三維可視化地質(zhì)建模在三貴口鉛鋅礦開采中的應(yīng)用

李彩琴，張建博，竇江搏，孟海東

(1.內(nèi)蒙古科技大學(xué)礦業(yè)研究院，內(nèi)蒙古包頭014010;2.河套學(xué)院土木工程系，內(nèi)蒙古巴彥淖爾015000;3.烏拉特后旗紫金礦業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古巴彥淖爾015000）

智慧礦山是數(shù)字礦山建設(shè)在礦山應(yīng)用中的升級(jí)，在傳統(tǒng)的三維可視化系統(tǒng)基礎(chǔ)上，從可視化方面逐漸轉(zhuǎn)向應(yīng)用方面，現(xiàn)普遍認(rèn)為已進(jìn)入智慧礦山初級(jí)階段[1-2]。三維數(shù)字化建模，融合了三維數(shù)據(jù)獲取技術(shù)、三維建模技術(shù)和三維可視化技術(shù)，依托礦山三維可視化管理平臺(tái)[3-5]，直觀地將礦山地表、井下巷道和礦體產(chǎn)狀等以三維空間圖像展示出來，幫助礦山管理者實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)掌握井下開采和設(shè)備運(yùn)行情況，為整個(gè)礦山安全生產(chǎn)運(yùn)行提供監(jiān)控及決策管理服務(wù)。

DIMINE數(shù)字化礦山軟件具有強(qiáng)大的建模功能，能夠直觀顯示地質(zhì)體和工程空間分布形態(tài)，對(duì)地質(zhì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新、驗(yàn)證，進(jìn)行礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量品位計(jì)算，在復(fù)雜空間關(guān)系中不同設(shè)計(jì)方案做優(yōu)化對(duì)比，生成各類施工進(jìn)度工作圖表，能與多種同類礦山軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交互對(duì)接，使礦山開采工作向智能化方向升級(jí)，在礦山開采工作中具有重要作用[6]。

本文主要利用DIMINE軟件進(jìn)行三維建模，收集整理礦區(qū)原始資料，包括礦區(qū)地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)、礦區(qū)地形圖數(shù)據(jù)、礦區(qū)井巷工程圖等，創(chuàng)建鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)、礦區(qū)地質(zhì)三維模型、構(gòu)造礦區(qū)表面模型、礦山井巷工程模型，最終實(shí)現(xiàn)礦區(qū)三維地質(zhì)可視化。

1 礦山地質(zhì)概況

東升廟鉛鋅礦位于升廟鎮(zhèn)北東3km，狼山中段與河套平原接壤帶，礦區(qū)處于陰山山地水文地質(zhì)區(qū)低中山丘陵基巖裂隙水亞區(qū)的陰山西部巖漿巖、變質(zhì)巖裂隙水較貧地段，最低侵蝕基準(zhǔn)面標(biāo)高為1034m，自然排泄面標(biāo)高1050m，資源儲(chǔ)量計(jì)算最低標(biāo)高550m。區(qū)內(nèi)最高峰為那云烏拉山標(biāo)高1339.45m。

2 東升廟鉛鋅礦三維模型構(gòu)建

2.1 三維井巷模型的構(gòu)建

（1）巷道實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)提取。建立巷道模型所需要的巷道原始資料包括：巷道CAD實(shí)測(cè)原圖包含巷道平面圖、測(cè)點(diǎn)（含頂?shù)装甯叱讨担?。具體操作按如下流程：通過南方CASS軟件提取所需實(shí)測(cè)巷道點(diǎn)數(shù)據(jù)，將導(dǎo)出的*dat格式數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理（坐標(biāo)修正及附高程），并轉(zhuǎn)換成*.csv格式數(shù)據(jù)，作為數(shù)據(jù)庫(kù)錄入基礎(chǔ)。

（2）DIMINE中導(dǎo)入測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，利用“多段線”工具，對(duì)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)刪點(diǎn)、插點(diǎn)優(yōu)化巷道幫線且閉合（圖1-a）；利用“倆點(diǎn)比例線”工具生成測(cè)點(diǎn)中線，并給巷道中線錄入屬性信息，包括斷面設(shè)計(jì)、支護(hù)設(shè)計(jì)等信息（圖1-b）。

圖1 測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入

（3）生成巷道模型。在井巷工程數(shù)據(jù)庫(kù)中用“非聯(lián)通”工具，利用中線法建立巷道三維模型，如圖2-a（巷道局部示意圖）和2-b（巷道模型整體圖）所示。

圖2 巷道三維模型

2.2 鉆孔模型及鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建

（1）收集整理勘探鉆孔數(shù)據(jù)。收集礦山早期編制的鉆孔柱狀圖、原始信息登記表格（含開孔坐標(biāo)、測(cè)斜及取樣信息）、鉆孔工程布置平面圖，將這些數(shù)據(jù)信息整理錄入為注冊(cè)表格式，包含：孔口表、測(cè)斜表和化驗(yàn)表。并將其轉(zhuǎn)換成DIMINE軟件鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)可讀入的*CSV格式數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)庫(kù)錄入基礎(chǔ)。

（2）鉆孔數(shù)據(jù)校驗(yàn)。為使數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)真實(shí)地反映實(shí)際地質(zhì)信息，避免在數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行時(shí)，數(shù)據(jù)出現(xiàn)互相矛盾、丟失和錯(cuò)誤，需要將鉆孔文件導(dǎo)入DIMINE軟件中進(jìn)行核查和修改。數(shù)據(jù)核查中常見的錯(cuò)誤有：①孔口表及測(cè)斜表中鉆孔是否重復(fù)定義；②各表孔深是否合理；③樣品區(qū)間是否有重疊；④樣品區(qū)間“起始”值與“結(jié)束”值的關(guān)系是否錯(cuò)誤。根據(jù)DIMINE軟件生成的錯(cuò)誤報(bào)告，雙擊錯(cuò)誤條目，系統(tǒng)自動(dòng)在數(shù)據(jù)表中定位到錯(cuò)誤所在行，根據(jù)錯(cuò)誤描述進(jìn)行檢查修改，直到不提示錯(cuò)誤。

（3）創(chuàng)建地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)。對(duì)鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)完成創(chuàng)建并輸出生成地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)，將地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)打開即可看到生成的*dmd格式三維鉆孔模型，通過三維鉆孔模型，可以從各個(gè)視角查看鉆孔的空間分布、鉆孔軌跡、樣品段間的相對(duì)位置關(guān)系，并通過設(shè)置顯示風(fēng)格，用不同顏色和花紋來顯示樣品巖性和礦石品位值，從而可以直觀地查看礦體的詳細(xì)信息。圖3為該鉛鋅礦勘查階段鉆孔工程三維顯示效果（3-a為鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)顯示，3-b為鉆孔巖性風(fēng)格顯示）。

圖3 鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)三維顯示

2.3 地表模型的建立

三維地表模型的建立是以矢量化礦山地形圖為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，調(diào)整轉(zhuǎn)換等高線為實(shí)際坐標(biāo)數(shù)據(jù)，確保每條等高線連接且無斷點(diǎn)，并對(duì)其賦高程值，導(dǎo)入DIMINE軟件，生成“dmf”文件，通過DTM功能，生成三維地表模型（DTM面），建立地表模型（圖4），真實(shí)反映出礦山地形地貌特征，實(shí)現(xiàn)了礦山地形地貌的可視化，可布置勘探線、設(shè)置采礦權(quán)范圍等信息。

圖4 地表模型

2.4 礦體模型的建立

DIMINE軟件中構(gòu)建三維實(shí)體模型時(shí)，采用三角網(wǎng)化工具對(duì)相鄰兩個(gè)剖面上的同一礦體輪廓線進(jìn)行連接，以此來生成礦體的三維空間模型，具體操作如下：

（1）DIMINE中導(dǎo)入各中段CAD格式平面圖，形成不同高程的線框；

（2）利用“線框”工具，連接各輪廓線，形成各輪廓線間的礦體模型層，連接過程如圖5所示；

圖5 各輪廓線連接過程

（3）利用“合并”工具，合并各礦體層，形成礦體實(shí)體模型；

（4）通過“有效性”工具對(duì)合并的礦體整體進(jìn)行有效性檢測(cè)。實(shí)體模型出現(xiàn)有效性檢查錯(cuò)誤，不僅會(huì)影響三維實(shí)體模型的真實(shí)空間形態(tài)，而且對(duì)實(shí)體體積、實(shí)體邏輯運(yùn)算等操作有影響，進(jìn)而影響礦體儲(chǔ)量的估算。因此，需要對(duì)有效性錯(cuò)誤進(jìn)行修改，直至軟件不提示模型錯(cuò)誤，完成礦體實(shí)體模型的建立（圖6）。

圖6 礦體模型

3 結(jié)語(yǔ)

基于DIMINE軟件三維數(shù)字化建模，有效地解決了傳統(tǒng)工作中遇到的地質(zhì)體與工程體空間關(guān)系不可視、資源儲(chǔ)量品位計(jì)算精度相對(duì)較低、無有效手段檢驗(yàn)設(shè)計(jì)等問題。DIMINE中線法巷道建模形象直觀地展示了巷道空間位置關(guān)系，準(zhǔn)確反映巷道實(shí)際邊界及巷道三維形態(tài)特征；DIMINE軟件生成的三維地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)，更加真實(shí)地反映了鉆孔軌跡，利于鉆孔數(shù)據(jù)信息的及時(shí)更新、計(jì)算，節(jié)約了時(shí)間成本跟人力成本；礦體模型為塊段模型的建立提供相應(yīng)的約束實(shí)體，為資源儲(chǔ)量估算和品位估值分析的精確計(jì)算提供可視化模型。隨著測(cè)量技術(shù)手段、測(cè)量?jī)x器的發(fā)展，三維可視化系統(tǒng)會(huì)更快捷、準(zhǔn)確地服務(wù)礦山工作。