摘要：采剥工程量是指矿山在特定时期内、设计境界内采矿、剥离、掘进作业的工作总量。采剥工程量计算是露天矿开采过程中核心技术之一，它不仅是反映矿山工作量的综合指标，而且是计算其它有关技术经济指标的基础。由于露天开采方式有许多地下开采无法相比的优点，目前全世界固体矿物产量的三分之二来自露天开采，在这种趋势下，对采剥工程量计算方法进行研究提出高精度、快捷方便的新方法是个急待解决的问题。
关键词：露天矿；采剥工程量计算；Surfer；精度分析；可视化；
针对目前露天矿采剥工程量计算中存在的精度低、自动化程度不高、不直观等问题,提出基于Surfer的露天矿采剥工程量计算与三维可视化新方法;介绍了数据野外采集和插值方法评定与选择,并对新方法计算原理与精度作了分析;最后将计算结果进行三维可视化。
1概述
从20世纪50年代以来,国内外的露天开采得到迅速发展,已经成为固体矿床开采的主要方法,全世界固体矿物产量的三分之二采用露天开采,并且比例还在不断上升。采剥工程量是指矿山在特定时期内、在设计境界内采矿、剥离、掘进作业的工作总量。采剥工程量计算是露天矿开采过程中核心技术之一,它不仅是反映矿山工作量的综合指标,而且是计算其他有关技术经济指标的基础。采剥工程量精确计算历来都是一个非常棘手的事情,目前国内外主要是利用土石方计算原理对采剥工程量进行计算,主要有方格网法、断面法、DTM法和等高线法,但这些方法普遍存在对外业数据采集要求高、工作量大、计算精度差并且不能进行可视化等问题。
2插值方法评价与网格文件生成
由于Surfer进行绘图与空间分析时只能识别网格数据文件,所以进行采剥工程量计算首先要对采集的离散点数据进行插值生成网格文件(*1grd)。插值方法的选择将直接关系到网格点高程精度,最终影响采剥工程量计算与可视化结果精度。因此,在最终确定某种插值方法生成网格文件之前必须对插值方法进行适宜性评价,最后选择一种最可靠插值方法。本文采用检查点法、残差均方根法评价插值方法合理性与估计网格文件精度,最后选择两个指标均最小的插值方法为最终采剥工程量计算的网格数据生成方法,具体做法如下:(1)检查点法。该法是经插值生成的网格数据精度估计的有效方法,具体做法就是预先在离散数据分布区域内均匀实测若干个点的三维坐标,并按公式(1)计算出网格数据估计误差σ。
4采剥工程量计算与可视化实例演示
以某露天矿为例,对采剥工程量计算过程具体说明如下:第一步,根据介绍的点采集方法与经验确定点采集密度与分布,利用Laica动态GPS对露天矿开采区开采前后地貌分别进行离散点坐标数据采集,采集点数为1 631个及1 524个,最后还必须采集开采区边界点坐标并进行编辑生成*.bln格式的边界数据文件,用于对网格文件进行白化生成露天矿采剥工程量计算区域的网格文件。第二步,分别用Surfer自带的12种插值方法生成网格文件,具体生成过程为:单击网格-数据-选择野外采集数据文件-选择插值方法并设置参数-确定。第三步,利用surfer残差统计功能结合Exce l编程分别计算出各种插值法的R和RMS,并选择两个指标均最小的方法为最后网格文件生成法,最后选择改进谢别德法为最后网格文件生成方法。第四步,对改进谢别德插值法得到的网格文件进行白化,最后得到边界文件以内的最终网格文件,具体操作过程为:网格-数据-白化-选择插值生成的网格文件-选择边界文件-输入白化后的文件名与保存目录-保存。第五步,利用露天矿开采前与后生成的最终网格文件对采剥工程量进行计算,具体操作过程为:网格-体积-选择露天矿开采前网格文件-选择露天矿开采后网格文件-确定,在弹出的/Surfer报告0对话框中显示露天矿采剥工程量与开采区面积。计算本文某露天矿剥离工程量为87 216 169.68m3,开采区面积为1 255 99414m2,最后利用公式(1)与表1可以计算出某露天矿经插值生成网格点高程中误差、采剥工程量中误差、剥离工程量相对中误差,计算结果分别为0.103m、5 879.236m3、0.006 7%,远远小于国家土石方计算标准3%。第六步,对采剥工程量进行可视化,即利用露天矿开采前、后的的离散点数据生成网格文件,并利用Surfer的3D表面图绘制功能分别生成露天矿开采前、后表面图,最后经过叠加得到最终露天矿采剥工程量的三维图,对采剥工程量实现可视化。
通过对Surfer体积计算原理分析可以推导出露天矿采剥工程量计算中误差公式,经过实例演示从理论与实际应用上证实此方法的可靠性与可行性。
参考文献：
[1]姜桂芳,刘萍.露天矿采剥工程量的等高线计算法2016.
[2]李璐，张大庆，浅谈露天矿采剥工程量计算与可视化新方法研究.2017.
论文作者:周鑫
论文发表刊物:《防护工程》2018年第1期
论文发表时间:2018/5/17
标签：露天矿论文; 网格论文; 工程量论文; 文件论文; 方法论文; 插值论文; 工程论文; 《防护工程》2018年第1期论文;