在地質勘探中引進土石方計算軟件進行巖體估算

劉海彪

（寧夏回族自治區煤田地質局，寧夏 銀川750002）

0 引言

在勘探中巖體及覆蓋層量計算在后期礦區開采工程中有著重要意義和作用，是評價礦區重要的經濟價值的重要指標，也是工程設計的一個重要組成部分。覆蓋層量是豎向規劃或調整的一個重要依據，也直接關系到礦區工程造價，所以在計算覆蓋層量時一定要實事求是、精益求精、符合實際。土石方計算是土石方測量內業處理中的一個關鍵環節，常用的方法有DTM法、斷面法、方格網法、等高線法，它們各具特色，有著不同的優越性與局限性，根據實際需要，選擇不同的計算方法。利用南方CASS2008計算土石方也是常用的計算軟件，具有操作簡單、通用性強，高效、快速、準確的計算方法。本文就南方CASS2008軟件中方格網法進行詳細分解、深度剖析。

1 方格網法計算特點

南方CASS2008軟件中方格網法計算的的設計面可以是平面或斜面（a.一個方向放坡：斜面[基準點]、b.二個不同方向放坡：斜面[基準線]），同時也可是多個坡面（利用三角網文件完成）。這樣，可以滿足不同情況下的土石方計算，解決土石方計算中的很多難題。

2 方格網法計算原理

隨著測繪事業的發展，計算機技術的進步，南方CASS2008軟件在手工計算土石方的理論基礎上，開發出專門的土石方計算功能，并且得到進一步的完善。土石方計算逐步由軟件計算替代人工計算，利用人工計算最基本的原理或公式在軟件中得到進一步的應用，進而將這種方法應用到地質勘探巖體及覆蓋層量的估算。

軟件自動根據計算給定計算限制條件，格網寬度，計算步長，計算坡度等條件將覆蓋層分成若干個格網，并自動計算上下表面的面積乘以格網高度，進而求的格網的體積，匯總計算區的量，得到整個區的覆蓋層量。

3 方格網法計算步驟

由方格網來計算土石方量是根據實地測定的地面點坐標或現實性較強的地形圖（X，Y，Z）和設計高程，通過生成方格網來計算每一個方格內的填挖方量，最后累計得到指定范圍內填方和挖方的土石方量，并繪出填挖方分界線。

系統首先將方格的四個角上的高程相加 （如果角上沒有高程點，通過周圍高程點內插得出其高程），取平均值與設計高程相減。然后通過指定的方格邊長得到每個方格的面積，再用長方體的體積計算公式得到填挖方量。

用方格網法算土石方量，設計面可以是平面，也可以是斜面，還可以是三角網（曲面），考慮到地質勘探特點，勘探區范圍大，地形復雜，而煤層底板又是個凸凹不平的曲面，宜采用南方CASS2008軟件中兩期方格網計算巖體及覆蓋層量。用現實性較強的原始地形圖作為一期計算基礎圖件。基礎計算圖等高線應賦值，來自實測或實測成圖。

將煤層底板等高線圖作為二期計算的基礎圖，計算時能較好的反應底板變化的真實情況。件根據格網大小，采用內插法，自動求取格網角點在地表和煤層底板高程值，提取等高線高程值，形成三角網文件為二期計算文件，可以計算兩期間巖體量，也可以計算設計面是多個坡面的巖體量。

4 軟件操作步驟

在“繪圖處理”菜單中：定顯示區→改變當前圖形比例尺→展高程點→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→構成三角網→修改三角網→修改結果存盤→三角網存取→寫入文件。

點擊“寫入文件”時，出現一個“輸入三角網文件名”對話框，提示將已構成的三角網以＊.sjw擴展名格式取名保存在指定的文件下。

二期間土石方計算采用設計面是“三角網文件”的時候，操作步驟與“平面”的時候基本相同，區別在于方格網土石方計算對話框中選擇“高程點坐標數據文件”必須選擇第一期的地面點高程數據，還有在“設計面”欄中，選擇“三角網文件”。在選擇三角網文件時，一定要選擇以第二期的地面點高程數據所構成的三角網。

點擊“確定”，命令行提示：

最小高程=XX.XXX,最大高程=XX.XXX

請確定方格網起始位置：＜缺省位置＞；選擇規劃圖或老地形圖上布設的同一軸上的任意兩個方格網點。

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，點擊“全圖”命令，這時計算的土石方成果全屏顯示如圖1所示。

5 計算要求

若計算設計面是多個坡面的土石方：設計面是多個坡面的時候，這種方法比較適合一個規劃區內的土石方計算，不同的坡面上有著不同的豎向標高。計算方法基本與利用“三角網文件”計算兩期間土石方一樣，區別在于把豎向標高轉換成南方CASS2008軟件能夠識別的高程點，然后利用這些高程點用同樣的方法生成三角網文件。

由計算原理可知，方格網的寬度越小，計算精度越高，但如果給的值太小，超過了野外采集點的密度也是沒有實際意義的;如果任意輸入一個值，可能與實地布設的方格又不重合，所以在設置方格網寬度時，必須同時滿足以下二點：

①必須是實地布設方格網寬度的約數；

②必須與實際采集高程密度基本相近。

6 在勘探中煤巖估算方法

本工作區計算煤巖方量,區塊地形復雜，且成不規則形狀，用傳統的方法計算較困難，工作量大，計算誤差大。鑒于以上情況，本次煤巖方量估算利用計算機軟件南方CASS2008計算，計算方法如下：

6.1 計算參數設定

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

6.2 建立地表DTM數據模型

以1：5000地形地質圖為基礎圖件，經矢量化處理，等高線賦值。用南方CASS2008軟件提取計算區范圍內地形線上點的三維坐標，步長5米，能夠反映地表起伏變化特征，以這些點為數據庫建立地表DTM數據模型。

6.3 建立煤層底板DTM數據模型

以二煤煤底板等高線圖為基礎圖件，和柱狀圖對比檢查，本區塊煤層底板等高線能基本反映計算區塊煤層底部變化的曲面真實情況。提取煤層底板等高線上點的三維坐標，步長5米，以底板等高線建立底板數據庫，建立煤層底板DTM數據模型。

6.4 煤巖計算

利用計算機軟件進行疊加計算、數字化處理,以20米網格間距，采用南方CASS2008軟件中土石方計算中的方格網法計算出地表至每個煤層底板的煤巖量，然后減去煤量即為巖石體量，整個過程計算機自動化處理，無人工干預，計算結果真實可靠見

方格網法計算土石方量利用不規則三角形建模，直接利用地形特征點(離散點)構建出鄰接的三角形，組成不規則三角網結構。優點：三角網中的點和線的分布密度和結構完全可以與地表的特征相協調，直接利用原始資料作為網格結點，不改變原始數據和精度。能夠插入地性線以保存原有關鍵的地形特征,以及能很好地適應復雜、不規則地形，從而將地表的特征表現得淋漓盡致，因此算出的土石方量時就大大提高了計算的精度。

圖1 方格網法(fgwtf_getpt命令)計算成果圖

實地布設的方格網點能與土石方計算的方格網重合，不但能夠利用這些方格網點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點可作為多個土石方施工隊的施工界線，便于施工。從圖1上也可看到，fgwtf_getpt命令生成的方格網，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 結束語

南方CASS2008軟件中方格網法土石方計算模塊在多項工程中使用和驗證，均獲得較好的效果。特別在復雜區塊更顯示其顯著的優點：計算靈活、精度高，比傳統方法比較節約時間，提高了經濟效益。

［1］蔣功旺.工程土石方量DEM與方格網計算精度分析[J].建材與裝飾（下旬刊），2008，04.

［2］仲景冰，余群舟.土石方工程施工技術[M].機械工業出版社，2003，07.

［3］南方 CASS2008 說明書[Z].南方數碼科技有限公司，2008，01.

［4］梁敦維，謝珍蘭.土石方與地基基礎工程計算手冊[M].山西科學技術出版社，2006，01.

［5］胡寶清，李生明.土地整理與開發[M].中國大地出版社，2007，05.