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行了闡述,同時對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)的開發(fā)對準確解釋地質(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:我國是世界上最大的產(chǎn)煤國家,煤炭作為我國今后很長一段時間的最主要的能源來源,可以保證的供應年限并不是很長。面對快速增長的煤炭需求,必須在加大煤炭資源勘探力度的同時提高煤炭資源的開采效率;同時煤礦安全高效開采也是保證煤礦企業(yè)可持續(xù)發(fā)展、

2、能源穩(wěn)定供應的關(guān)鍵所在。煤礦生產(chǎn)特點是必須面對復雜多變的地質(zhì)和開采技術(shù)條件,根據(jù)地層變化情況尋找合適的開采方法,所以,對礦山地層變化的認識程度將很大程度上決定資源開采的效率和生產(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計算機的模擬顯示出來,并實現(xiàn)相應地層、巷道、構(gòu)造信息的實時查詢,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“數(shù)字礦山”建設的需要,以及三維地質(zhì)模擬在數(shù)字礦山建設中的重要性,太原理工大學礦業(yè)工程學院開發(fā)了具有自主知識產(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庫、煤礦地質(zhì)測量符號庫,以及煤礦采掘、供電、通風符號庫?？蓪С龆喾N數(shù)據(jù)交換格式:ACAD、MapInfo、MapGis、Arc/Info等;能接受多種格式觀測數(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)驗對地層進行劃分,形成合理的層面,確定地層的沉積和分布情況,再通過對數(shù)據(jù)的插值和對地層進行擬合得到地層的三維描述,實現(xiàn)三維計算機模擬。通常由于鉆孔的成本過高不能在礦區(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),通過擬合方法模擬地層發(fā)育情況,同時利用開采中揭露的地質(zhì)構(gòu)造修正三維地層模型。利用模擬結(jié)果可以對模型中的每一個點通過實時內(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。任何一個地質(zhì)體都可以由上頂面、下底面、側(cè)面構(gòu)成,對地質(zhì)體進行平面切割時應根據(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)體的各個面。利用這一模型對地質(zhì)體進行切割建立地質(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)模擬斷層可以通過五個變量較為完整的描述出來:起點坐標P(x,y,h、長度(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,右邊升高為正,降低為負,故正斷層斷距為正數(shù),逆斷層斷距為負數(shù);同時規(guī)定傾角的范圍在0度到90度之間4。曲線斷層可以通過多個直線斷層的組合來逼近,如圖4所示通過以上五個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、溶硐屬于同一類模擬對象。巷道利用密布巷道內(nèi)的導線點確定巷道的為位置,通過導線點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);陷落柱通過臺體模擬,在確定一個陷落柱的上截面、下截面、高度信息后可以方便的利用臺體描述;溶硐(采空區(qū)可以利用空間中的三維體描述,在確定一個工作面的開采范圍的三維坐標后,結(jié)合開采高度,可以實現(xiàn)對溶硐(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;計算任意巖層的給定范圍的儲量。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、井上下對照圖

7、;生成與管理鉆孔柱狀圖、勘探線剖面圖、巖層對比圖;生成與管理地籍宗地圖;巷道斷面和交叉點設計;解算各種形式的測量控制網(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 年煤炭占中國一次性能源消費近 70%比例，為整個國民經(jīng)濟持續(xù)穩(wěn)定 發(fā)展做出了重要的貢獻。今后，煤炭工業(yè)仍將在全國國民經(jīng)濟發(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)對礦山企業(yè)、 地質(zhì)部門的生產(chǎn)實踐具有重要意義，具體表現(xiàn)為: 1、通過本系統(tǒng)所實現(xiàn)的地質(zhì)體的三維重構(gòu)、剖切以及三維動態(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題，如三維地層的真三維動態(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)部的各個細節(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) 工作者更加準確地解譯地質(zhì)信息提供幫助。 3、基本信息與儲量計算部分為礦山、地質(zhì)部門的儲量計算、儲量核實等工 作提供了一條現(xiàn)實的途徑。 4、通過本系統(tǒng)可以利用圖形圖像方式逼真地再現(xiàn)三維地質(zhì)實體，進行科學 分析、決策規(guī)劃、指導生產(chǎn)，有利于改善勘探地質(zhì)