基于礦山地質(zhì)工程的三維可視化開采技術(shù)研究

禹朝群，劉東升

（1.河北鋼鐵集團(tuán)礦山設(shè)計(jì)有限公司，河北 唐山 063000；2.正元國際礦業(yè)有限公司，北京 101300）

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的長期飛速發(fā)展，促成了人民對(duì)生活用品和工業(yè)用品的巨大需求，作為獲取自然資源重要手段的礦山開采迎來了發(fā)展的新機(jī)遇。在這種大形勢下，勘查新礦藏自是重要，但是對(duì)已發(fā)現(xiàn)礦藏內(nèi)部挖潛，提高產(chǎn)能更是事半功倍的有效措施。傳統(tǒng)的礦山地質(zhì)勘查資料的儲(chǔ)存形式為圖紙和電子版資料，信息間的關(guān)聯(lián)度不高，無法立體、直觀展示地下真實(shí)情況，而且極易形成遺漏，造成浪費(fèi)甚至遺留安全隱患。借鑒建筑行業(yè)的BIM技術(shù)，為礦山的地質(zhì)工程建立三維的數(shù)據(jù)庫，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山地下環(huán)境與資源的“一目了然”，所有已勘測的地質(zhì)信息，通過立體圖像化的形式展現(xiàn)在面前，作業(yè)面、地質(zhì)危險(xiǎn)帶、礦帶分布圖甚至作業(yè)進(jìn)度都通過這一簡單的形式展現(xiàn)。礦山數(shù)據(jù)變得直接化，復(fù)雜的數(shù)據(jù)簡單化。對(duì)于地質(zhì)礦山實(shí)現(xiàn)建立可視化模型，主要是將地質(zhì)礦山結(jié)構(gòu)學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的綜合應(yīng)用兩方面相互結(jié)合，建立完整的三維立體可視化模型對(duì)于工程勘察和礦山設(shè)計(jì)等均具有良好意義，可滿足找尋礦山活動(dòng)的基礎(chǔ)規(guī)律，為地質(zhì)礦山研究的相關(guān)工作人員提供未來研究方向。

1 基于礦山地質(zhì)工程建立三維可視化地質(zhì)數(shù)據(jù)庫

隨著礦山開發(fā)技術(shù)的不斷優(yōu)化，所收集到的礦山數(shù)據(jù)集不再具有單一性，面對(duì)勘探數(shù)據(jù)信息的復(fù)雜多樣化，需要對(duì)這些大量的數(shù)據(jù)集進(jìn)行選擇性研究或保留，對(duì)重復(fù)的信息進(jìn)行刪除操作，同時(shí)挑選出具有代表性數(shù)據(jù)滿足所建數(shù)據(jù)庫對(duì)數(shù)據(jù)信息的需求，例如在勘察過程中，對(duì)地質(zhì)礦山勘察時(shí)的鉆孔位置或孔洞朝向、勘察地區(qū)礦山的巖石情況等均為三維可視化地質(zhì)數(shù)據(jù)庫所需數(shù)據(jù)[1]。

1.1 數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)信息

在三維可視化地質(zhì)數(shù)據(jù)庫中對(duì)礦山開采數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)分析及歸類，對(duì)數(shù)據(jù)信息的要求主要包含以下四部分：①實(shí)施開采中的具體勘察位置的設(shè)定，設(shè)立X軸，Y軸，Z軸三維立體空間上的坐標(biāo)軸，Z軸表示進(jìn)行開采的最大深度，X軸和Y軸表示二維平面上的開采點(diǎn)。②根據(jù)設(shè)立的空間坐標(biāo)軸進(jìn)行礦山開采軌道的設(shè)計(jì)，可畫出空間路線包括開采角度，并對(duì)地質(zhì)巖石影響開采路線作出分析報(bào)告，同時(shí)對(duì)可實(shí)現(xiàn)的軌跡進(jìn)行編號(hào)，最終作出礦山開采空間的三維圖像并在計(jì)算機(jī)進(jìn)行呈像。③開采中對(duì)巖石樣本進(jìn)行采集，主要包括對(duì)巖石類型，巖石硬度及性質(zhì)的數(shù)據(jù)庫歸類。④對(duì)礦山開采后的樣品進(jìn)行選擇性采集，選擇出具有代表當(dāng)?shù)氐V山特點(diǎn)的樣品進(jìn)行信息數(shù)據(jù)收錄，最終進(jìn)行分類化驗(yàn)[2]。

1.2 三維可視化地質(zhì)數(shù)據(jù)庫的建立

三維可視化數(shù)據(jù)庫的建立首先要進(jìn)行可行性的系統(tǒng)的選擇，在固定Suepac系統(tǒng)下進(jìn)行三維立體可視化數(shù)據(jù)庫的建立，其次選擇地質(zhì)礦山類型的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行編輯操作，打開操作頁面后，自定義建立調(diào)查組別表格、三維立體礦山空間數(shù)據(jù)表格和三維與二維轉(zhuǎn)換表格，為了使數(shù)據(jù)表達(dá)更加清晰準(zhǔn)確，在上述表格基礎(chǔ)上建立地質(zhì)信息學(xué)數(shù)據(jù)表和樣品表。

在實(shí)現(xiàn)三維可視化地質(zhì)數(shù)據(jù)庫的表格建立后，進(jìn)行表格中字段或內(nèi)容的完善，設(shè)立表格內(nèi)容為chart格式字段，每個(gè)表格進(jìn)行相同步驟的執(zhí)行，執(zhí)行過相應(yīng)的命令后，在彈出窗口添加相關(guān)礦山地質(zhì)工程的數(shù)據(jù)信息，定義至小數(shù)點(diǎn)后兩位，將所有信息存儲(chǔ)在相應(yīng)格式的文件夾下。

依照有關(guān)部門對(duì)地質(zhì)礦山的開采指標(biāo)或某些地區(qū)對(duì)礦產(chǎn)資源的實(shí)際需求量進(jìn)行礦山三維數(shù)據(jù)評(píng)估時(shí)，數(shù)據(jù)量低于指定平均線時(shí)對(duì)其開采不給與統(tǒng)計(jì)，要到三維可視化數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)樣品表格中。點(diǎn)擊“數(shù)據(jù)庫”菜單項(xiàng)，實(shí)現(xiàn)“編輯”操作，繼續(xù)插入抽樣的數(shù)據(jù)，在指定操作窗口下選擇“樣品轉(zhuǎn)換”表格，對(duì)搜集的數(shù)據(jù)進(jìn)行表名定義，字段長度編輯，轉(zhuǎn)換結(jié)果和描述的書寫。對(duì)數(shù)據(jù)值高于指定的平均線的礦山數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)開采前將勘察的數(shù)據(jù)插入到三維立體轉(zhuǎn)換表格，將二維平面數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成三維立體數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至三維立體礦山數(shù)據(jù)表格，完成執(zhí)行后，持續(xù)對(duì)調(diào)查組別的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比對(duì)，完成數(shù)據(jù)的導(dǎo)入，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的完善。

2 構(gòu)建基于礦山地質(zhì)工程的三維可視化開采模式

基于礦山地質(zhì)工程的三維可視化開采技術(shù)的設(shè)計(jì)具有高度的可行性，建立的三維數(shù)據(jù)庫具有下述三點(diǎn)優(yōu)勢，首先對(duì)收集的數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)清晰地整理，數(shù)據(jù)庫內(nèi)每個(gè)表格結(jié)構(gòu)單一，操作簡單。其次可將針對(duì)復(fù)雜礦山的勘察內(nèi)容簡單化，將繁瑣的步驟進(jìn)行細(xì)分，將礦山數(shù)據(jù)監(jiān)測，開采時(shí)的手段技術(shù)，開采后期的數(shù)據(jù)編號(hào)收錄及不達(dá)標(biāo)開采礦山的樣品等每個(gè)具體階段分別進(jìn)行人員分工。最后對(duì)地質(zhì)礦山收集的數(shù)據(jù)規(guī)范化處理，對(duì)所存儲(chǔ)文件的格式要求更加嚴(yán)格，使調(diào)出數(shù)據(jù)的過程時(shí)間縮短，將復(fù)雜數(shù)據(jù)簡單化，方便后期對(duì)礦山數(shù)據(jù)的保存及歸類。

2.1 有針對(duì)性的收錄礦山地質(zhì)信息

在指定系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)礦山的具體數(shù)據(jù)的導(dǎo)入后，針對(duì)開采技術(shù)的不同對(duì)收錄信息進(jìn)行歸類，用三維可視化系統(tǒng)識(shí)別不同的巖石礦體，可通過設(shè)置不同顏色進(jìn)行數(shù)據(jù)的不同分類，將具有相同特征點(diǎn)的礦巖信息歸結(jié)為同一類，具有特殊形態(tài)特征的巖石樣品進(jìn)行單獨(dú)樣品表記錄歸類，在樣品表同樣設(shè)置不同顏色，相同種類的資料信息進(jìn)行選擇性刪除，對(duì)具有相同特征性信息的礦巖進(jìn)行格式更改并存儲(chǔ)。

2.2 建立三維可視化開采技術(shù)的模型

在建立三維可視化技術(shù)模型研究時(shí)，主要具備以下流程及成果：①地質(zhì)礦山三維可視化數(shù)據(jù)庫包含了礦山前期勘察的資料數(shù)據(jù)和勘查中期對(duì)礦山存在礦石的統(tǒng)計(jì)，兩者結(jié)合形成了大批量的數(shù)據(jù)集，三維立體數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用簡化了對(duì)大規(guī)模數(shù)據(jù)的分析，所以在建立可視化模型時(shí)，三維數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性是確保模型精準(zhǔn)的基礎(chǔ)。②在固定系統(tǒng)下的三維可視化技術(shù)模型包括了勘察點(diǎn)進(jìn)行時(shí)傾斜角度數(shù)據(jù)、三維空間勘察點(diǎn)的數(shù)據(jù)、礦巖樣品數(shù)據(jù)等三個(gè)方面內(nèi)容。進(jìn)行數(shù)據(jù)檢驗(yàn)時(shí)，一次性對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選整理。③在三維可視化技術(shù)模型結(jié)構(gòu)下針對(duì)數(shù)據(jù)庫中自定義表格對(duì)數(shù)進(jìn)行詳細(xì)分析，在系統(tǒng)中導(dǎo)入結(jié)構(gòu)功能，描述礦巖具體特征，為該模型可實(shí)現(xiàn)區(qū)分不同種類的地質(zhì)礦石、礦石品階高低等研究打下基礎(chǔ)。

3 結(jié)語

文章對(duì)基于礦山地質(zhì)工程的三維可視化開采技術(shù)進(jìn)行研究，通過對(duì)三維可視化地質(zhì)數(shù)據(jù)庫的建立，研究其對(duì)存儲(chǔ)信息的需求，進(jìn)行初級(jí)三維可視化開采技術(shù)的模型的構(gòu)建，對(duì)地質(zhì)礦山工程的勘察進(jìn)行三維立體化實(shí)現(xiàn)。未來國家針對(duì)礦山地質(zhì)工程的發(fā)展會(huì)隨著三維可視化開采技術(shù)的不斷優(yōu)化而逐步壯大，建立更加全面的數(shù)據(jù)庫，多方面保障礦山開采的全面性，文章設(shè)計(jì)技術(shù)的功能將進(jìn)一步完善，將促進(jìn)國家礦巖開采行業(yè)向著更加安全高效率的方向發(fā)展。