基于AutoCAD的露天礦區三維建模研究

為了使露天礦工程管理人員能直觀的、動態的了解露天礦的形態特征，從而對開采煤層做出科學合理的決策，就要求建立能反映露天礦區幾何形態和質量指標的數字化空間三維模型。本文將利用某露天煤礦的基本地質資料，以AutoCAD軟件為平臺，綜合運用空間信息技術、數字信息技術以及計算機技術建立露天礦區的三維地質模型，并將其應用到工程實際中。

一、地質數據庫的建立

地質數據是建立露天礦三維地質模型的前提與基礎。因此，對地質數據要求按照統一的格式收集并整理。在露天礦區三維地質建模中，常用到的主要地質數據包括剖面圖數據、等值線數據、鉆孔數據、生產計劃圖、測量驗收圖等。在建模前，需要對這些地質數據進行搜集和整理。主要步驟包括：將鉆孔數據按照一定的格式錄入到Excel表格中；對部分原始圖形進行矢量化處理；檢查并刪除重復點、重復線等。對于小型礦山采用Access2003作為數據庫，而對于大型的礦山就需要采用SQL Server作為數據庫。將Excel表格中的地質數據導入到空白數據庫中，并對導入結果進行邏輯檢驗，以避免數據錄入過程產生錯誤。檢查無誤之后，便完成了地質數據庫的建立。

二、插值方法的選擇

露天礦區中的各種地質數據一般都是通過地質勘探手段獲得的。由于地形條件、資金等條件的限制，在一定的研究區域內往往只能獲得有限的鉆孔和地球物理勘察資料。因此，有必要選擇一定的插值方法，建立滿足精度要求的地質模型，同時能降低生產成本，減少不必要的開支與浪費。所謂空間數據插值就是對一組已知的離散數據或分區數據，按照某種數學關系推求出其他未知點或未知區域的數據的數學過程。常用的插值方法有：距離冪次反比法、泰森多邊形法、克里金法、加權最小二乘法、多邊形投影法、趨勢面法等，不同的估值方法具有不同的適用條件，地質體應根據自身的特點選取合適的估值方法才能保證合適的精度。

三、三維地質模型的建立

地質模型，通常意義上包括三種類型：線框模型，如斷層模型；表面模型，如地表地形模型；實體模型，如煤層模型。這三種模型組合在一起，構建了露天礦區三維地質模型。（1）斷層模型。斷層模型不僅對于構建煤層實體模型，分析煤層的空間形態有著重要作用，還對礦山工程布置有著重要影響。建立斷層線框模型主要應用到煤層頂、底板等高線圖中的斷層線的線型。首先將二維斷層線轉為三維線，再提取地質數據庫中的煤層頂、底板數據點的數據，對斷層線賦值，調整斷層線的空間位置，從而構建了斷層線框模型，如圖1所示。

圖1 線框模型

（2）地形表面模型。露天礦區的地形模型包括原始地表和采場現狀模型兩個部分。本文采用帶約束條件的不規則三角網法，首先生成無約束的三角網，再以地形等高線和臺階線做為約束線，對無約束的三角網進行剖分，從而建立了露天礦地形面模型，如圖2所示。該方法充分考慮了露天礦區地表呈階梯狀分布的地形特點，所生成的地形表面模型也充分表達出了露天礦區地表的實際狀況。

圖2 地形面模型

（3）煤層實體模型。實體模型的建立是整個建模過程中最重要的部分。通過實體模型，不僅能夠準確地掌握煤層的空間幾何形態，而且實體模型也是建立塊體模型的約束條件。本文采用合并法建立了煤層的實體模型，如圖3所示。

圖3 實體模型建模流程圖

首先連接地質數據庫，提取煤層頂、底板數據點的數據；觀察所提取的數據點，將有煤的邊界用閉合的三維多段線相連接，形成建模區域多邊形；選擇適當的插值方法及網格間距對區域多邊形的數據點進行內插值，并以斷層線作為約束線，建立煤層頂、底板表面模型；去除掉建模區域以外的多余三角網，生成頂、底板面模型的邊界線；根據頂、底板面模型的邊界線生