礦山工程設計中三維數(shù)字化技術的應用研究

朱旭紅

（長沙有色冶金設計研究院有限公司，湖南 長沙 4100000)

礦山工程是一項復雜的工程，在礦山工程設計過程中只有對先進的技術合理的應用，才能更好的確保設計的合理性和先進性。下面針對三維數(shù)字化技術在礦山工程設計中的應用為例進行簡要分析。

1 三維數(shù)字化技術原理

三維數(shù)字化就是通過人工獲取物體外形數(shù)據(jù)，然后將獲取到的數(shù)據(jù)信息內(nèi)容進行加工，再將經(jīng)過預處理數(shù)據(jù)進行三維建模，最后將獨立的單視角三維模型進行合理集成，經(jīng)過一系列的處理后，最終形成三維數(shù)據(jù)文件。

與二維數(shù)據(jù)相比，三維數(shù)據(jù)可以更加直觀、全面體現(xiàn)實際情況[1]。三維數(shù)字模型在具體應用過程中，可以方便的對空間數(shù)據(jù)內(nèi)容進行提取和處理，例如，獲取數(shù)據(jù)、修改數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)、重建數(shù)據(jù)等。

2 工程概況

現(xiàn)階段，礦山工程三維設計軟件有很多，常見的設計軟件有Microstation、3DMine、SUPAC等。下面，以湖南某礦井下充填硐室三維模型設計為例進行簡要分析。根據(jù)采礦設計條件，礦區(qū)的范圍較大，在實際作業(yè)過程中，填充漿料的輸送距離比較遠，輸送管路沿程阻力較大，在實際輸送過程中采用兩級泵站接力。

3 三維數(shù)字化技術的具體應用

3.1 明確硐室位置

依據(jù)采礦總體設計和充填系統(tǒng)工藝配置，明確充填接力泵站硐室的實際位置。依據(jù)硐室控制點的三維坐標，對硐室的控制點，以及中心線位置進行確定，為后續(xù)設計工作的順利開展打下一個堅實的基礎。

3.2 明確關鍵參數(shù)

依據(jù)硐室內(nèi)需要布置的設備要求，輸入充填泵硐室和攪拌設施硐室內(nèi)設備的各項參數(shù)[2]。在該過程中，要依據(jù)采用的各項設備的大小、布置間距的實際要求，對硐室的具體尺寸參數(shù)內(nèi)容進行確定，在實際操作過程中，將硐室內(nèi)的各項參數(shù)賦值給硐室中心線，然后，依據(jù)設定好的各項參數(shù)，最終形成硐室三維模型。

3.3 設計聯(lián)絡道

完成硐室三維模型的設計后，綜合分析實際情況，設計硐室與原巷道兩者間的聯(lián)絡巷道。

（1）聯(lián)絡巷道不僅可以作為人員在實際作業(yè)過程中進出硐室的通道，同時也可以作為充填管道進入硐室的具體通道，在實際設計過程中，由于運輸巷道斷面與硐室兩者的參數(shù)存在差別，因此，為了確保設計的合理性，注意要設計過渡段[3]。

（2）在現(xiàn)場施工過程中，為了確保充填設備可以順利進入到硐室中，在硐室中應當設置一條能夠滿足大件通過的通道，并且，大件通道要與上山巷道和硐室相連接。

（3）以攪拌設施硐室舉例，硐室配置情況見表1所示。

表1 攪拌設施硐室配置要求

3.4 設備基礎與預埋件的設計

設計好硐室以及相應的聯(lián)絡道后，再對硐室內(nèi)的各項設備基礎內(nèi)容進行設計，在設計過程中依據(jù)設備的位置，以及對基礎的具體要求完成相應的設計工作。在該過程中，要依據(jù)設備相應的安裝需求，在硐室內(nèi)指定位置處，進行設備基礎結構設計[4]。完成硐室內(nèi)各項設施的設計后，應當依據(jù)坐標的具體位置，合理的將設備三維模型導入到硐室模型中，完成三維設計。

4 采用三維設計軟件的優(yōu)勢

在礦山工程設計過程中，應用三維設計軟件與應用二維設計軟件相比，優(yōu)先推薦應用三維設計軟件。

三維設計軟件的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）二維平面設計的圖像不夠直觀，信息的的傳達也不夠充分，只有少數(shù)專業(yè)能力突出的人員才能夠清楚的掌握設計圖想要表達的具體含義。特別是對結構復雜程度較高的硐室來說，在水平方向的投影圖，會導致硐室的上下兩層發(fā)生較為嚴重復合，難以分清，這也就增加了設計難度[5]。而利用三維設計軟件構建模型，則可以清晰的反映設計對象，完成設計后，可以在任意位置、方向?qū)D形進行截取，一方面方便對各項信息內(nèi)容的讀取，另一方面也便于對施工的開展進行指導。

（2）硐室設計如果采用二維設計施工圖，可能會出現(xiàn)梁一端懸空現(xiàn)象，并且該現(xiàn)象不容易被發(fā)現(xiàn)，而利用三維設計可以從硐室中直接發(fā)現(xiàn)問題，并且采取相應的方式對問題進行處理。

（3）采用三維設計，可以準確計算不規(guī)則硐室的工作量。三維軟件構建模型的構建都有各自的屬性，在設計過程中，可以利用軟件將數(shù)據(jù)保存為信息模型，工程師在設計期間，可以隨時對這些數(shù)據(jù)內(nèi)容進行讀取，確保相應數(shù)據(jù)的合理性。

5 結語

通過對三維數(shù)據(jù)化技術的應用，可以更加合理的完成礦山工程設計，主要針對某礦山中充填設備硐室的設計進行分析，通過分析結果發(fā)現(xiàn)，將三維數(shù)字化技術應用到礦山工程中是可行的，可以提高設計的合理性和先進性，促進我國礦山行業(yè)工程設計發(fā)展腳步。