煤礦三維地層信息管理系統(tǒng)_圖文

1、基于EasyMap3D構(gòu)建煤礦三維地層信息管理系統(tǒng)摘要:本文在論述三維地層信息管理系統(tǒng)意義的基礎(chǔ)上,對(duì)地層、斷層、巷道、陷落柱、采空區(qū)等地質(zhì)體和人工構(gòu)筑體的三維描述方法進(jìn)行了闡述,同時(shí)對(duì)煤礦三維地層信息系統(tǒng)(EasyMap3D的系統(tǒng)構(gòu)成、數(shù)據(jù)組織、系統(tǒng)功能做了描述,該系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)對(duì)準(zhǔn)確解釋地質(zhì)信息,提升礦山企業(yè)安全生產(chǎn)能力,提高礦產(chǎn)資源利用率具有重要的意義。關(guān)鍵詞:我國(guó)是世界上最大的產(chǎn)煤國(guó)家,煤炭作為我國(guó)今后很長(zhǎng)一段時(shí)間的最主要的能源來(lái)源,可以保證的供應(yīng)年限并不是很長(zhǎng)。面對(duì)快速增長(zhǎng)的煤炭需求,必須在加大煤炭資源勘探力度的同時(shí)提高煤炭資源的開(kāi)采效率;同時(shí)煤礦安全高效開(kāi)采也是保證煤礦企業(yè)可持續(xù)發(fā)展、

2、能源穩(wěn)定供應(yīng)的關(guān)鍵所在。煤礦生產(chǎn)特點(diǎn)是必須面對(duì)復(fù)雜多變的地質(zhì)和開(kāi)采技術(shù)條件,根據(jù)地層變化情況尋找合適的開(kāi)采方法,所以,對(duì)礦山地層變化的認(rèn)識(shí)程度將很大程度上決定資源開(kāi)采的效率和生產(chǎn)的安全。三維地層信息管理系統(tǒng)為地質(zhì)研究提供了一種新的手段,使以前常用的二維圖形和存在于地質(zhì)工作者頭腦中的三維信息通過(guò)計(jì)算機(jī)的模擬顯示出來(lái),并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)地層、巷道、構(gòu)造信息的實(shí)時(shí)查詢,使地質(zhì)工作者從三維空間更深入的研究地質(zhì)體的空間分布規(guī)律和特征。1、系統(tǒng)構(gòu)成針對(duì)“數(shù)字礦山”建設(shè)的需要,以及三維地質(zhì)模擬在數(shù)字礦山建設(shè)中的重要性,太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院開(kāi)發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的三維地質(zhì)模型(3DGMS系統(tǒng)煤礦三維地層信息系統(tǒng)(

3、EasyMap3D。系統(tǒng)具有完整的地形圖符號(hào)庫(kù)、煤礦地質(zhì)測(cè)量符號(hào)庫(kù),以及煤礦采掘、供電、通風(fēng)符號(hào)庫(kù)。可導(dǎo)出多種數(shù)據(jù)交換格式:ACAD、MapInfo、MapGis、Arc/Info等;能接受多種格式觀測(cè)數(shù)據(jù)的文本文件;圖形的生成、管理和打印輸出不依賴于其它軟件。 圖1系統(tǒng)構(gòu)成2、數(shù)據(jù)組織2.1 地層數(shù)據(jù)模擬在礦山開(kāi)采前獲取地層數(shù)據(jù)的唯一辦法就是打鉆孔獲取地層巖芯,然后根據(jù)鉆孔的數(shù)據(jù)和地質(zhì)工程師的經(jīng)驗(yàn)對(duì)地層進(jìn)行劃分,形成合理的層面,確定地層的沉積和分布情況,再通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的插值和對(duì)地層進(jìn)行擬合得到地層的三維描述,實(shí)現(xiàn)三維計(jì)算機(jī)模擬。通常由于鉆孔的成本過(guò)高不能在礦區(qū)內(nèi)打太多的鉆孔,所以選擇合適的三維

4、模型和擬合方法是建立三維地層模型的關(guān)鍵。該系統(tǒng)利用鉆孔柱為基礎(chǔ),通過(guò)擬合方法模擬地層發(fā)育情況,同時(shí)利用開(kāi)采中揭露的地質(zhì)構(gòu)造修正三維地層模型。利用模擬結(jié)果可以對(duì)模型中的每一個(gè)點(diǎn)通過(guò)實(shí)時(shí)內(nèi)插的方法查詢?nèi)S信息。 圖2 數(shù)據(jù)模型如圖2,模型在平面上表現(xiàn)為規(guī)則格網(wǎng)(Grid結(jié)構(gòu),在Grid結(jié)構(gòu)的交叉點(diǎn)上定義虛擬柱,虛擬柱的信息由鉆孔柱加密或由底板等高線數(shù)據(jù)內(nèi)插得到。任何一個(gè)地質(zhì)體都可以由上頂面、下底面、側(cè)面構(gòu)成,對(duì)地質(zhì)體進(jìn)行平面切割時(shí)應(yīng)根據(jù)切割面與虛擬柱的關(guān)系尋找相關(guān)的虛擬柱擬合出地質(zhì)體的各個(gè)面。利用這一模型對(duì)地質(zhì)體進(jìn)行切割建立地質(zhì)體模型可明顯的看到不同層位的地層信息。 圖3 切割地質(zhì)體形成的立體圖2

5、.2斷層數(shù)據(jù)模擬斷層可以通過(guò)五個(gè)變量較為完整的描述出來(lái):起點(diǎn)坐標(biāo)P(x,y,h、長(zhǎng)度(s、鉛垂斷距(d、傾角(、方位角(。其中鉛垂斷距以走向左側(cè)為基準(zhǔn),右邊升高為正,降低為負(fù),故正斷層斷距為正數(shù),逆斷層斷距為負(fù)數(shù);同時(shí)規(guī)定傾角的范圍在0度到90度之間4。曲線斷層可以通過(guò)多個(gè)直線斷層的組合來(lái)逼近,如圖4所示通過(guò)以上五個(gè)變量可以較為方便的描述斷層的空間位置和幾何形狀,圖5為三維環(huán)境下的斷層。 ( 圖5 三維下的斷層2.3巷道、陷落柱、溶硐(采空區(qū)的模擬巷道、陷落柱、溶硐屬于同一類(lèi)模擬對(duì)象。巷道利用密布巷道內(nèi)的導(dǎo)線點(diǎn)確定巷道的為位置,通過(guò)導(dǎo)線點(diǎn)距離巷道兩幫的距離確定巷道的寬度,結(jié)合巷道的高度、巷道斷

6、面形式得到巷道的模擬數(shù)據(jù);陷落柱通過(guò)臺(tái)體模擬,在確定一個(gè)陷落柱的上截面、下截面、高度信息后可以方便的利用臺(tái)體描述;溶硐(采空區(qū)可以利用空間中的三維體描述,在確定一個(gè)工作面的開(kāi)采范圍的三維坐標(biāo)后,結(jié)合開(kāi)采高度,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)溶硐(采空區(qū)的模擬。3、系統(tǒng)功能系統(tǒng)可用于煤礦各種工程圖的生成與管理和三維地層生成與瀏覽,同時(shí)能用于其它行業(yè)的數(shù)字成圖與管理。主要功能包括:煤礦三維地層的生成與任意視點(diǎn)瀏覽,包括了地層、斷層、陷落柱、溶硐、巷道、工作面等要素;任意方向地質(zhì)體的切割;生成任意巖層的底板等高線;計(jì)算任意巖層的給定范圍的儲(chǔ)量。掃描矢量化;生成與管理地形圖、地質(zhì)圖、地形地質(zhì)圖、采掘工程平面圖、井上下對(duì)照?qǐng)D

7、;生成與管理鉆孔柱狀圖、勘探線剖面圖、巖層對(duì)比圖;生成與管理地籍宗地圖;巷道斷面和交叉點(diǎn)設(shè)計(jì);解算各種形式的測(cè)量控制網(wǎng)等。 圖6 三維環(huán)境下的陷落柱 圖7三維下的工作面與巷道圖 8 地層剖面圖 圖 9 地層剖面圖中的斷層 圖 10 地層剖面圖中的陷落柱 圖 11 地層剖面圖中的溶硐 4、小結(jié) 、 2009 年煤炭占中國(guó)一次性能源消費(fèi)近 70%比例，為整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定 發(fā)展做出了重要的貢獻(xiàn)。今后，煤炭工業(yè)仍將在全國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展全局中發(fā)揮不 可替代的重要作用。煤礦三維地層信息系統(tǒng)（EasyMap3D）的研發(fā)對(duì)礦山企業(yè)、 地質(zhì)部門(mén)的生產(chǎn)實(shí)踐具有重要意義，具體表現(xiàn)為: 1、通過(guò)本系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的地質(zhì)體的三維重構(gòu)、剖切以及三維動(dòng)態(tài)顯示功能， 可以解決數(shù)字礦山領(lǐng)域中遇到的一些三維問(wèn)題，如三維地層的真三維動(dòng)態(tài)顯示、 剖面的繪制。 2、剖切和剖切面的繪制有助于更加清楚地顯示地質(zhì)模型內(nèi)部的各個(gè)細(xì)節(jié)， 揭示地字礦山中三維地質(zhì)模擬與體視化研究質(zhì)體在空間的分布規(guī)律， 從而為地質(zhì) 工作者更加準(zhǔn)確地解譯地質(zhì)信息提供幫助。 3、基本信息與儲(chǔ)量計(jì)算部分為礦山、地質(zhì)部門(mén)的儲(chǔ)量計(jì)算、儲(chǔ)量核實(shí)等工 作提供了一條現(xiàn)實(shí)的途徑。 4、通過(guò)本系統(tǒng)可以利用圖形圖像方式逼真地再現(xiàn)三維地質(zhì)實(shí)體，進(jìn)行科學(xué) 分析、決策規(guī)劃、指導(dǎo)生產(chǎn)，有利于改善勘探地質(zhì)