在地質(zhì)勘探中引進(jìn)土石方計(jì)算軟件進(jìn)行巖體估算

劉海彪

（寧夏回族自治區(qū)煤田地質(zhì)局，寧夏 銀川750002）

0 引言

在勘探中巖體及覆蓋層量計(jì)算在后期礦區(qū)開采工程中有著重要意義和作用，是評(píng)價(jià)礦區(qū)重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值的重要指標(biāo)，也是工程設(shè)計(jì)的一個(gè)重要組成部分。覆蓋層量是豎向規(guī)劃或調(diào)整的一個(gè)重要依據(jù)，也直接關(guān)系到礦區(qū)工程造價(jià)，所以在計(jì)算覆蓋層量時(shí)一定要實(shí)事求是、精益求精、符合實(shí)際。土石方計(jì)算是土石方測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)處理中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，常用的方法有DTM法、斷面法、方格網(wǎng)法、等高線法，它們各具特色，有著不同的優(yōu)越性與局限性，根據(jù)實(shí)際需要，選擇不同的計(jì)算方法。利用南方CASS2008計(jì)算土石方也是常用的計(jì)算軟件，具有操作簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng)，高效、快速、準(zhǔn)確的計(jì)算方法。本文就南方CASS2008軟件中方格網(wǎng)法進(jìn)行詳細(xì)分解、深度剖析。

1 方格網(wǎng)法計(jì)算特點(diǎn)

南方CASS2008軟件中方格網(wǎng)法計(jì)算的的設(shè)計(jì)面可以是平面或斜面（a.一個(gè)方向放坡：斜面[基準(zhǔn)點(diǎn)]、b.二個(gè)不同方向放坡：斜面[基準(zhǔn)線]），同時(shí)也可是多個(gè)坡面（利用三角網(wǎng)文件完成）。這樣，可以滿足不同情況下的土石方計(jì)算，解決土石方計(jì)算中的很多難題。

2 方格網(wǎng)法計(jì)算原理

隨著測(cè)繪事業(yè)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，南方CASS2008軟件在手工計(jì)算土石方的理論基礎(chǔ)上，開發(fā)出專門的土石方計(jì)算功能，并且得到進(jìn)一步的完善。土石方計(jì)算逐步由軟件計(jì)算替代人工計(jì)算，利用人工計(jì)算最基本的原理或公式在軟件中得到進(jìn)一步的應(yīng)用，進(jìn)而將這種方法應(yīng)用到地質(zhì)勘探巖體及覆蓋層量的估算。

軟件自動(dòng)根據(jù)計(jì)算給定計(jì)算限制條件，格網(wǎng)寬度，計(jì)算步長(zhǎng)，計(jì)算坡度等條件將覆蓋層分成若干個(gè)格網(wǎng)，并自動(dòng)計(jì)算上下表面的面積乘以格網(wǎng)高度，進(jìn)而求的格網(wǎng)的體積，匯總計(jì)算區(qū)的量，得到整個(gè)區(qū)的覆蓋層量。

3 方格網(wǎng)法計(jì)算步驟

由方格網(wǎng)來計(jì)算土石方量是根據(jù)實(shí)地測(cè)定的地面點(diǎn)坐標(biāo)或現(xiàn)實(shí)性較強(qiáng)的地形圖（X，Y，Z）和設(shè)計(jì)高程，通過生成方格網(wǎng)來計(jì)算每一個(gè)方格內(nèi)的填挖方量，最后累計(jì)得到指定范圍內(nèi)填方和挖方的土石方量，并繪出填挖方分界線。

系統(tǒng)首先將方格的四個(gè)角上的高程相加 （如果角上沒有高程點(diǎn)，通過周圍高程點(diǎn)內(nèi)插得出其高程），取平均值與設(shè)計(jì)高程相減。然后通過指定的方格邊長(zhǎng)得到每個(gè)方格的面積，再用長(zhǎng)方體的體積計(jì)算公式得到填挖方量。

用方格網(wǎng)法算土石方量，設(shè)計(jì)面可以是平面，也可以是斜面，還可以是三角網(wǎng)（曲面），考慮到地質(zhì)勘探特點(diǎn)，勘探區(qū)范圍大，地形復(fù)雜，而煤層底板又是個(gè)凸凹不平的曲面，宜采用南方CASS2008軟件中兩期方格網(wǎng)計(jì)算巖體及覆蓋層量。用現(xiàn)實(shí)性較強(qiáng)的原始地形圖作為一期計(jì)算基礎(chǔ)圖件?；A(chǔ)計(jì)算圖等高線應(yīng)賦值，來自實(shí)測(cè)或?qū)崪y(cè)成圖。

將煤層底板等高線圖作為二期計(jì)算的基礎(chǔ)圖，計(jì)算時(shí)能較好的反應(yīng)底板變化的真實(shí)情況。件根據(jù)格網(wǎng)大小，采用內(nèi)插法，自動(dòng)求取格網(wǎng)角點(diǎn)在地表和煤層底板高程值，提取等高線高程值，形成三角網(wǎng)文件為二期計(jì)算文件，可以計(jì)算兩期間巖體量，也可以計(jì)算設(shè)計(jì)面是多個(gè)坡面的巖體量。

4 軟件操作步驟

在“繪圖處理”菜單中：定顯示區(qū)→改變當(dāng)前圖形比例尺→展高程點(diǎn)→連接邊界線。

在“等高線”菜單中：建立DTM（或圖面DTM完善）→選擇邊界線→構(gòu)成三角網(wǎng)→修改三角網(wǎng)→修改結(jié)果存盤→三角網(wǎng)存取→寫入文件。

點(diǎn)擊“寫入文件”時(shí)，出現(xiàn)一個(gè)“輸入三角網(wǎng)文件名”對(duì)話框，提示將已構(gòu)成的三角網(wǎng)以＊.sjw擴(kuò)展名格式取名保存在指定的文件下。

二期間土石方計(jì)算采用設(shè)計(jì)面是“三角網(wǎng)文件”的時(shí)候，操作步驟與“平面”的時(shí)候基本相同，區(qū)別在于方格網(wǎng)土石方計(jì)算對(duì)話框中選擇“高程點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)文件”必須選擇第一期的地面點(diǎn)高程數(shù)據(jù)，還有在“設(shè)計(jì)面”欄中，選擇“三角網(wǎng)文件”。在選擇三角網(wǎng)文件時(shí)，一定要選擇以第二期的地面點(diǎn)高程數(shù)據(jù)所構(gòu)成的三角網(wǎng)。

點(diǎn)擊“確定”，命令行提示：

最小高程=XX.XXX,最大高程=XX.XXX

請(qǐng)確定方格網(wǎng)起始位置：＜缺省位置＞；選擇規(guī)劃圖或老地形圖上布設(shè)的同一軸上的任意兩個(gè)方格網(wǎng)點(diǎn)。

命令行再次提示：

總填方=XXXX.X立方米,總挖方=XXX.X立方米

屏幕上可能什么也沒看，點(diǎn)擊“全圖”命令，這時(shí)計(jì)算的土石方成果全屏顯示如圖1所示。

5 計(jì)算要求

若計(jì)算設(shè)計(jì)面是多個(gè)坡面的土石方：設(shè)計(jì)面是多個(gè)坡面的時(shí)候，這種方法比較適合一個(gè)規(guī)劃區(qū)內(nèi)的土石方計(jì)算，不同的坡面上有著不同的豎向標(biāo)高。計(jì)算方法基本與利用“三角網(wǎng)文件”計(jì)算兩期間土石方一樣，區(qū)別在于把豎向標(biāo)高轉(zhuǎn)換成南方CASS2008軟件能夠識(shí)別的高程點(diǎn)，然后利用這些高程點(diǎn)用同樣的方法生成三角網(wǎng)文件。

由計(jì)算原理可知，方格網(wǎng)的寬度越小，計(jì)算精度越高，但如果給的值太小，超過了野外采集點(diǎn)的密度也是沒有實(shí)際意義的;如果任意輸入一個(gè)值，可能與實(shí)地布設(shè)的方格又不重合，所以在設(shè)置方格網(wǎng)寬度時(shí)，必須同時(shí)滿足以下二點(diǎn)：

①必須是實(shí)地布設(shè)方格網(wǎng)寬度的約數(shù)；

②必須與實(shí)際采集高程密度基本相近。

6 在勘探中煤巖估算方法

本工作區(qū)計(jì)算煤巖方量,區(qū)塊地形復(fù)雜，且成不規(guī)則形狀，用傳統(tǒng)的方法計(jì)算較困難，工作量大，計(jì)算誤差大。鑒于以上情況，本次煤巖方量估算利用計(jì)算機(jī)軟件南方CASS2008計(jì)算，計(jì)算方法如下：

6.1 計(jì)算參數(shù)設(shè)定

以南方CASS2008軟件中土石計(jì)算的方格網(wǎng)法計(jì)算，計(jì)算邊界以給定礦區(qū)邊界為基礎(chǔ)，開口為煤層露頭線，給定剝挖邊坡為75°，無煤為計(jì)算邊界，以煤層底板為計(jì)算底部，計(jì)算其至地表的煤巖方量。

6.2 建立地表DTM數(shù)據(jù)模型

以1：5000地形地質(zhì)圖為基礎(chǔ)圖件，經(jīng)矢量化處理，等高線賦值。用南方CASS2008軟件提取計(jì)算區(qū)范圍內(nèi)地形線上點(diǎn)的三維坐標(biāo)，步長(zhǎng)5米，能夠反映地表起伏變化特征，以這些點(diǎn)為數(shù)據(jù)庫建立地表DTM數(shù)據(jù)模型。

6.3 建立煤層底板DTM數(shù)據(jù)模型

以二煤煤底板等高線圖為基礎(chǔ)圖件，和柱狀圖對(duì)比檢查，本區(qū)塊煤層底板等高線能基本反映計(jì)算區(qū)塊煤層底部變化的曲面真實(shí)情況。提取煤層底板等高線上點(diǎn)的三維坐標(biāo)，步長(zhǎng)5米，以底板等高線建立底板數(shù)據(jù)庫，建立煤層底板DTM數(shù)據(jù)模型。

6.4 煤巖計(jì)算

利用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行疊加計(jì)算、數(shù)字化處理,以20米網(wǎng)格間距，采用南方CASS2008軟件中土石方計(jì)算中的方格網(wǎng)法計(jì)算出地表至每個(gè)煤層底板的煤巖量，然后減去煤量即為巖石體量，整個(gè)過程計(jì)算機(jī)自動(dòng)化處理，無人工干預(yù)，計(jì)算結(jié)果真實(shí)可靠見

方格網(wǎng)法計(jì)算土石方量利用不規(guī)則三角形建模，直接利用地形特征點(diǎn)(離散點(diǎn))構(gòu)建出鄰接的三角形，組成不規(guī)則三角網(wǎng)結(jié)構(gòu)。優(yōu)點(diǎn)：三角網(wǎng)中的點(diǎn)和線的分布密度和結(jié)構(gòu)完全可以與地表的特征相協(xié)調(diào)，直接利用原始資料作為網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)，不改變?cè)紨?shù)據(jù)和精度。能夠插入地性線以保存原有關(guān)鍵的地形特征,以及能很好地適應(yīng)復(fù)雜、不規(guī)則地形，從而將地表的特征表現(xiàn)得淋漓盡致，因此算出的土石方量時(shí)就大大提高了計(jì)算的精度。

圖1 方格網(wǎng)法(fgwtf_getpt命令)計(jì)算成果圖

實(shí)地布設(shè)的方格網(wǎng)點(diǎn)能與土石方計(jì)算的方格網(wǎng)重合，不但能夠利用這些方格網(wǎng)點(diǎn)有效地控制好土石方施工（挖或填的高度）如圖1所示，而且利用這些方格網(wǎng)點(diǎn)可作為多個(gè)土石方施工隊(duì)的施工界線，便于施工。從圖1上也可看到，fgwtf_getpt命令生成的方格網(wǎng)，不但可以是南北（東西）方向，也可以生成任一方向或與任一建筑物平行。

7 結(jié)束語

南方CASS2008軟件中方格網(wǎng)法土石方計(jì)算模塊在多項(xiàng)工程中使用和驗(yàn)證，均獲得較好的效果。特別在復(fù)雜區(qū)塊更顯示其顯著的優(yōu)點(diǎn)：計(jì)算靈活、精度高，比傳統(tǒng)方法比較節(jié)約時(shí)間，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

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