基于DEMINE软件的三维建模在矿山中的应用

基于DIMINE软件的三维建模在数字矿山中的应用马恒亮胡晓婷摘要：三维建模是数字矿山中的核心组成部分，对于矿山工程设计和管理决策等具有十分重要的意义。本文详细阐述了基于DIMINE软件建立矿山三维模型的方法，及其与传统方法的对比，发现基于DIMINE软件建立的实体模型更加逼真的反映了矿山开采现状，更加直观、形象、容易理解。最后介绍了基于DIMINE的三维模型在地质、测量、采矿设计、现场管理等领域的应用，为建立数字化矿山提供了一个探索的实例。关键词：数字矿山三维建模DIMINE软件生产应用数字矿山作为矿山领域的前沿技术，使得矿山工程逐渐向综合集成化、数字化、可视化的方向发展。三维建模作为矿山数字化的核心技术，对矿山工程设计与管理决策具有十分重要的意义。传统的平面表达方法使得矿山信息表达不充分，决策者难以理解和分析，不利于矿山的安全生产管理。本文基于DIMINE软件，建立地表模型、巷道模型、矿体模型，与传统表达方法对比，该模型直观、形象、容易理解，能够很好的为矿山安全生产管理提供了有效和可靠地决策依据，具有很高的实用意义。1.数字矿山和三维地质建模1.1数字矿山数字矿山也称智慧矿山，是建立在矿山数字化基础上能够完成矿山企业所有信息的精准适时采集、网络化传输、规范化集成、可视化展现、自动化操作和智能化服务的数字化智慧体。[1]1.2三维地质建模三维地质建模(3DGeosciencesModeling)，就是运用计算机技术，在三维环境下，将空间信息管理、地质解译、空间分析和预测、地学统计、实体内容分析以及图形可视化等工具结合起来，并用于地质分析的技术，它是随着地球空间信息技术的不断发展而发展起来的，由地质勘探、数学地质、地球物理、矿山测量、矿井地质、GIS、图形图像和科学计算可视化等学科交叉而形成的一门新兴学科，这一概念最早是由加拿大的SimonWHoulding于1993年提出的[2]。在国外,地质建模已经发展了几十年,已经形成了相当的规模,编制出较为成熟的软件产品,严格地讲,地质建模并不能算是很新的技术。中国自20世纪80年代末开始引入EarthVision,但目前总体研究水平不高,很多工作才刚刚起步,亟待发展[3]。本文基于DIMINE软件论述三维建模在矿山中的实际应用，对矿山的数字化建设及其应用做了初步说明，为建立数字化矿山提供了一个探索的实例。2.基于DIMINE软件的三维模型的建立2.1地表模型的建立地表模型，即数字地面模型，简称DTM（DigitalTerrainModel）。地表的三维模型是在DTM的基础上生成有高低起伏的、还原真实地表的面状地形模型。地表模型的建立过程是将现有地形图里所含的测量数据（高程点或等高线）导入到DIMINE软件中，经过编辑查错后，利用实体建模工具中的整体工具得到结果。DIMINE软件与矿山常用绘图软件CAD、MapGis、CASS所生成的数据文件之间有着很好的兼容性，所以可以很方便生成地表模型。在生成的地表模型中可以直观的看到地形地貌特征，显示地表的标高，绘制等高线，模拟场地的整平，矿山坑口位置的选取，计算土地填挖方量等。地表三维模型比传统地形图立体感更直观，更强，能减少反复现场实地考察次数，提高位置选取、设计工程的效率。图1样区地表模型2.2巷道模型的建立巷道模型的建立方法是将已有的井巷工程图，或者实测的导线数据、巷道数据导入到DIMINE软件中，进行格式规范之后创建巷道模型。DIMINE软件提供了多种巷道生成方法，如双线法、步距法、极坐标法、断面法、腰线法等。DIMINE中建立巷道的三维模型是以现有的工程图或其他测量数据经过处理生成的实体模型，其直观地显示了巷道的相对空间位置，可以从不同视角查看巷道工程进度，提取巷道断面信息、测量信息（含测量时间、测量人员，制图人员等）。在三维模型中能够避免传统平面图的工程重叠现象，它提供不同视角供人员查看，使人能轻易区分巷道的相对位置，更容易理解。2-a：俯视图2-b：前视图2-c：侧视图2-d：局部巷道图图2样区不同视角巷道模型2.3矿体模型的建立在DIMINE中，矿体模型在建立在地质数据库的基础上，将钻孔数据按照一定格式录入到测斜文件、孔口文件、样品文件三个文件中，它们通过“钻孔名”这个字符串相互关联，在DIMINE中分别导入三个文件生成钻孔数据库。将这个钻孔数据库打开，沿勘探线方向生成钻孔剖面图，依据勘探规范规定的矿体圈定原则，把每个剖面图的矿体边界圈定，相邻剖面图之间相互参照并将确定的矿体剖面边界联通成面，直至矿体歼灭。然后建立块段模型对矿体进行约束，使矿体带有品位等属性，方便以后的信息分析、提取。图3样区矿体模型矿体侧视图图4地下矿山整体系统图3.基于DIMINE的三维模型在矿山中的应用3.1DIMINE模型在探矿与储量管理中的应用矿体模型和巷道模型是矿山三维建模的重要组成部分。巷道工程的布设是参考矿体的信息来确定的，所以矿体信息的准确表达格外重要。传统的地质信息成果由二维平面图和剖面图结合，并结合文字说明来表达。这种方式存在着表达信息不充分，缺乏直观感等特点[4]。在圈定矿体时，传统的平面图、剖面图所看不到的问题，在三维模型中能很好的发现问题并避免。矿体的三维模型是根据钻孔数据库经过编辑生成的矿体模型。矿体的属性信息（所含金属、各金属的品位等）均包含在矿体模型中，能够方便的查询矿体某一位置的金属品位信息；可以统计矿石中金属含量，按科学的方法进行储量计算，使计算结果更加精准；可以提取矿体内任意标高的切面图、边界线，截取矿体任意标高之间的矿段并查看属性信息、统计矿量；可以在任意方向切剖面，生成剖面图（含地层情况、矿厚）。这些内容都是传统矿体表达所不直接具备的，矿体模型的建立使地质方面的运用更加方便、简洁，减少了人工计算，提高了工作效率，进而节约公司成本。还可以根据矿体的品位分布，可以对采矿品位进行控制，方便后续的配矿工作。3.2DIMINE模型在测量中的应用DIMINE提供了多种巷道模型的生成方法。巷道模型能直观地、准确地，立体地反映现有工程的进度和巷道的实际规格；对于测量方面来说，能对某一段巷道的测量时间、测量人员、计算人员、制图人员进行登记，使工作中的责任明确落实到位；在进行大型巷道贯通时，巷道模型能准确反映巷道的相对位置，结合计算成果，有效的指导生产，使巷道贯通具有双重保证，既节约成本又保证安全；也可根据需要提取生成某一中段的巷道平面图等。可以将设计工程进行三维化，每月按实际工程与设计工程相对比，统计实际工程量，对工程进行验收。3.3DIMINE模型在采矿设计中的应用在DIMINE模型上做采矿设计，可以通过三维模型获得更多的信息，对各种复杂工程的理解更加清晰，设计更方便、高效。通过模型可以准确把握工程开口的位置和方向，最大限度的节省工程量、保证生产安全。所建模型由实测数据生成的，所以用模型计算的数据准确可靠，可应用于矿山设计阶段的填挖方量预算、巷道工程量预算等。4.结论与展望地表模型、巷道模型、矿体模型是矿山数字化建设的基础，DIMINE软件通过对数据和模型的分析可以得到对生产有指导意义的图表，如复合平面图、剖面图、钻孔柱状图等。通过数字化矿山与传统矿山的对比发现：数字化矿山将矿山信息数字化、可视化，比传统矿山更容易理解；合理利用矿山的三维模型可以实现矿山生产的动态管理和资源的合理利用，降低矿产勘查和开采成本，提高企业的经济效益。但数字矿山三维建模技术还没有普及到各矿山企业，应加强普及，同时管理系统应向虚拟三维与现实相结合的实时动态管理方面发展，随时了解掌握各工作面的工作情况，在追求经济效益的同时，严格防止事故发生，使矿山生产更加安全。参考文献：[1]卢新明,尹红.数字矿山的定义、内涵与进展[J].煤炭科学技术,2010,38(1):49.[2]SimonWHoulding．3Dgeoscientificmodeling-computertechniqueforgeologicalcharacterization[M]．Springer-Verlag，1994[3]方海东,刘义怀,施斌.三维地质建模及其工程应用[J].水文地质工程地质,2002,29(3):52-55.[4]王李管,何昌盛,贾明涛.三维地质体实体建模技术及其在工程中的应用[J].金属矿山,2006（2）:58-62.