東周窯井田多尺度三維地質(zhì)建模

郭釗吾，宋曉夏，2，任海青，李凱杰，鄧永鵬

（1.太原理工大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院，山西 太原 030024；2.煤與煤系氣地質(zhì)山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西 太原 030024；3.晉能控股煤業(yè)集團(tuán)東周窯煤炭大同有限公司，山西 大同 037006；4.北京網(wǎng)格天地軟件技術(shù)股份有限公司，北京 100191）

隨著我國(guó)煤炭工業(yè)的迅速發(fā)展，以及“智能礦山”、“數(shù)字礦山”等高新技術(shù)概念的興起，以優(yōu)化煤炭資源開發(fā)建設(shè)、提高煤礦機(jī)械化程度、保證煤礦安全高效生產(chǎn)為目的的煤礦智能化建設(shè)，現(xiàn)已經(jīng)成為我國(guó)未來煤炭工業(yè)發(fā)展的重要方向[1-2]。三維地質(zhì)模型是實(shí)現(xiàn)地質(zhì)透明化的基礎(chǔ)和前提，該模型基于三維立體成像技術(shù)，對(duì)井下煤層、構(gòu)造、巷道布置等信息進(jìn)行真實(shí)還原，極大地突破了傳統(tǒng)二維交互地質(zhì)模型的局限性[3-7]。同時(shí)該模型通過與實(shí)際生產(chǎn)中的地質(zhì)探測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，實(shí)現(xiàn)了高精度地質(zhì)模型的動(dòng)態(tài)更新，提高了地質(zhì)預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性[7-11]?；诖?，諸多學(xué)者對(duì)三維地質(zhì)模型及可視化進(jìn)行了深入研究。陳建平等[12]在三維地質(zhì)建模和隱伏礦體三維成礦預(yù)測(cè)方面做了大量研究；王功文等[13-14]在三維多元地學(xué)信息綜合建模和成礦預(yù)測(cè)方面做了大量的研究工作；程建遠(yuǎn)等[15]提出了智能開采工作面三維地質(zhì)模型的梯級(jí)構(gòu)建技術(shù)，并成功運(yùn)用于實(shí)際生產(chǎn)；毛明倉等[16]在黃陵礦構(gòu)建了高精度地質(zhì)模型，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)更新，成功運(yùn)用于實(shí)際生產(chǎn)；Meng 等[17]、楊欽等[18-19]、張俊安[20]研發(fā)的DepthInsight三維建模軟件與GOCAD、PETREL 等建模軟件相比，領(lǐng)先的幾何算法及超強(qiáng)的多源數(shù)據(jù)耦合能力，使得建模過程簡(jiǎn)潔而高效，而且其具有非凡的建模能力，可以構(gòu)建蘑菇體、火山錐等復(fù)雜的地質(zhì)模型。在油氣及煤炭勘探、評(píng)價(jià)等方面得到廣泛的應(yīng)用。

目前，我國(guó)大多數(shù)礦井采用傳統(tǒng)二維圖件指導(dǎo)生產(chǎn)，難以準(zhǔn)確判斷復(fù)雜構(gòu)造區(qū)域的空間地質(zhì)形態(tài)，對(duì)采掘接續(xù)區(qū)域的構(gòu)造不能做出準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。三模地質(zhì)模型能夠?qū)⒌V井內(nèi)煤層、褶皺、斷層、巷道展布等信息以三維立體的形態(tài)真實(shí)的表現(xiàn)出來，更有利于煤礦的安全高效生產(chǎn)。為此，以東周窯井田為研究對(duì)象，結(jié)合該礦相關(guān)地質(zhì)探測(cè)數(shù)據(jù)，利用DepthInsight 軟件進(jìn)行高精度的三維地質(zhì)建模，為三維地質(zhì)模型指導(dǎo)生產(chǎn)提供一定的參考。

1 DepthInsight 建模原理

1.1 建模原理

三維地質(zhì)建模的重點(diǎn)是斷層及地層的構(gòu)建，在構(gòu)建斷層和地層面的時(shí)候采用三角網(wǎng)格剖分算法進(jìn)行建模。三角網(wǎng)格可以精確地展示出模型的邊界狀態(tài)，使其在邊界處沒有鋸齒狀現(xiàn)象的發(fā)生。

為便于對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行劃分，引入斷層空間關(guān)系二叉樹的概念。它是1 種斷層對(duì)空間的劃分方法，既反映了斷裂處的空間位置關(guān)系，又反映了斷裂處的順序時(shí)代關(guān)系[20]。斷層關(guān)系的二叉樹拓?fù)浔磉_(dá)如圖1。

圖1 斷層關(guān)系的二叉樹拓?fù)浔磉_(dá)Fig.1 Fault network and its topological representation as a binary tree

圖1（a）為一斷層TIN 曲面模型；圖1（b）為斷層拓?fù)潢P(guān)系示意圖，每條斷層將空間分為2 個(gè)區(qū)域；圖1（c）為斷層關(guān)系二叉樹。斷層F1為主斷層（二叉樹父節(jié)點(diǎn)）；F2、F3為輔斷層（二叉樹子節(jié)點(diǎn)）。根據(jù)建立好的二叉樹關(guān)系，將地層離散點(diǎn)分配到二叉樹的葉子節(jié)點(diǎn)（圖1（c）中Bi節(jié)點(diǎn)）上。

采用基于地層恢復(fù)的斷層構(gòu)模技術(shù)—構(gòu)造恢復(fù)法建模。將地層恢復(fù)到未發(fā)生斷層時(shí)的狀態(tài)，將原斷層兩側(cè)的地層層面看作1 個(gè)連續(xù)的整體進(jìn)行統(tǒng)一處理，進(jìn)行插值擬合。根據(jù)斷層的斷距對(duì)兩側(cè)地層層面的邊緣線進(jìn)行調(diào)整，最終將地層復(fù)原至有斷層時(shí)的狀態(tài)[21]。構(gòu)造恢復(fù)法建模原理圖如圖2。

構(gòu)造恢復(fù)法建模的主要步驟包括：解釋的斷層和地層數(shù)據(jù)通過斷層二叉樹建立關(guān)系，經(jīng)網(wǎng)格化生成斷面[21-22]，根據(jù)二叉樹劃分地層離散點(diǎn)，根據(jù)地層離散點(diǎn)建立形變場(chǎng)，建立連續(xù)的地層曲面；根據(jù)形變場(chǎng)，斷層將連續(xù)的地層面切割為實(shí)際地層面。建立斷層關(guān)系二叉樹后，利用Delaunay 三角網(wǎng)格剖分算法和最小曲率插值法生成斷層模型（圖2（a））；在地層離散點(diǎn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上構(gòu)建地層界面模型（圖2（b））；在斷層模型的限制下，根據(jù)約束三角形算法結(jié)合最小曲率插值法利用構(gòu)造恢復(fù)法生成地層界面，檢驗(yàn)斷層、地層模型，經(jīng)過優(yōu)化生成斷裂后的地層模型（圖2（d）），生成地層的頂?shù)捉缑婺Ｐ停▓D2（e））；在頂?shù)捉缑嬉约皵鄬幽Ｐ偷募s束下生成三維構(gòu)造體模型（圖2（f））。

圖2 構(gòu)造恢復(fù)法建模原理圖Fig.2 Schematic diagrams of structural recovery method

2 三維地質(zhì)建?；玖鞒碳瓣P(guān)鍵技術(shù)

2.1 建模流程

建模前需要將二維圖件中的鉆孔柱狀圖整理為鉆孔孔位表（記錄鉆孔空間位置）、鉆孔分層表（記錄鉆孔不同深度處的層位信息）、鉆孔屬性數(shù)據(jù)表（記錄各個(gè)分層內(nèi)的屬性（巖性、孔隙度等））實(shí)現(xiàn)軟件對(duì)鉆孔資料的提取。鉆孔孔位（示例）見表1；鉆孔分層（示例）見表2；鉆孔屬性表（示例）見表3。

表1 鉆孔孔位（示例）Table 1 Drill hole position

表2 鉆孔分層（示例）Table 2 Drill hole layerings

表3 鉆孔屬性表（示例）Table 3 Drillhole lithology

利用ArcGIS 軟件將實(shí)測(cè)剖面以及平面地質(zhì)圖處理為.shp 文件，將處理后的.shp 文件導(dǎo)入DepthInsight 建模軟件，提取斷層、地層以及侵入體信息，存入礦方獨(dú)立坐標(biāo)系下的地質(zhì)信息數(shù)據(jù)庫，為后期三維地質(zhì)建模提供數(shù)據(jù)支撐。

在地質(zhì)信息數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，利用計(jì)算機(jī)算法進(jìn)行斷層模型構(gòu)建。在斷層模型的約束下構(gòu)建地層分界面，檢驗(yàn)地層形態(tài)，對(duì)不合理的部位進(jìn)行局部的拓?fù)渲亟ǎ缓笤谏?、下分界面的約束下構(gòu)建各個(gè)地層體。在結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上，對(duì)結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行網(wǎng)格剖分，然后通過建立屬性數(shù)據(jù)與結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將屬性數(shù)據(jù)附加在結(jié)構(gòu)模型的網(wǎng)格上，屬性值覆蓋整個(gè)模型進(jìn)而反映屬性空間的變化特征；實(shí)現(xiàn)由點(diǎn)到線、由線到面、由面到體的空間立體綜合解釋?；诙嘣磾?shù)據(jù)三維地質(zhì)建模流程圖如圖3。

圖3 基于多源數(shù)據(jù)三維地質(zhì)建模流程圖Fig.3 Flow chart of 3D geological modeling based on multi-source data

2.2 關(guān)鍵技術(shù)

2.2.1 地層尖滅處理

當(dāng)?shù)貙映霈F(xiàn)尖滅情況時(shí)，地層尖滅處理如圖4。

圖4 地層尖滅處理Fig.4 Sketch of thinning out of strata

由圖4 分析可得地層尖滅處理如下：①提取二維圖件上尖滅線的信息，導(dǎo)入到地層集；②以邊界線為約束，手動(dòng)解釋地層產(chǎn)狀數(shù)據(jù)，提取尖滅區(qū)域的數(shù)據(jù)點(diǎn)；③控制尖滅線以外的數(shù)據(jù)點(diǎn)在地層層面以下，定義地層的主輔關(guān)系，生成層面就可以使得地層在尖滅線處自動(dòng)消失；④在上下地層界面的約束下生成形態(tài)正確的地層體。

2.2.2 小層建模

當(dāng)部分地層控制數(shù)據(jù)較多、較為精準(zhǔn)，其余地層控制數(shù)據(jù)較少時(shí)，個(gè)別地層建模精準(zhǔn)度較低，因此需要依靠數(shù)據(jù)精確的地層，采用“小層建?！钡姆椒?gòu)建地層模型，“小層”建模如圖5。

圖5 “小層”建模Fig.5 “Small layer”modeling

具體操作方法如下：

1）將控制數(shù)據(jù)較少層面的地層類型設(shè)置為“小層”，控制數(shù)據(jù)較為精確的層面為“大層”。

2）根據(jù)“小層”與“大層”（參考層面）距離的遠(yuǎn)近，將“小層”細(xì)分層方式設(shè)置為“與上部地層平行”或“與下部地層平行”，小層層面在大層構(gòu)造、斷層模型、自身數(shù)據(jù)點(diǎn)的約束下生成。

3）生成“小層”后對(duì)層面數(shù)據(jù)進(jìn)行等距重新采樣（數(shù)據(jù)點(diǎn)加密），利用重采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，重新生成符合實(shí)際的層面模型。

2.2.3 斷層接觸關(guān)系處理

在斷層建模的過程中最重要的就是處理主輔斷層之間的接觸關(guān)系：斷面削截、斷面延展。斷面交切處理如圖6。

圖6 斷面交切處理Fig.6 Sketch of section cut and extension treatment

根據(jù)圖6 分析得斷層接觸關(guān)系處理如下：

1）斷面削截。圖6（a）為斷層的接觸關(guān)系，斷層DF22切割前期形成的斷層DF13。建模時(shí)將DF13分為DF13-1、DF13-2分別建模，定義DF22為主斷層，DF13-1、DF13-2為輔斷層。DF22通過算法去截?cái)郉F13-1、DF13-2，得到斷層形態(tài)（圖6（b））；斷層面是由TIN 網(wǎng)格表示，先對(duì)相交兩斷層三角網(wǎng)格進(jìn)行求交處理[23]。找到交線，沿著交線對(duì)兩側(cè)的斷層網(wǎng)格進(jìn)行重新剖分，最后沿著交線對(duì)三角網(wǎng)格進(jìn)行拓?fù)浞蛛x，裁剪掉輔斷層穿過主斷層多余的部分，始終保持接觸關(guān)系的拓?fù)湟恢滦浴?/p>

2）斷面延展。圖6（c）為斷層的接觸關(guān)系，斷層DF7、DF9靠得很近但沒有連接或者沒有切透現(xiàn)象，為了使其滿足地質(zhì)界線一致性原理，需要對(duì)其進(jìn)行連接處理。首先通過手動(dòng)調(diào)節(jié)DF9的邊界，使DF9沿其延伸方向與DF7完全相交，重新生成TIN 網(wǎng)格，再對(duì)其進(jìn)行削截處理，得到斷層形態(tài)（圖6（d））。

3 東周窯井田多尺度三維地質(zhì)建模

此次建模的原始資料均由東周窯煤礦提供，包括山4#、5#煤層采掘工程平面圖以及224 個(gè)鉆孔資料、實(shí)測(cè)剖面203 組以及10 km2的三維地震勘探資料；在建模前對(duì)上述資料利用ArcGIS、Excel 等軟件進(jìn)行數(shù)字化處理，經(jīng)重新解釋，存入在同一坐標(biāo)系下建立的地質(zhì)數(shù)據(jù)庫。

3.1 東周窯井田地質(zhì)概況

東周窯井田位于大同向斜西北翼，地層總體為一緩傾斜的單斜構(gòu)造。地層走向近SN，傾向E，傾角2°～10°。井田地層由新到老依次為新生界第四系，中生界白堊系、侏羅系，古生界二疊系、石炭系、奧陶系、寒武系，中下太古界集寧群。地表出露第四系、左云組和永定莊組地層。區(qū)內(nèi)含煤地層為上石炭統(tǒng)太原組和下二疊統(tǒng)山西組。太原組可采煤層為5#和8#煤層，山西組可采煤層為山4#煤層。

井田內(nèi)目前揭露落差大于3 m 的斷層150 條，其中落差大于20 m 的斷層48 條，落差10～20 m 的斷層61 條，落差3～10 m 斷層41 條，考慮建模的精度要求，落差小于3 m 的斷層未參與本次建模。

3.2 井田尺度三維地質(zhì)建模

1）建模步驟。首先進(jìn)行網(wǎng)格大小設(shè)置，在考慮東周窯井田模型精度及建模效率2 個(gè)因素的基礎(chǔ)上，設(shè)置斷層網(wǎng)格邊長(zhǎng)為50 m，地層網(wǎng)格邊長(zhǎng)為50 m；根據(jù)采掘工程平面圖上的斷煤交線，確定斷層走向，沿垂直斷層走向方向建立空白剖面，根據(jù)斷層傾角重新解釋斷層；構(gòu)建初始斷層模型、地層模型；對(duì)山4#、5#煤層進(jìn)行尖滅處理以及構(gòu)造檢驗(yàn)，進(jìn)行拓?fù)渲亟ǎ恢匦律扇S地質(zhì)體模型；利用截?cái)嗑W(wǎng)格剖分技術(shù)對(duì)地質(zhì)體模型進(jìn)行網(wǎng)格剖分；利用鉆孔數(shù)據(jù)采用指示克里金算法對(duì)煤層中的火成巖進(jìn)行插值建模。

2）鉆孔及DTM 模型。對(duì)224 個(gè)鉆孔進(jìn)行數(shù)字化處理，存入地質(zhì)信息數(shù)據(jù)庫。在鉆孔管理節(jié)點(diǎn)下導(dǎo)入構(gòu)造建模模塊，生成三維鉆孔模型；對(duì)井田地形圖進(jìn)行數(shù)字化處理，利用ArcGIS 軟件將其轉(zhuǎn)換為帶有x、y、z 坐標(biāo)的點(diǎn)數(shù)據(jù)共計(jì)15.2 萬個(gè)，生成文本文件，在構(gòu)造建模模塊生成“地表”層面，在此基礎(chǔ)上將地表影像附加在層面模型上，構(gòu)建數(shù)字地面模型（DTM），井田地表起伏較大，最大高程1 610 m，最小高程1 232 m，相對(duì)高差378 m，總體地勢(shì)為東南高，西北低。東周窯井田鉆孔及數(shù)字地面模型如圖7。

圖7 東周窯井田鉆孔及數(shù)字地面模型Fig.7 Drillhole and digital terrain model of Dongzhouyao Coal Mine

3）斷層模型。東周窯井田內(nèi)斷裂的組合方式復(fù)雜。采用三角網(wǎng)格剖分技術(shù)根據(jù)斷層解釋數(shù)據(jù)生成初始斷層面，結(jié)合軟件特有的斷面交切處理技術(shù)進(jìn)行斷層交切處理，構(gòu)建正確的斷層模型。井田斷層模型如圖8。

圖8 井田斷層模型Fig.8 Fault model of Dongzhouyao Coal Mine

4）地層模型。鉆孔數(shù)據(jù)作為地層的主要控制依據(jù)，結(jié)合底板等高線在斷層模型的約束下采用最小曲率插值方法精細(xì)的構(gòu)建了山4#、5#煤層的構(gòu)造模型。由于第四系、左云組、大同組、永定莊組、山西組、太原組、8#煤、本溪組等地層解釋數(shù)據(jù)較少，因此這些地層均采用小層建模的方法構(gòu)建。

5）構(gòu)造檢驗(yàn)。地層建模結(jié)束后，需要對(duì)解釋的成果數(shù)據(jù)、建模方法以及建模精度進(jìn)行檢驗(yàn)。利用軟件中三維可視化的功能，檢驗(yàn)?zāi)Ｐ蛢?nèi)部構(gòu)造形態(tài)是否合理，對(duì)出現(xiàn)的問題及時(shí)回歸到模型，修正問題數(shù)據(jù)或者解釋方案，以得到正確的構(gòu)造形態(tài)。斷層、地層異常處理如圖9。本次建模出現(xiàn)的問題是地層錯(cuò)斷不合理（圖9（a））和斷層斷距不合理（圖9（c））問題。出現(xiàn)地層斷裂不合理現(xiàn)象的原因是斷層邊界異常，DF16-5斷層邊界未延展出工區(qū)（圖9（a））。通過手動(dòng)調(diào)整斷層邊界，在地層邊界處形成有效的斷距（圖9（b））；出現(xiàn)斷層斷距不合理現(xiàn)象的原因是因?yàn)榈貙友財(cái)鄬覦F16-9、DF16-10異常延伸（圖9（c）），通過刪除過界控制點(diǎn)即可解決（圖9（d））。

圖9 斷層、地層異常處理Fig.9 Fault and formation anomaly processing

6）東周窯井田屬性模型。對(duì)于在沒有實(shí)測(cè)和三維地震揭露，只有鉆孔揭露的區(qū)域，無法人為的對(duì)火成巖的輪廓進(jìn)行刻畫。根據(jù)鉆孔數(shù)據(jù)，采用屬性插值的方法靈活的加入約束條件（幾何約束與屬性約束）對(duì)火成巖侵入范圍進(jìn)行模擬，預(yù)測(cè)火成巖的侵入范圍。在井田結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上對(duì)地質(zhì)體模型進(jìn)行截?cái)嗑W(wǎng)格剖分，對(duì)井田鉆孔進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)發(fā)現(xiàn)火成巖主要侵入山4#、5#煤層，且最小厚度為0.5 m，因此山4#、5#煤層設(shè)置網(wǎng)格大小為50 m×50 m×0.5 m，其余層網(wǎng)格高度為對(duì)應(yīng)層厚，進(jìn)行網(wǎng)格剖分，共計(jì)剖分網(wǎng)格2 200 萬個(gè)。為預(yù)測(cè)火成巖的分布，依托各個(gè)地層將火成巖設(shè)置為地層屬性，根據(jù)鉆孔數(shù)據(jù)利用指示克里金算法對(duì)山4#、5#煤層進(jìn)行插值計(jì)算，構(gòu)建了山4#、5#煤中的火成巖模型。井田內(nèi)山西組山4#煤層中火成巖主要侵入井田北部，最大厚度超過21 m；在東部、西南存在少量侵入，太原組5#煤層中火成巖主要侵入井田中部及東北部，最大厚度超過31 m，厚度較大。井田地層三維模型如圖10；煤層屬性模型如圖11。

圖10 井田地層三維模型Fig.10 Three-dimensional model of mine field

圖11 煤層屬性模型Fig.11 Attribute models of coal seam

3.3 地震勘探區(qū)三維地質(zhì)建模

此區(qū)域尚未開采，勘探區(qū)面積為10 km2，共布置鉆孔23 個(gè)，且在2016 進(jìn)行了地震勘探。為揭示此區(qū)域煤層形態(tài)和構(gòu)造特征以及后期工作面的規(guī)劃及開采提供參考。

東周窯井田三維地質(zhì)模型中，圈定出地震勘探范圍，進(jìn)行精細(xì)的三維地質(zhì)建模及應(yīng)用研究。構(gòu)建此模型使用的煤層底板等高線與剖面均由地震解釋所得，包括山4#、5#、8#煤層底板等高線以及14 幅地震剖面，與構(gòu)建井田尺度模型的資料相比更為精細(xì)。

1）建模步驟。在綜合考慮地震勘探區(qū)建模精度以及效率后，設(shè)置斷層網(wǎng)格邊長(zhǎng)為10 m，地層網(wǎng)格邊長(zhǎng)為10 m；利用解釋剖面以及地震數(shù)據(jù)體對(duì)構(gòu)造進(jìn)行逐一解釋，構(gòu)建初始斷層模型、地層模型；對(duì)山4#煤層進(jìn)行尖滅處理以及構(gòu)造檢驗(yàn)，進(jìn)行拓?fù)渲亟?，生成三維地質(zhì)體模型。

2）斷層模型。此次建模共構(gòu)建斷層62 條，斷層走向以北西向?yàn)橹?，北東向?yàn)檩o，而且北西走向斷層切割北東走向斷層。地震勘探區(qū)斷層模型如圖12。

圖12 地震勘探區(qū)斷層模型Fig.12 Fault model of seismic exploration area

3）地層模型。地震勘探區(qū)地層三維模型如圖13。此次建模構(gòu)建了山西組、山4#煤、太原組、5#煤、8#煤、本溪組6 個(gè)地層層面模型（圖13（a））。建模結(jié)合8#煤層、5#煤層、山4#煤層的底板等高線以及鉆孔資料采用最小曲率的插值方法，構(gòu)建了8#煤層、5#煤層、山4#煤層的精細(xì)構(gòu)造模型，其余層面均采用小層建模的方法構(gòu)建。

圖13 地震勘探區(qū)地層三維模型Fig.13 Three-dimensional model of strata in seismic exploration area

4）規(guī)劃工作面模擬。在三維地質(zhì)模型的基礎(chǔ)上模擬8409、8408、8407 等8 個(gè)規(guī)劃工作面，實(shí)現(xiàn)了地下構(gòu)造可視化，為后期煤礦生產(chǎn)提供地質(zhì)保障。規(guī)劃工作面如圖14。

圖14 規(guī)劃工作面Fig.14 Planned working faces

3.4 回采工作面三維地質(zhì)建模

以山4#煤層一采區(qū)8100 工作面為例，探索了基于詳實(shí)地質(zhì)勘探資料進(jìn)行高精度工作面三維地質(zhì)建模及動(dòng)態(tài)更新的方法。構(gòu)建此模型的原始資料以實(shí)測(cè)剖面為主，包括在2100 巷、5100 巷以及切巷掘進(jìn)過程中繪制的剖面和在回采過程中繪制的200 幅實(shí)測(cè)剖面；與構(gòu)建井田和地震勘探區(qū)模型的資料相比更為密集、精確。此區(qū)域在前期的勘察中并未發(fā)現(xiàn)斷層和火成巖的侵入，但是在采掘的過程中，2100巷揭露13 條斷層，5100 巷揭露4 條斷層，切巷揭露2 條斷層，且局部有火成巖的侵入。

1）建模步驟。從實(shí)測(cè)剖面文件中提取各套地層和侵入體的輪廓線以及斷層軌跡，根據(jù)空間位置確定他們?cè)诳臻g上的對(duì)應(yīng)關(guān)系；將地層、斷層、侵入體分別進(jìn)行數(shù)字化處理，制作成不同的數(shù)字剖面置于同一文件夾下；將剖面導(dǎo)入軟件進(jìn)行對(duì)應(yīng)的解釋，將解釋數(shù)據(jù)提取到構(gòu)造建模模塊進(jìn)行斷層及地層建模；根據(jù)所有剖面揭露的火成巖信息，建立火成巖邊界線；設(shè)置火成巖體網(wǎng)格大小，經(jīng)試驗(yàn)最佳網(wǎng)格邊長(zhǎng)為2 m，生成火成巖體包絡(luò)面；設(shè)置火成巖與地層、斷層的接觸關(guān)系，重新生成火成巖體包絡(luò)面；進(jìn)行構(gòu)造檢驗(yàn)，得到準(zhǔn)確的三維地質(zhì)模型。

2）初始8100 工作面煤層模型。根據(jù)BK35、B1516、J47 鉆孔和山4#煤層底板等高線資料構(gòu)建初始的煤層三維模型。8100 工作面初始模型如圖15。

圖15 8100 工作面初始模型Fig.15 Initial model of 8100 working face

3）模型動(dòng)態(tài)更新。根據(jù)2100 巷、5100 巷以及切巷在掘進(jìn)過程中揭露的實(shí)測(cè)信息，對(duì)8100 工作面模型進(jìn)行局部更新。然后根據(jù)200 幅實(shí)測(cè)剖面對(duì)8100工作面模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)更新。8100 工作面更新如圖16。

圖16 8100 工作面更新以及柵格剖面展示Fig.16 Update and grid section display of 8100 working face

4）8100 工作面巷道模型。根據(jù)工作面的實(shí)測(cè)剖面測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行巷道建模?；静襟E為：統(tǒng)計(jì)各個(gè)巷道測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，錄入表格；將表格數(shù)據(jù)保存為.prn 格式，將文件導(dǎo)入建模軟件，生成初始的巷道模型，對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn)，對(duì)巷道進(jìn)行屬性設(shè)置。東周窯井田8100 工作面巷道模型如圖17。

圖17 東周窯井田8100 工作面巷道模型Fig.17 Tunnel model of 8100 working face in Dongzhouyao Mine Field

4 結(jié) 語

以東周窯井田為研究對(duì)象，在東周窯煤礦提供的二維地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行數(shù)字化處理，建立地質(zhì)信息數(shù)據(jù)庫，采用DepthInsight 三維建模軟件，構(gòu)建了不同尺度的三維地質(zhì)模型。

1）山4#、5#煤層的屬性模型預(yù)測(cè)了火成巖的侵入范圍，山4#煤北部和5#煤中部、東北部火成巖侵入較為嚴(yán)重，在設(shè)計(jì)開采工作面的時(shí)候應(yīng)該避開這些區(qū)域。

2）在地震勘探區(qū)模型的基礎(chǔ)上，模擬了8402、8403 等8 個(gè)規(guī)劃工作面模型，清晰地展示了工作面內(nèi)構(gòu)造情況，為后期此區(qū)域開采提供地質(zhì)保障。

3）在初始工作面模型的基礎(chǔ)上可以融入巷道掘進(jìn)和回采過程中揭露的地質(zhì)信息，構(gòu)建出山4#煤層中火成巖體的三維模型，實(shí)現(xiàn)了地質(zhì)模型的動(dòng)態(tài)更新，為工作面的開采提供了地質(zhì)保障。