三維數(shù)字地質(zhì)模型在礦區(qū)水文地質(zhì)評價中的應(yīng)用

孫 慧 軍

(山西省煤炭地質(zhì)水文勘查研究院,山西 太原　030006)

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三維數(shù)字地質(zhì)模型在礦區(qū)水文地質(zhì)評價中的應(yīng)用

孫 慧 軍

(山西省煤炭地質(zhì)水文勘查研究院,山西 太原030006)

介紹了礦區(qū)水文地質(zhì)數(shù)據(jù)的提取方式，根據(jù)礦區(qū)的水文地質(zhì)特征，構(gòu)建了三維數(shù)字地質(zhì)模型，并闡述了該模型在礦區(qū)水文地質(zhì)評價中的應(yīng)用，確保了礦區(qū)生產(chǎn)作業(yè)的順利開展。

礦區(qū)，水文地質(zhì)，三維數(shù)字地質(zhì)模型，地質(zhì)評價

市場經(jīng)濟(jì)體制的不斷改革，對于煤礦整體的生產(chǎn)能力提出了更高的要求，需要企業(yè)及時地調(diào)整自身的戰(zhàn)略部署，最大限度地保證礦區(qū)生產(chǎn)活動的順利開展。結(jié)合現(xiàn)階段煤礦生產(chǎn)的實際發(fā)展現(xiàn)狀，可知做好礦區(qū)的水文地質(zhì)評價對于煤礦的安全生產(chǎn)具有重要的現(xiàn)實參考意義，可以為企業(yè)帶來更多的經(jīng)濟(jì)效益。在信息化技術(shù)手段的支持下，可以構(gòu)建出可靠的三維數(shù)字地質(zhì)模型，豐富礦區(qū)水文地質(zhì)評價內(nèi)容，提高礦區(qū)整體的生產(chǎn)作業(yè)工作效率，實現(xiàn)現(xiàn)代化煤礦企業(yè)的更多發(fā)展目標(biāo)。

1　礦區(qū)水文地質(zhì)數(shù)據(jù)的提取

完善礦區(qū)水文地質(zhì)評價體系，需要采取有效的技術(shù)手段提取相關(guān)的水文地質(zhì)數(shù)據(jù)，為后續(xù)研究工作的順利開展奠定堅實的基礎(chǔ)。一般情況下，采用鉆探或者物理探測的方法提取水文地質(zhì)數(shù)據(jù)，并結(jié)合相關(guān)的地質(zhì)資料對礦區(qū)的地層的含水性、斷層等進(jìn)行必要地了解。在可靠的三維數(shù)字地質(zhì)模型的支持下，有關(guān)礦區(qū)水文地質(zhì)數(shù)據(jù)的管理可以通過模型中的外接數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存儲，并在軟件系統(tǒng)里構(gòu)建出功能強大的數(shù)據(jù)中心和圖形編譯系統(tǒng)，利用某些功能鍵對這些數(shù)據(jù)信息進(jìn)行及時有效地瀏覽。同時，三維數(shù)字地質(zhì)模型中記錄的數(shù)據(jù)可以依據(jù)標(biāo)高對生產(chǎn)勘探輪廓清晰的豎直剖面。這種剖面可以滿足使用者的地質(zhì)編譯、數(shù)據(jù)查詢及核對等方面的具體要求?；A(chǔ)數(shù)據(jù)收集的過程中主要利用的是Excel表格。除此之外，在對地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一收集整理的過程中，可以發(fā)揮3DMine軟件的優(yōu)勢進(jìn)行數(shù)據(jù)的實時存儲。這些工作的順利完成，保證了三維空間與地質(zhì)數(shù)據(jù)的有效結(jié)合，增強了數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性和真實性。

2　礦區(qū)水文地質(zhì)特征

很多礦區(qū)實際生產(chǎn)中容易受到地下水的影響，客觀地決定了做好水文地質(zhì)分析工作的必要性。目前礦區(qū)的地下水類型主要包括碳酸鹽石裂隙巖溶水和碳酸巖承壓裂隙水。前者巖組含水層主要在其中溶蝕裂隙中流動，中等富水等級實際作用效果明顯。同時，該巖組含水層包括了茅口組及重要的二疊系統(tǒng)下的棲霞組；后者的地下水貯存于該巖組的巖溶裂隙中，中等富水等級的作用效果突出，相關(guān)的巖組含水層主要位于石炭系擺佐組，水文特征明顯。

3　三維數(shù)字地質(zhì)模型在礦區(qū)水文地質(zhì)評價的構(gòu)建分析

由于礦區(qū)水文地質(zhì)條件復(fù)雜，需要充分地發(fā)揮三維數(shù)字地質(zhì)模型的優(yōu)勢，增強礦區(qū)的水文地質(zhì)評價工作質(zhì)量，為礦區(qū)的安全生產(chǎn)活動開展提供可靠的保障。在構(gòu)建三維數(shù)字地質(zhì)模型時，主要采用的建模技術(shù)是3DMine。這種建模技術(shù)的應(yīng)用范圍廣，適用性強，可以結(jié)合礦區(qū)水文地質(zhì)的實際概況進(jìn)行建模，并對其中的水文特征進(jìn)行全面地分析，從根本上保證了礦區(qū)水文地質(zhì)評價的科學(xué)合理性。

在3DMine建模技術(shù)的作用下，運用控制線及對應(yīng)的分區(qū)線相互融合的方法，可以對礦區(qū)的任何物體的剖面進(jìn)行地質(zhì)模型構(gòu)建，從而為實際問題的有效解決提供可靠的參考依據(jù)。在模型構(gòu)建的過程中，不同模型之間的交、并、差運算方式可以選擇布爾運算，并利用相關(guān)的函數(shù)分析模塊增強數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性，確保所有的運算結(jié)果能夠達(dá)到礦區(qū)水文地質(zhì)評價的實際要求。同時，三維可視化模型包含著各種豐富的半變異函數(shù)，可以對某些參數(shù)的調(diào)整進(jìn)行深入地分析，簡化了地質(zhì)學(xué)問題處理過程中的工作流程，數(shù)據(jù)信息的處理效率更加高效。同時，利用三維數(shù)字地質(zhì)模型搜集數(shù)據(jù)信息的過程中，需要參考礦區(qū)的探礦鉆孔、水文地質(zhì)鉆孔等方面的重要資料，促使巷道位置上方的水文地質(zhì)觀測鉆孔及相關(guān)的剖面可以在地質(zhì)模型構(gòu)建中體現(xiàn)出來，形成功能更加強大的三維地質(zhì)與水文地質(zhì)相結(jié)合的地質(zhì)模型，提高模型使用中處理實際問題的工作效率。

4　三維數(shù)字地質(zhì)模型在礦區(qū)水文地質(zhì)評價中的運用

在礦區(qū)水文地質(zhì)評價的過程中，為了使最終的評價效果能夠達(dá)到礦區(qū)生產(chǎn)作業(yè)的實際要求，需要充分地發(fā)揮三維數(shù)字地質(zhì)模型的優(yōu)勢。最大限度地完善水文地質(zhì)的評價體系，在保證礦區(qū)作業(yè)人員安全工作的同時增加煤礦企業(yè)整體的經(jīng)濟(jì)效益。三維數(shù)字地質(zhì)模型在礦區(qū)水文地質(zhì)評價中運用時，相關(guān)的技術(shù)人員需要對礦區(qū)地層的結(jié)構(gòu)特點、水文特性等進(jìn)行深入地了解，確保三維數(shù)字地質(zhì)模型使用時可以與礦區(qū)的實際作業(yè)環(huán)境相吻合，進(jìn)而為各種實際問題的有效解決提供可靠的參考依據(jù)。

當(dāng)施工巷道穿過礦區(qū)的棲霞組時，其中的涌水量相對較大。由于礦區(qū)不同地段的地下水上升的水位有所差異，某些區(qū)域容易出現(xiàn)大規(guī)模涌水的現(xiàn)象，加大了這些區(qū)域涌泥量問題產(chǎn)生的概率。對于高臺組的巷道施工必須增強專業(yè)設(shè)備的安全性能，主要在于這些施工中的硬質(zhì)巖較多，加大了施工難度。當(dāng)?shù)V區(qū)巷道周圍的巖層較薄時，實際的隔水效果相對較差，容易帶來大量的涌水。同時，對于礦區(qū)巖層結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的區(qū)域，當(dāng)其中的巷道頂板穩(wěn)定性受到較大的威脅時，也會對煤礦后續(xù)的生產(chǎn)活動開展帶來較大的威脅。因此，運用三維數(shù)字地質(zhì)模型時可以將不同的數(shù)據(jù)信息輸入到地質(zhì)模型中，以便這些模型在實際的應(yīng)用中可以快速地解決巷道的涌水問題，減少突發(fā)性涌水帶來的影響。

將礦區(qū)二疊系棲霞組的信息輸入到信息化網(wǎng)絡(luò)中，可以構(gòu)建出不同厚度地層的可視化三維數(shù)字地質(zhì)模型，并對礦區(qū)的各種接觸面進(jìn)行有效地分析，從而對巷道底板的安全性能進(jìn)行綜合地評估，確定某些突發(fā)性涌水可能影響的礦區(qū)生產(chǎn)作業(yè)區(qū)域，方便了技術(shù)人員在較短的時間內(nèi)完成預(yù)防災(zāi)害事故的緊急方案的制定，給煤礦生產(chǎn)作業(yè)的順利開展帶來了重要的參考信息。同時，在運用三維數(shù)字地質(zhì)模型的過程中，不同斷層對于礦區(qū)巷道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定影響程度也可以通過這種模型進(jìn)行必要地分析，從而避免了巷道底板涌水事故的發(fā)生，加快了煤礦企業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)步伐。

5　結(jié)語

礦區(qū)水文地質(zhì)評價能否達(dá)到實際的作用效果，依賴于可靠的三維數(shù)字地質(zhì)模型。這種模型包含的內(nèi)容非常豐富，使用中可以對礦區(qū)水文地質(zhì)的整體概況進(jìn)行綜合地評估，確保了礦區(qū)生產(chǎn)作業(yè)的順利開展。在構(gòu)建三維數(shù)字地質(zhì)模型的過程中，技術(shù)人員需要充分地考慮各方面的影響因素，最大限度地發(fā)揮出參考模型的實際作用。三維數(shù)字地質(zhì)模型的有效使用，可以對礦區(qū)的水文地質(zhì)特性進(jìn)行系統(tǒng)的闡述，降低安全事故發(fā)生的幾率。

[1]謝文兵.地質(zhì)礦產(chǎn)數(shù)據(jù)庫的建立與隱伏礦體立體定量預(yù)測研究[D].長沙：中南大學(xué),2012.

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On application of three-dimension digital geological model in hydrological evaluation of mining areas

Sun Huijun

(ShanxiCoalGeologicalandHydrologicalSurveyInstitute,Taiyuan030006,China)

The paper introduces the extracting approaches of the hydrological data in the mining areas, sets up the three-dimension digital geological model according to the hydrological features of the mining areas, and illustrates the application of the model in the hydrological evaluation of the areas, so as to ensure the smooth development of the mining production.

mining area, hydrology and geology, three-dimension digital geological model, geological evaluation

1009-6825(2016)23-0086-02

2016-06-06

孫慧軍(1989- )，男，助理工程師

P642

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