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生產(chǎn)出成本合理的天然石材取決于是否能開(kāi)采出尺寸合理的荒料。荒料規(guī)格的大小是非常重要的。能開(kāi)采出規(guī)格最合適的荒料，不論從經(jīng)濟(jì)角度和礦層構(gòu)造來(lái)說(shuō)，都是非常重要的。因?yàn)檫@個(gè)問(wèn)題直接影響到石材的斷層和裂紋。這些技術(shù)方面的因素往往直接影響到礦層下很多荒料。而這些荒料有時(shí)候并不是立方體的結(jié)構(gòu)。要想從礦區(qū)圖紙上來(lái)找出怎樣開(kāi)采荒料而將斷層及裂紋減少到最小，目前唯一的辦法是用計(jì)算的方式。這篇文章我們將向您介紹一種新的軟件，它應(yīng)用的是規(guī)則計(jì)算的方式。利用這個(gè)軟件，可以計(jì)算出荒料的分布，形狀和數(shù)量。我們用圖片向您介紹不同的方式，以及每個(gè)礦區(qū)的具體情況，這樣您能看到，這個(gè)非常有前途的軟件在將來(lái)的石材開(kāi)采方面將起到非常重要的作用。
1.- 簡(jiǎn)介
最近，市場(chǎng)對(duì)不同天然石材（花崗巖，砂巖和石灰?guī)r等）的需求發(fā)展很快。合理有效的開(kāi)采規(guī)格大小合適的荒料，往往需要最尖端的技術(shù)。另外，環(huán)境保護(hù)對(duì)于石材開(kāi)采也越來(lái)越重要。所以，各種各樣的因素要求能開(kāi)采出尺寸大小合適，高質(zhì)量的荒料，以此減少不必要的浪費(fèi)。能了解礦層的地理構(gòu)造，對(duì)于合理的開(kāi)采及減少裂紋是非常重要的。在進(jìn)行勘測(cè)的時(shí)候，就應(yīng)該對(duì)礦層的結(jié)構(gòu)，邊角和斷層進(jìn)行比較詳細(xì)的紀(jì)錄。這樣在開(kāi)采過(guò)程中，才能保證最有效的開(kāi)采出所需的材料。這份資料最基本的應(yīng)該要包括荒料體積大小，形狀和分布。這個(gè)電腦軟件可以允許利用三維效果，根據(jù)一定的技術(shù)參數(shù)，角度和方向來(lái)顯示一個(gè)礦區(qū)不同的部分。直角斷層的問(wèn)題，Weber et al. (2001-2002)就談到過(guò)。最近的一份報(bào)告(Koch-Moeck et al. 2007, Prissang et al., 2007) 也談到這個(gè)問(wèn)題。最有效的找到礦層體積方面的缺陷，以及斷層，唯一的方式就是通過(guò)數(shù)據(jù)分析。
2.地理及經(jīng)濟(jì)方面的問(wèn)題
礦區(qū)里的天然石材都是由很多獨(dú)立的荒料而組成的，這些荒料由不同的方式和不同的接縫連接在一起。不論是從方向還是距離來(lái)說(shuō)，對(duì)原始荒料的形狀和大小都有一定的影響。由于造山運(yùn)動(dòng)，礦石之間的接縫以及斷層的形成都是有一定關(guān)系的。所存在的斷層和接縫跟外界溫度和壓力也有關(guān)系，還涉及到石材本身的一些因素，以及礦層的深度。斷層是由于巖石所能經(jīng)受的最大的柔韌度所造成的。(Palmström, 1995)。除此之外，在沉積巖石和大理石方面，由于石材本身的變化，在石材階梯方面就形成了一定的接縫。而不連續(xù)性是由于膨脹過(guò)程中造成的。由于石材在變化當(dāng)中，要承受一定的壓力，而這些壓力的釋放，就形成了石材的不連續(xù)性。從礦區(qū)開(kāi)采的過(guò)程中，我們可以觀察到這些。不同程度的不連續(xù)性可以由以下幾個(gè)方面來(lái)決定：大小尺寸，規(guī)格體積和它們的形成：空缺，接縫，連接，分離，破裂，裂紋和階梯的形成。(Palmström, 1995). 根據(jù)每個(gè)礦區(qū)不同的情況，這些信息資料的收集可以通過(guò)不同的方式。如果您需要了解更詳細(xì)的關(guān)于不連續(xù)性的資料，您可以看Hoffmann & Siegesmund (2007), Smith (1999) o Priest (1993)?；牧系捏w積以及形狀一般情況下取決于三種條件。最普遍的是距離越大，荒料的尺寸越大，在直角斷層與不連續(xù)性方向不相反的前提下。如果其中的一個(gè)或幾個(gè)參數(shù)，距離和角度的變化比較大，那么石材開(kāi)采的礦區(qū)就會(huì)受到一定的限制，好像砂礫或者方石。(ver Smith 1999). 在沉積巖石方面，荒料的大小由礦層的不同厚度來(lái)決定。與此相反，花崗巖方面的石材卻是由接縫的分布來(lái)決定荒料的大小。由于受地質(zhì)環(huán)境以及開(kāi)采技術(shù)的限制，開(kāi)采荒料時(shí)，荒料的大小必須盡量符合生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備的要求，否則會(huì)增加生產(chǎn)成本，延長(zhǎng)生產(chǎn)時(shí)間。Singewald (1992) 特別強(qiáng)調(diào)如果荒料的尺寸過(guò)大，在加工切割過(guò)程中將增加廢料及降低石材的利用率。最合適的荒料尺寸應(yīng)該保持在6到8立方米。(Primavori, 1999). 荒料最大的規(guī)格往往取決于生產(chǎn)過(guò)程中設(shè)備及運(yùn)輸重量的要求。另外，荒料的形狀也決定了加工后，大板的規(guī)格大小。在荒料開(kāi)采的時(shí)候，對(duì)石材外表?xiàng)l紋的挑選，往往決定了石材品質(zhì)的高低。
總的來(lái)說(shuō)，礦區(qū)的經(jīng)濟(jì)效益取決于礦區(qū)的地理位置，接縫以及斷層的分布。所以不論在開(kāi)發(fā)新的礦區(qū)還是在目前所有的舊礦區(qū)進(jìn)行開(kāi)采的時(shí)候，都需要非常重要的詳細(xì)的數(shù)據(jù)資料。
3.方法
最新開(kāi)發(fā)的電腦軟件(看 Siegesmund et al. 2007) 可以根據(jù)礦區(qū)荒料的分布，接縫和斷層位置的資料，對(duì)荒料的形狀及大小進(jìn)行評(píng)估。
這個(gè)軟件將勘測(cè)礦區(qū)的一部分作為標(biāo)準(zhǔn) ，也就是說(shuō)一個(gè)由三對(duì)平行四邊形組成的幾何形狀，每隊(duì)有平行的兩層。為了將來(lái)的計(jì)算，需要將平行六面體分成小格或者體素，也就是說(shuō)，相當(dāng)于三維的像素。體素不一定需要是立方體的，只需要它的各部分都相等，或與平行六面體比較相似就可以。主體由接縫，斷層和裂縫穿過(guò)（作為檢測(cè)的要素）。這些要素是根據(jù)數(shù)據(jù)計(jì)算出來(lái)的平面圖，這些平面圖只需要用一個(gè)點(diǎn)及兩個(gè)角度就能做好。為了密鋪平行六面體，由于涉及到不同的平面圖，所以需要確定那些不同的體素。這因?yàn)檫@個(gè)原因，需要將不同的地區(qū)，不同的要素所決定的不完整的地區(qū)，用不同的顏色來(lái)區(qū)分。第一步需要確認(rèn)每個(gè)平面圖的位置。這個(gè)工作可以在每個(gè)區(qū)域的平行六面體來(lái)進(jìn)行。確認(rèn)每組體素是一個(gè)重復(fù)的過(guò)程。從第一個(gè)體素開(kāi)始，軟件會(huì)檢測(cè)是否連接的體素與第一個(gè)同屬于一樣的地區(qū)。同屬于一個(gè)地區(qū)的體素都有同樣的顏色。然后再檢測(cè)另外的一個(gè)體素，給它一個(gè)不同的顏色。這個(gè)過(guò)程不斷重復(fù)，直到平行六面體全都被不同的顏色添滿(mǎn)。內(nèi)部的線條顯示出三維空間的荒料的模式。完成這些之后，就可以很容易的計(jì)算出每個(gè)區(qū)域的大小。除了計(jì)算的功能，軟件還可以對(duì)礦區(qū)的不同區(qū)域，進(jìn)行不同角度的顯示。所以，用戶(hù)可以根據(jù)不同的需要，對(duì)礦區(qū)進(jìn)行一定的勘察。用于平面圖及接縫的體素不會(huì)由于體素的有限而消失。相反，體素?cái)?shù)量的增加會(huì)相對(duì)導(dǎo)致體素體積的減少。從另一方面來(lái)說(shuō)，天然接縫處的體積也是有限的。所以，與一般用計(jì)算方式制作的平面圖相比，可以用事實(shí)證明這個(gè)軟件的實(shí)用性。數(shù)碼照片的像素和顏色都是有限的，但是沒(méi)有人懷疑他們的真實(shí)性。軟件計(jì)算的時(shí)間與體素的大小和體素的數(shù)量相關(guān)。所以，對(duì)于第一次體積的計(jì)算，最好使用小數(shù)量的體素。
4.- 電腦及自然模式
以下介紹的模式說(shuō)明了不同的情況，下面是根據(jù)不同的分割方式的三個(gè)例子
(I) 全部直角分割后的情況 (Fig. 1-3)
(II) 接縫處與直角不一樣 的情況 (Fig. 4-6)
(III) 復(fù)雜的主體和任意的分割情況(Fig. 7-9)
不論是哪種情況，始于一個(gè)假設(shè)的帶有交叉因素的荒料草圖 (Fig., 1, 4, 7). 正如你所能看到的，所需要的資料包括三個(gè)軸相對(duì)的距離，以及很容易能勘測(cè)出的平面圖的方向。在全部直角的情況下，每個(gè)荒料的體積可以很容易的計(jì)算出來(lái)，不會(huì)有很大的差別。這個(gè)例子只是用于證明這個(gè)軟件的準(zhǔn)確性。這個(gè)模式，每塊荒料分為128x128x128體素，這樣每個(gè)體素的長(zhǎng)為7,8厘米。體素大小與體積大小的誤差低于百分之一。在2，5，8圖形中，所有的接縫被涂成黑色的線條。3，6，9圖形代表的是形狀不同的。除此之外，可以自由選擇交叉點(diǎn)。在電腦里，荒料的模型以及交叉的圖形可以任意變動(dòng)。這個(gè)軟件的有效性和準(zhǔn)確性正在不同的石材礦區(qū)進(jìn)行測(cè)試。其中一個(gè)礦區(qū)在意大利的N. Sardinia，靠近Arzachena地區(qū)，開(kāi)采花崗巖Rigo de San Antonio的礦區(qū)。這種顆粒中大型的石材，它的條紋在一定的區(qū)域內(nèi)比較脆弱?？偟膩?lái)說(shuō)，屬于一般花崗巖礦區(qū)的特征。除了一些平面是直線條的外，荒料由于一些層面的不連續(xù)性而存在不同的斷層。這些因素非常復(fù)雜，以至于不能很容易的用計(jì)算的方式來(lái)確認(rèn)。所以，利用這個(gè)軟件，我們可以選擇區(qū)域中差不多直的線條作為計(jì)算的因素。由于其中的一個(gè)礦層覆蓋在我們所要研究的荒料上面，所以我們所采用的資料，是礦區(qū)兩個(gè)垂直的面的數(shù)據(jù)。(Fig. 10). 數(shù)據(jù)是從單獨(dú)的垂直面和水平面來(lái)讀取的。如果允許，應(yīng)該考慮到平面之間的距離與他們的空間方位(Fig. 10). 模型采用的是長(zhǎng)為12,5厘米的體素。從11號(hào)模型能看出結(jié)果。雖然這個(gè)例子將實(shí)際情況簡(jiǎn)化了，但是三個(gè)連續(xù)的垂直的交點(diǎn)（前面的表面，中間的交點(diǎn)，后面的表面）已經(jīng)顯示出連接處的復(fù)雜性。(Fig. 11, 右邊). 交叉點(diǎn)顯示出礦區(qū)后面部分（深綠色部分）有大量荒料的存在。使用軟件可以任意變動(dòng)圖像的功能，可以看到那些荒料的存在。但是，模型表現(xiàn)出來(lái)的幾乎是現(xiàn)實(shí)情況。因?yàn)槿鄙倭嘶牧现胁灰?guī)則的，不連續(xù)的線條，所以不能將真實(shí)的情況完全表現(xiàn)出來(lái)。
5.- 結(jié)論
由于具有很多功能，電腦軟件3D-BlockExpert 不論是從經(jīng)濟(jì)還是環(huán)境保護(hù)來(lái)說(shuō)，是有效開(kāi)采石材的最優(yōu)秀的工具。
這個(gè)軟件可以使用于從勘測(cè)到開(kāi)采。大規(guī)模的石材開(kāi)采往往缺少礦區(qū)地理特征及地質(zhì)質(zhì)量方面的詳細(xì)資料。這樣造成了開(kāi)采中不必要的損失，材料的浪費(fèi)，因?yàn)楹芏嗲闆r下，如果了解地理特征及斷層的形成，能更有效的進(jìn)行開(kāi)采。3D-BlockExpert 軟件可以對(duì)礦層的不連續(xù)性，斷層的距離以及方位進(jìn)行研究，可以提供不同的模式來(lái)爭(zhēng)取有效的開(kāi)采。由于可以檢測(cè)出大面積的荒料的存在，在石材行業(yè)開(kāi)采中使用這個(gè)軟件，可以幫助開(kāi)采到合適的石材荒料。在礦層方面，特別是在有很多小荒料的情況下，可以選擇避開(kāi)這個(gè)區(qū)域而選擇其他的產(chǎn)品，例如在砂巖和礫石的情況下。所以，在軟件的幫助下，我們能對(duì)礦區(qū)的儲(chǔ)存有一定的了解，在我們申請(qǐng)開(kāi)發(fā)許可證的時(shí)候，對(duì)我們非常有幫助。礦藏開(kāi)發(fā)最重要的一點(diǎn)是必須以最有效的開(kāi)發(fā)來(lái)償還所要付的稅。如果我們不關(guān)心平面分布的距離，可能會(huì)造成對(duì)很多珍貴材料的浪費(fèi)。軟件可以為我們提供非常詳細(xì)的關(guān)于這些方面的資料，這樣也方便我們?cè)趯?lái)的開(kāi)采方面進(jìn)行決策。在條件允許的情況下，荒料的開(kāi)采一方面要符合所在地區(qū)的地理特征，另一方面要盡量避開(kāi)不規(guī)則的荒料。前面已經(jīng)提到過(guò)，不規(guī)則的荒料與規(guī)則的荒料相比，在生產(chǎn)成本和生產(chǎn)時(shí)間方面就比較高。解決這些問(wèn)題，可以提高開(kāi)采荒料的使用率，也可以提高一個(gè)礦區(qū)的經(jīng)濟(jì)能力?？偟膩?lái)說(shuō)，利用3D-BlockExpert軟件來(lái)測(cè)試礦層的連接及裂縫可以最有效的提高礦區(qū)的最高利潤(rùn)。將來(lái)，建筑市場(chǎng)對(duì)不同的石材需求仍然在不斷增加，這樣就需要保證在開(kāi)采和加工過(guò)程中，對(duì)環(huán)境的保護(hù)。需要最好的利用這些高品質(zhì)的石材，減少對(duì)大自然的損壞。利用電腦軟件進(jìn)行科學(xué)研究也是一種非常能達(dá)到這些目的的有效方式。
