我國西部煤炭資源豐富，尤其新疆、內(nèi)蒙古等地，煤炭資源儲量大，埋藏相對較淺，部分地方具備建設(shè)大規(guī)模露天煤礦的條件。露天煤礦的礦建及生產(chǎn)過程主要包括土石方的剝離及原煤開采，施工及生產(chǎn)工作建設(shè)單位即可以將施工外包也可以自己組織，不論采用哪種方式，都將涉及到精確計(jì)量土石方剝離工程量及采煤工程量的問題。
1、剝離及采煤施工土石方計(jì)量的特點(diǎn)（1）工程量大。剝離及采煤工程量大，精確計(jì)量困難，計(jì)量結(jié)果與經(jīng)濟(jì)利益直接掛鉤，計(jì)量及結(jié)算過程中爭議大；
（2）單價不同。由于巖石剝離需要爆破，剝離難度比表土要大，二者發(fā)包單價可能不一樣，計(jì)量時需對二者區(qū)分；
（3）分別計(jì)量。對不同性質(zhì)、硬度的巖石可能制定不同的單價，計(jì)量時要求將不同性質(zhì)、類別的巖石/表土區(qū)分開，分別計(jì)量；
（4）連續(xù)計(jì)量。剝離及采煤施工有一定連續(xù)性，需要多次中間計(jì)量，計(jì)量時需要從已經(jīng)施工的工作界面處進(jìn)行。選擇剝離及采煤工程量計(jì)量方法時，要求計(jì)量方法相對簡單易懂、容易操作、容易核對、誤差較小且能適應(yīng)連續(xù)計(jì)量的需要。由于剝離及采煤工程量計(jì)量存在上述問題，如何選取計(jì)量的方法就顯得至關(guān)重要。
2、不同的剝離體積計(jì)算方法
2.1方格網(wǎng)法方格網(wǎng)法就是用固定尺寸的方格網(wǎng)對挖方范圍進(jìn)行有規(guī)則的分塊，先計(jì)算出每一個小方格塊的體積，體積之和就是整個挖方體積。選取的方格網(wǎng)大小決定了最終的計(jì)算精度。剝離工程土石方工程量一般較大，考慮邊坡與不考慮邊坡時的體積之差絕對值相對較大。用方格網(wǎng)法計(jì)算時，對于挖方的邊坡問題，有不同的處理方法，分述如下：
2.1.1不處理邊坡的情況一般挖方的結(jié)果都是挖出一個頂面積大底面積小的坑狀結(jié)構(gòu)，設(shè)S1為挖方頂面面積，S2為挖方底面面積，則一般情況下S1＞S2。計(jì)算土方量時，可以S1的邊界為計(jì)算范圍向下做垂直切割，以原始地面標(biāo)高數(shù)據(jù)為頂面，以測量的底面坐標(biāo)高程數(shù)據(jù)所織成的三角網(wǎng)為底，計(jì)算出體積V頂。同樣以底面面積S2的邊界為計(jì)算范圍向上做垂直切割，以原始地面標(biāo)高數(shù)據(jù)為頂面，以測量的底面坐標(biāo)高程數(shù)據(jù)所織成的三角網(wǎng)為底，計(jì)算出體積V底。上述兩個體積可以用軟件很方便的進(jìn)行計(jì)算。實(shí)際挖方體積v可以認(rèn)為是：V=(V頂+V底)*0.52.1.2用三角網(wǎng)織出邊坡的情況既然是利用方格網(wǎng)法計(jì)算挖方工程量，在方格網(wǎng)的頂面標(biāo)高確定的情況下，方格網(wǎng)的底部標(biāo)高高程數(shù)據(jù)就決定了每一個方格網(wǎng)的體積。在織底部三角網(wǎng)時，可以考慮將邊坡處的坐標(biāo)高程及邊坡坡頂處的坐標(biāo)高程一并作在一起，相當(dāng)于將底及四周認(rèn)為是一個整體的盆狀結(jié)構(gòu)，原始地面標(biāo)高為盆頂，盆底及盆頂所圍成的結(jié)構(gòu)體積就是要計(jì)算的挖方體積。
2.2斷面法假設(shè)每隔一定距離（如20m）選一斷面。斷面法算量的基本原則就是將不規(guī)則結(jié)構(gòu)體分割成相對比較規(guī)整、可以用數(shù)學(xué)方法近似計(jì)算的結(jié)構(gòu)。同樣切割出的斷面也有不同的體積計(jì)算方法。
2.2.1以斷面的切割面面積為上下底計(jì)算在這種情況下，斷面之間的垂直距離h是可以確定的，只要確定出切割形成斷面的具體面積S1和S2，則可以用：V=（S1+ S2）*0.5*h來確定兩個斷面之間的結(jié)構(gòu)體積，所有斷面所形成的結(jié)構(gòu)體積之和就可以認(rèn)為是整個挖方結(jié)構(gòu)的體積。
2.2.2以切割形成結(jié)構(gòu)的上下面為頂?shù)酌嬗?jì)算以切割形成結(jié)構(gòu)的上下面為頂?shù)酌嬗?jì)算體積時，以頂面面積S1和底面面積S2及頂?shù)酌嬷g的距離h為依據(jù)據(jù)來計(jì)算體積。確定S1時可以該面的水平投影面積代替，S2可以用同樣的方法處理，以底面的水平投影面積代替。h的確定就比較復(fù)雜了，可分別求出頂面和底面測量數(shù)據(jù)標(biāo)高的平均值，h值可以該平均值之差來近似代替。這種方法要求測量的高程點(diǎn)均勻、有規(guī)律，取舍高程點(diǎn)時的人為傾向?qū)Y(jié)果可能造成一定影響。在土方挖掘量比較大時，若每一切割結(jié)構(gòu)體的h都同時偏大或偏小，對最終結(jié)果造成的影響將是很可觀的。
2.3直接切割算量
2.3.1 手工直接在圖紙上切割算量這種情況和斷面法計(jì)算有點(diǎn)類似。可以憑借觀察將結(jié)構(gòu)劃分成比較規(guī)則的可以用數(shù)學(xué)方法直接計(jì)算的形狀，用比例尺在圖紙上量出長度及距離，通過觀察得到相應(yīng)的高程差，計(jì)算出單個結(jié)構(gòu)的體積，體積相加就為總體體積。這種方法簡便易懂，不需要計(jì)算機(jī)及專業(yè)計(jì)算軟件等工具。可以用于工程量的大致估算，計(jì)算過程不復(fù)雜，計(jì)算結(jié)果在估算的程度上可以采用。缺點(diǎn)是精度比較低，誤差較大且無法糾正。在計(jì)算條件不具備且對結(jié)果要求不太高的地方可以采用。
2.3.2 在計(jì)算機(jī)上切割算量這種方法與上述方法類似，只不過具體的切割過程避免了手工做圖操作上的誤差，但依然需要采用人為方式來確定挖方體結(jié)構(gòu)的高度，依然不能有效處理邊坡對體積的影響。
3 三種剝離體積計(jì)算方法的比較
（1）方法一中計(jì)算每個方格網(wǎng)的體積及體積相加完全可以通過軟件來完成（如南方CASS等），這種方法充分利用了計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)處理功能。在數(shù)據(jù)確定的情況下計(jì)算結(jié)果唯一，比較容易核對和檢查，方便直觀。在邊坡角不一致時，可以頂面、底面面積為范圍垂直切割所形成的結(jié)構(gòu)體積的平均為所求挖方的體積，這種情況有一定誤差，但計(jì)算過程簡便，可以在很短時間內(nèi)確定出具體的體積。若將整個邊坡（包括坡頂、坡底）與底面一起織成三角網(wǎng)作為計(jì)算體的底面來計(jì)算體積，在邊坡比較平緩的情況下，方格網(wǎng)取的越小則計(jì)算精度越高；在邊坡較陡的情況下很明顯誤差將會加大，且計(jì)算結(jié)果是比真實(shí)體積要少。一般剝離測量時，原始地面及開挖后的底面標(biāo)高以數(shù)據(jù)形式測得。總體說來，這種方法的計(jì)算精度相對較高，且快速、合理、直觀，適用范圍廣泛。
（2）方法二斷面法計(jì)算時，工作量相比方格網(wǎng)法有所增大，尤其是確定每個斷面（頂面、底面）面積時，即使用軟件計(jì)算確定斷面面積也比較麻煩，且容易出現(xiàn)差錯。這種方法優(yōu)點(diǎn)是比較直觀易懂，但計(jì)算過程較復(fù)雜，不容易核對，斷面的切割方法不確定，隨著工程向前推進(jìn)，斷面的切割方法及切割位置也需要變化，不適于操作。在結(jié)構(gòu)比較均勻變化不大時，用這種方法計(jì)算比較合理，一旦結(jié)構(gòu)變化較大用斷面法處理時就會產(chǎn)生較大誤差。以切割形成結(jié)構(gòu)的上下面為頂?shù)酌嬗?jì)算時，面及面之間的距離都是確定的，體積比較容易確定；以正常切割斷面所形成的上下面為頂?shù)酌嬗?jì)算體積時，頂面與底面之間的距離要靠觀察數(shù)據(jù)來確定，操作者站在不同的立場，取點(diǎn)時會有不同傾向，實(shí)際應(yīng)用中，這種方法的操作會受到一定影響。
（3）方法三手工切割算量，誤差較大。即使在計(jì)算機(jī)上精確測量距離和高度同樣會產(chǎn)生較大誤差。這種方法切割斷面時人為的主觀因素較大，不同人、不同的切割方法都會產(chǎn)生不同的計(jì)算結(jié)果，可核對及可對比性差；精度比較低，誤差較大且無法糾正。在計(jì)算條件不具備且對結(jié)果要求不太高的地方可以采用。
4 一個例子：圖1為為新疆哈密地區(qū)巴里坤縣別斯庫都克露天煤礦工程2008年12月開工至2009年1月中旬的土方開挖圖，地表標(biāo)高已全部采集，圖1周圍邊線分別為開挖后的坡頂邊界線和坡底邊界線，坡頂與坡底的連線就形成了邊坡，邊坡角不固定。開挖結(jié)果為坑底寬25-80米、長1.28km的開挖溝。原始地面標(biāo)高數(shù)據(jù)、挖方后的溝底及坡底坐標(biāo)高程數(shù)據(jù)都已測得。
圖1 工程開挖圖（坡頂、坡底連線）4.1 方格網(wǎng)法計(jì)算體積4.1.1不處理邊坡直接用坡頂、坡底線為范圍垂直切割所圈成的結(jié)構(gòu)計(jì)算體積。坡底坐標(biāo)高程點(diǎn)所織成的三角網(wǎng)如圖2：
圖2 坡底坐標(biāo)高程點(diǎn)所織成的三角網(wǎng) 圖3 包含了邊坡的溝底三角網(wǎng)
4.1.2用三角網(wǎng)織出邊坡將邊坡的坡底高程坐標(biāo)數(shù)據(jù)從原始地表高程中讀出，與坡底三角網(wǎng)一起織成一個網(wǎng)，該網(wǎng)包含了開挖溝底及邊坡的相關(guān)數(shù)據(jù)（見圖3）。4.2 斷面法計(jì)算體積可以設(shè)計(jì)以20m為間距做切割斷面，如圖4。
圖4 每隔20米切割斷面圖4.2.1以切割的斷面面積為上下底計(jì)算其中兩個斷面切割所形成的圖形如下（圖5），可以很方便利用CAD計(jì)算出該斷面面積。依次計(jì)算出所有斷面的面積，可以得到兩個斷面之間結(jié)構(gòu)的體積，體積之和即為總挖方體積。
圖5 其中兩個斷面形狀 圖6切割的其中一個圖形
4.2.2以正常上下面為頂?shù)酌嬗?jì)算方法與上4.2.1相同。唯一區(qū)別是不以切割面為頂?shù)祝哉Ｉ舷旅鏋轫數(shù)酌嬗?jì)算。4.3手工法計(jì)算用手工直接在圖紙上切割與用計(jì)算機(jī)直接切割的原理是一樣的，只是精度不同。切割的其中一個圖形見圖6。該圖形就可以大概認(rèn)為是個規(guī)則的矩形，可以利用比例尺量出矩形的長和寬，進(jìn)而計(jì)算出面積，觀察頂、底面的高程點(diǎn)，讀出一個基本合適的高程數(shù)據(jù)，進(jìn)而計(jì)算出體積。
圖6 用手工法切割的一個圖形4.4 不同方法計(jì)算結(jié)果計(jì)算結(jié)果對比情況見表1。
5、結(jié)論（1）誤差。不同的計(jì)算方法結(jié)果不可能完全一樣，會有一定的誤差，一定情況下，誤差相對較大，見表2。與該誤差相對應(yīng)的經(jīng)濟(jì)利益是很可觀的。選取不同的體積計(jì)算方法對結(jié)果會有影響。在剝離體積較大時，誤差的絕對值也相對較大，相對應(yīng)的經(jīng)濟(jì)利益非�？捎^。
（2）方格網(wǎng)的選取對結(jié)果的影響。方格網(wǎng)選擇的越小則計(jì)量相對越精確。這種情況下，可以充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)算量的優(yōu)越性。能在相對較短的時間內(nèi)給出較精確的結(jié)果。且實(shí)踐證明，當(dāng)選取的方格網(wǎng)達(dá)到比1m還小時方格網(wǎng)的大小對計(jì)算結(jié)果與的影響基本可以忽略。（3）邊坡。若剝離是連續(xù)進(jìn)行的，則邊坡的問題可以不予考慮。因?yàn)檫吰乱彩?ldquo;移動”的，隨著剝離的進(jìn)行，邊坡的位置甚至坡度都將發(fā)生變化。除非精確計(jì)量，否則非固定幫的邊坡可以不予考慮。（4）連續(xù)計(jì)量。方格網(wǎng)法適合于一次性計(jì)量，能相對較精確。但若考慮到連續(xù)施工及多次計(jì)量的情況，方格網(wǎng)法由于需要單獨(dú)織出不同的頂和底面，不易操作；此時斷面法的優(yōu)點(diǎn)比較突出，斷面線固定，做出的斷面同時也是固定的，連續(xù)施工時只需在已經(jīng)做好的斷面基礎(chǔ)上繼續(xù)做即可。（5）分類計(jì)量。分成若干類計(jì)量時，若采用方格網(wǎng)法則需織出不同的頂、底面，分的類別越多，編織的工作量越大，精度越低。斷面法不存在這種問題，若選取切割的斷面為上下底計(jì)算的話，可以很方便地在斷面上區(qū)分不同類別的剝離物，且可以方便的計(jì)量。經(jīng)過多次嘗試及比較，別斯庫都克露天煤礦的土石方剝離及采煤計(jì)量工作采用斷面法（以切割面為頂?shù)酌妫┻M(jìn)行計(jì)算，取得了較好的效果，有效避免了驗(yàn)收及計(jì)量爭議。
