程中多形成近似长条状的采场.要准确计算每个长条状采场的体积,可设计采用若干个垂直平行断面将条带状采场划分成一个个块段,分别计算这些块段体积,最终将各块段体积相加即为采场动用的资源储量,如图2.
现场测量过程中,先要按断面线生成原始地貌断面图,随着采场开挖完成,再采集采场地表高程生成开挖后的断面图,两期断面线叠加,断面线间包围面积即为开挖断面面积,结合相邻开挖断面的形状和对应面积比,选择按截锥、楔形尖灭、锥形尖灭体积计算公式分别计算各块段体积,各块段体积相加即为采场动用的资源体积.
计算工作面块段体积时,应根据相邻断面的面积比选用合适的计算公式,通常会有以下几种情况出现.（1） 当左右视面积之差＜ 40% 时, 使用公式V 等于 (S1+ S2)L / 2 ；（2） 当左右视面积之差≥ 40% 时, 使用公式V 等于 (S1+ S2 + S1* S2)L / 3 ；（3）工作面两端边缘部位的块段,当左右视面积有一个为0时,使用公式V 等于 S × L / 2 (楔形尖灭) 或V 等于 S × L / 3 ( 锥形尖灭).式中：S1—— 块段左视垂直断面面积,S2—— 块段右视垂直断面面积,L—— 对应垂直平行断面间法线距离,见表1.
图2 小黄山2#工作面平行断面图2.3 DTM 三角网法土石方计算在灰岩矿开采过程中,还有一种典型的需要计算土石方量的情形,就是统计矿山内料堆体积,而料堆大多堆放在平整的料场内,由于料堆形状多不规则且呈零散状,为准确求取料堆体积,最简便的方法是实测料堆表面高程,生成料堆立体模型.
在此情况下,合理的计算方法是生成料堆表面DTM 三角网模型[2],以料场标高为计算基准面,使三角网模型中每个三角形和计算基准面形成三棱柱,汇总统计DTM 三角网模型下所有三棱柱体积,即可计算出料堆实际体积,如图3.以上功能在南方CASS、天正CAD 等诸多软件中均可实现,计算过程简便.
3 实际计算过程中需注意的问题(1)DTM 三角网法计算时,如果计算的基准面不是平面,可以用两期间三角网法来计算指定区域的土石方体积,其过程是先根据场地原始地貌生成指定区域DTM 三角网模型；料堆堆积完成,再根据实测高程生成料堆表面DTM 三角网模型,两期三角网模型间体积即为料堆体积.
(2) 计算料堆体积时,要求计算的多是矿石实际体积也即实方,而实测出的只是料堆的虚方,要准确提供料堆方量,需考虑实方与虚方之间的换算比例关系.
(3) 以上方法在计算过程中,要想计算结果更精确,首先要保证高程点采集的密度和代表性,只有高程采集特征准确、密度适当,生成的计算模型才最贴合现状.
(4) 土石方计算方法要合理选择,很多时候需要几种计算方法统筹考虑,相互验证,才能求得最贴合实际、最准确的土石方体积.
计算论文参考资料：
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