建立礦山三維模型中3Dmine礦業(yè)軟件的應(yīng)用

孫 璐，戴曉江

（昆明理工大學(xué)，云南 昆明 650093）

建立礦山三維模型中3Dmine礦業(yè)軟件的應(yīng)用

孫 璐，戴曉江

（昆明理工大學(xué)，云南 昆明 650093）

本文通過3Dmine礦業(yè)軟件在某礦建模過程中的應(yīng)用，總結(jié)了在建立三維模型過程中遇到的問題及解決方案。

建模；三維；3Dmine

20世紀(jì)80年代，一些礦山企業(yè)與科研院所、大專院校開始合作探索計(jì)算機(jī)技術(shù)在礦山設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中的應(yīng)用，并開發(fā)了一些應(yīng)用系統(tǒng)軟件，推動(dòng)了我國礦山信息化建設(shè)。

經(jīng)過實(shí)踐表明，只有通過真三維平臺(tái)對鉆孔、物探、測量、設(shè)計(jì)等數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾和集成，建立三維礦床數(shù)字模型，并實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)維護(hù)，才能對三維地層環(huán)境、礦山實(shí)體、采礦活動(dòng)、采礦影響等進(jìn)行真實(shí)的、實(shí)時(shí)的真3D的可視化再現(xiàn)、模擬與分析。

本文以3Dmine礦業(yè)軟件在某礦建模過程的應(yīng)用為例，總結(jié)了一些在建立三維模型過程中遇到的問題及解決方案。

1 礦山情況簡介

該礦屬海相沉積層狀磷塊巖礦床，走向近東西，礦層出露部分傾角較陡。傾向340°左右，傾角25～55°，深部30°左右，礦層在深部逐漸變緩。礦區(qū)內(nèi)礦層沿傾向厚度變化規(guī)律為：上、下礦層中Ⅰ、Ⅱ品級厚度大，由淺部向中、深部Ⅰ、Ⅱ品級相應(yīng)變薄，跳動(dòng)較大。

根據(jù)礦區(qū)內(nèi)礦層結(jié)構(gòu)及夾層特征，礦體主要分為上、下礦層。不同的礦石自然類型，在空間分布上有一定的規(guī)律，即出現(xiàn)在一定的層位，但又無法分出具體的小層界線，并在全區(qū)進(jìn)行對比。Ⅰ、Ⅱ品級礦石主要分布在上、下礦層的中部，Ⅲ品級出現(xiàn)在整個(gè)礦層的上、下部及夾層附近，形成上、下礦層均為上下貧，中間富的空間結(jié)構(gòu)。

2 礦山建模過程中3Dmine的應(yīng)用

2.1 地質(zhì)數(shù)據(jù)庫的建立

地質(zhì)數(shù)據(jù)庫是一種有效的管理數(shù)據(jù)的工具，可以方便的對數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索和管理。利用3Dmine創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫，將地質(zhì)數(shù)據(jù)導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫中，通過3Dmine軟件將數(shù)字形式的勘探資料用三維圖形的形態(tài)來管理和利用。

利用3Dmine創(chuàng)建地質(zhì)數(shù)據(jù)庫首先需要根據(jù)地質(zhì)資料分別建立定位表、測斜表、巖性表和化驗(yàn)分析表。其中，鉆孔定位表和測斜表決定了鉆孔在三維空間的軌跡，屬于強(qiáng)制性表，巖性表和化驗(yàn)表屬于非必須表，描述巖性和品位。

在某礦的建模過程中，根據(jù)原礦山地質(zhì)資料共選取16個(gè)鉆孔的完整數(shù)據(jù)建立了地質(zhì)數(shù)據(jù)庫，在實(shí)體模型建立中用數(shù)學(xué)方法對品位估值起到關(guān)鍵的作用。

2.2 圖形的導(dǎo)入及表面模型的建立

3Dmine提供了AutoCAD、MAPGIS等多種軟件的接口，可以很方便的將礦山的各種原有的平面圖件導(dǎo)入3Dmine內(nèi)進(jìn)行編輯處理。圖形導(dǎo)入可以直接將二維圖形轉(zhuǎn)換成初始三維表面模型。但由于原圖和轉(zhuǎn)換過程中的誤差或者錯(cuò)誤，會(huì)導(dǎo)致初始的三維模型變形失真，主要表現(xiàn)為高程的不準(zhǔn)確和缺失。這種情況在建立表面模型的過程中尤為明顯。

在本模型建立的過程中，將原礦山使用AutoCAD繪制的地表地形圖導(dǎo)入3Dmine時(shí)，由于原圖上線條高程的不準(zhǔn)確，導(dǎo)致地表模型出現(xiàn)了偏差，而對于后期建模影響較大的是境界內(nèi)點(diǎn)線的高程錯(cuò)誤而導(dǎo)致的境界的扭曲。

對于這個(gè)問題，首先通過3Dmine的查詢功能進(jìn)行表面模型上關(guān)鍵位置的點(diǎn)、線、面的坐標(biāo)確認(rèn)，再通過與原圖的對比以及對礦山資料的查閱確定數(shù)據(jù)后修改，形成了準(zhǔn)確性較高的初始地表模型。在對地表圖建立表面模型的過程中，根據(jù)礦山平面圖的數(shù)據(jù)，對地表模型尤其是開采境界內(nèi)的點(diǎn)和線采用了手動(dòng)賦高程的方法進(jìn)行修改和校正，最終形成了一個(gè)較為準(zhǔn)確的礦山三維地表模型。實(shí)踐證明，使用這種方法修改可靠性較高，呈現(xiàn)出礦山的地表形態(tài)與實(shí)際開采的情況符合。圖1為該礦的地表模型線圖。

2.3 礦體實(shí)體模型的建立

創(chuàng)建實(shí)體模型是創(chuàng)建三維礦體的重要環(huán)節(jié)。實(shí)體模型是由一系列在線上的點(diǎn)連成內(nèi)外不透氣的三角網(wǎng)，由構(gòu)成這些三角網(wǎng)的三角面包裹成內(nèi)外不透氣的實(shí)體，主要用來描述礦體、巷道、采場、采掘帶等。在本模型的建立中，就是用實(shí)體模型來描述礦體。

在實(shí)際的建模過程中，由于礦體賦存條件的不同，礦山的平面圖件的局限性，應(yīng)根據(jù)礦山具體情況將礦體模型合理化。

在該礦山實(shí)體模型的建立過程中，最初在圈定礦體時(shí)，采用該礦原始的礦體剖面圖，根據(jù)原圖品位分布情況將Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ品級的礦體以及巖石分別進(jìn)行圈定。但由于礦層本身就很薄，按品級分別圈定出的礦體就更薄。形成實(shí)體之后導(dǎo)致有些地方出現(xiàn)了一定的交疊現(xiàn)象。這將影響之后對礦石儲(chǔ)量的準(zhǔn)確計(jì)算。因此在仔細(xì)分析了該礦的礦體賦存條件和礦山的資料之后，根據(jù)礦體分為上、下層的特點(diǎn)，對礦體進(jìn)行了合并圈定，即只分為上、下礦層建立礦體的實(shí)體模型。而對于礦體的品級則根據(jù)3Dmine提供的估值方法進(jìn)行自動(dòng)分布。圖2為該礦礦體的實(shí)體模型。

實(shí)體模型建立好之后，在創(chuàng)建塊體模型與原礦資料進(jìn)行對比驗(yàn)證模型可靠性時(shí)又出現(xiàn)了新的問題。根據(jù)該模型得到的各個(gè)品級的儲(chǔ)量報(bào)告和礦山原有資料出現(xiàn)了一定的誤差。問題的原因是在建模的過程中，圈定礦體時(shí)只截止到兩端的勘探線，而礦體的實(shí)際賦存情況大多不會(huì)是在勘探線處戛然而止，而是有所延伸。因此，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)以及開采中的實(shí)際情況，使用3Dmine“擴(kuò)展外推線”的功能將兩端的勘探線根據(jù)經(jīng)驗(yàn)按一定的比例向外做了延伸，再重新建立了實(shí)體模型。經(jīng)驗(yàn)證，在之后的儲(chǔ)量報(bào)告的對比中誤差迅速減小。

除上述方法外，在實(shí)體模型的創(chuàng)建過程中，還可以通過分區(qū)連接、添加控制線等方法進(jìn)行控制和優(yōu)化，建立更符合礦體的實(shí)際賦存情況的三維實(shí)體模型。

2.4 礦體塊體模型的建立

在實(shí)體模型建立的基礎(chǔ)上創(chuàng)建塊體模型。塊體模型即品位模型，根據(jù)地質(zhì)數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容對實(shí)體模型進(jìn)行分割和賦值。即把塊體劃分成許多小塊，通過給每個(gè)小塊賦屬性值，例如賦給塊體品位、礦石類型、密度等屬性，綜合起來就可以得到整個(gè)模型的屬性。在此基礎(chǔ)上，可以進(jìn)行采掘帶的設(shè)計(jì)以及短期計(jì)劃的編制等工作。另外，可以根據(jù)不同的需要對塊體進(jìn)行著色，以便更清楚的觀察礦體。

由于在建立實(shí)體模型時(shí)進(jìn)行了礦體的合并，對于礦體的品位則根據(jù)3Dmine提供的塊體模型的估值法進(jìn)行自動(dòng)的品位分布。與地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)相結(jié)合，應(yīng)用數(shù)學(xué)方法對品位分布進(jìn)行估值，是塊體模型的重要特點(diǎn)之一。在本模型的建立中，就是采用已經(jīng)建立好的地質(zhì)數(shù)據(jù)庫與數(shù)學(xué)方法結(jié)合進(jìn)行估值。通過估值，將礦體按品位的不同分為高、中、低品位區(qū)段，根據(jù)顏色可對礦體的賦存情況一目了然。

3Dmine提供了5種估值方法，選取克里格估值法和距離冪次反比法分別進(jìn)行估值，經(jīng)過對比，最終確定本模型使用距離冪次反比法估值更為準(zhǔn)確。對比結(jié)果見下頁表。

圖3為估值之后按品級對礦體進(jìn)行著色的塊體模型圖。

克里格估值法和距離冪次反比法結(jié)果對比

另外，還可以視需要根據(jù)礦體的其他屬性進(jìn)行著色，還可以對塊體模型進(jìn)行二維投影，導(dǎo)入AutoCAD中，生成二維圖。

2.5 三維模型的完成和完善

地表模型、實(shí)體模型以及塊體模型的建立，即基本完成礦山的三維模型。通過三維模型可以直觀清楚地觀察礦山、礦體的情況，為下一步工作的開展奠定了基礎(chǔ)。圖4為該礦的三維模型(側(cè)面)。

3Dmine提供了各種形式的報(bào)告，例如塊體報(bào)告、當(dāng)前區(qū)域報(bào)告等，還可以按實(shí)體分類以及線面界線分別生成報(bào)告，以便于在直觀地觀察模型的同時(shí)全方位了解礦體的情況，對下一步開采工作進(jìn)行安排。

3 結(jié)語

3Dmine礦業(yè)工程軟件提供了以地質(zhì)、測量和采礦為基礎(chǔ)的軟件平臺(tái)，在實(shí)際的使用過程中將三者結(jié)合創(chuàng)建出三維的、動(dòng)態(tài)的礦體模型。本文中對某礦山表面模型、實(shí)體模型、塊體模型的創(chuàng)建，建立的三維模型能直觀生動(dòng)的表現(xiàn)礦體的特征，利于礦山的計(jì)劃和開采工作。

3Dmine礦業(yè)軟件雖然提供了很好的工具和平臺(tái)，但是在實(shí)際建立模型過程中發(fā)揮建模人員的主觀能動(dòng)性非常重要，根據(jù)實(shí)際情況和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行人工的改良來讓軟件發(fā)揮更好的作用。

Establishing 3D Model of a Mine by 3Dmine Mining Software

SUN Lu, DAI Xiao-jiang
(Kunming University of Science & Technology, Kunming 650093, China)

3D modeling function of 3Dmine mining software provides a new platform interface to mining software. This article applies 3Dmine mining software in modeling of a Mine. Then it puts forward problems and proposes solutions in establishing 3D model.

modeling; 3D; 3Dmine

TP391;TD87

B

1007-9386(2011)01-0060-03

2010-12-16