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生產(chǎn)出成本合理的天然石材取決于是否能開采出尺寸合理的荒料?；牧弦?guī)格的大小是非常重要的。能開采出規(guī)格最合適的荒料，不論從經(jīng)濟(jì)角度和礦層構(gòu)造來說，都是非常重要的。因為這個問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。而這些荒料有時候并不是立方體的結(jié)構(gòu)。要想從礦區(qū)圖紙上來找出怎樣開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)則計算的方式。利用這個軟件，可以計算出荒料的分布，形狀和數(shù)量。我們用圖片向您介紹不同的方式，以及每個礦區(qū)的具體情況，這樣您能看到，這個非常有前途的軟件在將來的石材開采方面將起到非常重要的作用。
1.- 簡介
最近，市場對不同天然石材（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)對于石材開采也越來越重要。所以，各種各樣的因素要求能開采出尺寸大小合適，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，對于合理的開采及減少裂紋是非常重要的。在進(jìn)行勘測的時候，就應(yīng)該對礦層的結(jié)構(gòu)，邊角和斷層進(jìn)行比較詳細(xì)的紀(jì)錄。這樣在開采過程中，才能保證最有效的開采出所需的材料。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)，角度和方向來顯示一個礦區(qū)不同的部分。直角斷層的問題，Weber et al. (2001-2002)就談到過。最近的一份報告(Koch-Moeck et al. 2007, Prissang et al., 2007) 也談到這個問題。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數(shù)據(jù)分析。
2.地理及經(jīng)濟(jì)方面的問題
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說，對原始荒料的形狀和大小都有一定的影響。由于造山運(yùn)動，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)開采的過程中，我們可以觀察到這些。不同程度的不連續(xù)性可以由以下幾個方面來決定：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)每個礦區(qū)不同的情況，這些信息資料的收集可以通過不同的方式。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。如果其中的一個或幾個參數(shù)，距離和角度的變化比較大，那么石材開采的礦區(qū)就會受到一定的限制，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決定。與此相反，花崗巖方面的石材卻是由接縫的分布來決定荒料的大小。由于受地質(zhì)環(huán)境以及開采技術(shù)的限制，開采荒料時，荒料的大小必須盡量符合生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備的要求，否則會增加生產(chǎn)成本，延長生產(chǎn)時間。Singewald (1992) 特別強(qiáng)調(diào)如果荒料的尺寸過大，在加工切割過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。在荒料開采的時候，對石材外表條紋的挑選，往往決定了石材品質(zhì)的高低。
總的來說，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。所以不論在開發(fā)新的礦區(qū)還是在目前所有的舊礦區(qū)進(jìn)行開采的時候，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，對荒料的形狀及大小進(jìn)行評估。
這個軟件將勘測礦區(qū)的一部分作為標(biāo)準(zhǔn) ，也就是說一個由三對平行四邊形組成的幾何形狀，每隊有平行的兩層。為了將來的計算，需要將平行六面體分成小格或者體素，也就是說，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（作為檢測的要素）。這些要素是根據(jù)數(shù)據(jù)計算出來的平面圖，這些平面圖只需要用一個點(diǎn)及兩個角度就能做好。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。這因為這個原因，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)，用不同的顏色來區(qū)分。第一步需要確認(rèn)每個平面圖的位置。這個工作可以在每個區(qū)域的平行六面體來進(jìn)行。確認(rèn)每組體素是一個重復(fù)的過程。從第一個體素開始，軟件會檢測是否連接的體素與第一個同屬于一樣的地區(qū)。同屬于一個地區(qū)的體素都有同樣的顏色。然后再檢測另外的一個體素，給它一個不同的顏色。這個過程不斷重復(fù)，直到平行六面體全都被不同的顏色添滿。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，就可以很容易的計算出每個區(qū)域的大小。除了計算的功能，軟件還可以對礦區(qū)的不同區(qū)域，進(jìn)行不同角度的顯示。所以，用戶可以根據(jù)不同的需要，對礦區(qū)進(jìn)行一定的勘察。用于平面圖及接縫的體素不會由于體素的有限而消失。相反，體素數(shù)量的增加會相對導(dǎo)致體素體積的減少。從另一方面來說，天然接縫處的體積也是有限的。所以，與一般用計算方式制作的平面圖相比，可以用事實證明這個軟件的實用性。數(shù)碼照片的像素和顏色都是有限的，但是沒有人懷疑他們的真實性。軟件計算的時間與體素的大小和體素的數(shù)量相關(guān)。所以，對于第一次體積的計算，最好使用小數(shù)量的體素。
4.- 電腦及自然模式
以下介紹的模式說明了不同的情況，下面是根據(jù)不同的分割方式的三個例子
(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軸相對的距離，以及很容易能勘測出的平面圖的方向。在全部直角的情況下，每個荒料的體積可以很容易的計算出來，不會有很大的差別。這個例子只是用于證明這個軟件的準(zhǔn)確性。這個模式，每塊荒料分為128x128x128體素，這樣每個體素的長為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。這個軟件的有效性和準(zhǔn)確性正在不同的石材礦區(qū)進(jìn)行測試。其中一個礦區(qū)在意大利的N. Sardinia，靠近Arzachena地區(qū)，開采花崗巖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?？偟膩碚f，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算的方式來確認(rèn)。所以，利用這個軟件，我們可以選擇區(qū)域中差不多直的線條作為計算的因素。由于其中的一個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). 模型采用的是長為12,5厘米的體素。從11號模型能看出結(jié)果。雖然這個例子將實際情況簡化了，但是三個連續(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)出來的幾乎是現(xiàn)實情況。因為缺少了荒料中不規(guī)則的，不連續(xù)的線條，所以不能將真實的情況完全表現(xiàn)出來。
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)來說，是有效開采石材的最優(yōu)秀的工具。
這個軟件可以使用于從勘測到開采。大規(guī)模的石材開采往往缺少礦區(qū)地理特征及地質(zhì)質(zhì)量方面的詳細(xì)資料。這樣造成了開采中不必要的損失，材料的浪費(fèi)，因為很多情況下，如果了解地理特征及斷層的形成，能更有效的進(jìn)行開采。3D-BlockExpert 軟件可以對礦層的不連續(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爭取有效的開采。由于可以檢測出大面積的荒料的存在，在石材行業(yè)開采中使用這個軟件，可以幫助開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，可以選擇避開這個區(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，我們能對礦區(qū)的儲存有一定的了解，在我們申請開發(fā)許可證的時候，對我們非常有幫助。礦藏開發(fā)最重要的一點(diǎn)是必須以最有效的開發(fā)來償還所要付的稅。如果我們不關(guān)心平面分布的距離，可能會造成對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，這樣也方便我們在將來的開采方面進(jìn)行決策。在條件允許的情況下，荒料的開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不規(guī)則的荒料。前面已經(jīng)提到過，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)時間方面就比較高。解決這些問題，可以提高開采荒料的使用率，也可以提高一個礦區(qū)的經(jīng)濟(jì)能力?？偟膩碚f，利用3D-BlockExpert軟件來測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。將來，建筑市場對不同的石材需求仍然在不斷增加，這樣就需要保證在開采和加工過程中，對環(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。
