基于AutoCAD的露天礦區(qū)三維建模研究

為了使露天礦工程管理人員能直觀的、動態(tài)的了解露天礦的形態(tài)特征，從而對開采煤層做出科學合理的決策，就要求建立能反映露天礦區(qū)幾何形態(tài)和質(zhì)量指標的數(shù)字化空間三維模型。本文將利用某露天煤礦的基本地質(zhì)資料，以AutoCAD軟件為平臺，綜合運用空間信息技術(shù)、數(shù)字信息技術(shù)以及計算機技術(shù)建立露天礦區(qū)的三維地質(zhì)模型，并將其應用到工程實際中。

一、地質(zhì)數(shù)據(jù)庫的建立

地質(zhì)數(shù)據(jù)是建立露天礦三維地質(zhì)模型的前提與基礎(chǔ)。因此，對地質(zhì)數(shù)據(jù)要求按照統(tǒng)一的格式收集并整理。在露天礦區(qū)三維地質(zhì)建模中，常用到的主要地質(zhì)數(shù)據(jù)包括剖面圖數(shù)據(jù)、等值線數(shù)據(jù)、鉆孔數(shù)據(jù)、生產(chǎn)計劃圖、測量驗收圖等。在建模前，需要對這些地質(zhì)數(shù)據(jù)進行搜集和整理。主要步驟包括：將鉆孔數(shù)據(jù)按照一定的格式錄入到Excel表格中；對部分原始圖形進行矢量化處理；檢查并刪除重復點、重復線等。對于小型礦山采用Access2003作為數(shù)據(jù)庫，而對于大型的礦山就需要采用SQL Server作為數(shù)據(jù)庫。將Excel表格中的地質(zhì)數(shù)據(jù)導入到空白數(shù)據(jù)庫中，并對導入結(jié)果進行邏輯檢驗，以避免數(shù)據(jù)錄入過程產(chǎn)生錯誤。檢查無誤之后，便完成了地質(zhì)數(shù)據(jù)庫的建立。

二、插值方法的選擇

露天礦區(qū)中的各種地質(zhì)數(shù)據(jù)一般都是通過地質(zhì)勘探手段獲得的。由于地形條件、資金等條件的限制，在一定的研究區(qū)域內(nèi)往往只能獲得有限的鉆孔和地球物理勘察資料。因此，有必要選擇一定的插值方法，建立滿足精度要求的地質(zhì)模型，同時能降低生產(chǎn)成本，減少不必要的開支與浪費。所謂空間數(shù)據(jù)插值就是對一組已知的離散數(shù)據(jù)或分區(qū)數(shù)據(jù)，按照某種數(shù)學關(guān)系推求出其他未知點或未知區(qū)域的數(shù)據(jù)的數(shù)學過程。常用的插值方法有：距離冪次反比法、泰森多邊形法、克里金法、加權(quán)最小二乘法、多邊形投影法、趨勢面法等，不同的估值方法具有不同的適用條件，地質(zhì)體應根據(jù)自身的特點選取合適的估值方法才能保證合適的精度。

三、三維地質(zhì)模型的建立

地質(zhì)模型，通常意義上包括三種類型：線框模型，如斷層模型；表面模型，如地表地形模型；實體模型，如煤層模型。這三種模型組合在一起，構(gòu)建了露天礦區(qū)三維地質(zhì)模型。（1）斷層模型。斷層模型不僅對于構(gòu)建煤層實體模型，分析煤層的空間形態(tài)有著重要作用，還對礦山工程布置有著重要影響。建立斷層線框模型主要應用到煤層頂、底板等高線圖中的斷層線的線型。首先將二維斷層線轉(zhuǎn)為三維線，再提取地質(zhì)數(shù)據(jù)庫中的煤層頂、底板數(shù)據(jù)點的數(shù)據(jù)，對斷層線賦值，調(diào)整斷層線的空間位置，從而構(gòu)建了斷層線框模型，如圖1所示。

圖1 線框模型

（2）地形表面模型。露天礦區(qū)的地形模型包括原始地表和采場現(xiàn)狀模型兩個部分。本文采用帶約束條件的不規(guī)則三角網(wǎng)法，首先生成無約束的三角網(wǎng)，再以地形等高線和臺階線做為約束線，對無約束的三角網(wǎng)進行剖分，從而建立了露天礦地形面模型，如圖2所示。該方法充分考慮了露天礦區(qū)地表呈階梯狀分布的地形特點，所生成的地形表面模型也充分表達出了露天礦區(qū)地表的實際狀況。

圖2 地形面模型

（3）煤層實體模型。實體模型的建立是整個建模過程中最重要的部分。通過實體模型，不僅能夠準確地掌握煤層的空間幾何形態(tài)，而且實體模型也是建立塊體模型的約束條件。本文采用合并法建立了煤層的實體模型，如圖3所示。

圖3 實體模型建模流程圖

首先連接地質(zhì)數(shù)據(jù)庫，提取煤層頂、底板數(shù)據(jù)點的數(shù)據(jù)；觀察所提取的數(shù)據(jù)點，將有煤的邊界用閉合的三維多段線相連接，形成建模區(qū)域多邊形；選擇適當?shù)牟逯捣椒熬W(wǎng)格間距對區(qū)域多邊形的數(shù)據(jù)點進行內(nèi)插值，并以斷層線作為約束線，建立煤層頂、底板表面模型；去除掉建模區(qū)域以外的多余三角網(wǎng)，生成頂、底板面模型的邊界線；根據(jù)頂、底板面模型的邊界線生