礦山工程設(shè)計(jì)中三維數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用研究

朱旭紅

（長沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南 長沙 4100000)

礦山工程是一項(xiàng)復(fù)雜的工程，在礦山工程設(shè)計(jì)過程中只有對(duì)先進(jìn)的技術(shù)合理的應(yīng)用，才能更好的確保設(shè)計(jì)的合理性和先進(jìn)性。下面針對(duì)三維數(shù)字化技術(shù)在礦山工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用為例進(jìn)行簡要分析。

1 三維數(shù)字化技術(shù)原理

三維數(shù)字化就是通過人工獲取物體外形數(shù)據(jù)，然后將獲取到的數(shù)據(jù)信息內(nèi)容進(jìn)行加工，再將經(jīng)過預(yù)處理數(shù)據(jù)進(jìn)行三維建模，最后將獨(dú)立的單視角三維模型進(jìn)行合理集成，經(jīng)過一系列的處理后，最終形成三維數(shù)據(jù)文件。

與二維數(shù)據(jù)相比，三維數(shù)據(jù)可以更加直觀、全面體現(xiàn)實(shí)際情況[1]。三維數(shù)字模型在具體應(yīng)用過程中，可以方便的對(duì)空間數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行提取和處理，例如，獲取數(shù)據(jù)、修改數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)、重建數(shù)據(jù)等。

2 工程概況

現(xiàn)階段，礦山工程三維設(shè)計(jì)軟件有很多，常見的設(shè)計(jì)軟件有Microstation、3DMine、SUPAC等。下面，以湖南某礦井下充填硐室三維模型設(shè)計(jì)為例進(jìn)行簡要分析。根據(jù)采礦設(shè)計(jì)條件，礦區(qū)的范圍較大，在實(shí)際作業(yè)過程中，填充漿料的輸送距離比較遠(yuǎn)，輸送管路沿程阻力較大，在實(shí)際輸送過程中采用兩級(jí)泵站接力。

3 三維數(shù)字化技術(shù)的具體應(yīng)用

3.1 明確硐室位置

依據(jù)采礦總體設(shè)計(jì)和充填系統(tǒng)工藝配置，明確充填接力泵站硐室的實(shí)際位置。依據(jù)硐室控制點(diǎn)的三維坐標(biāo)，對(duì)硐室的控制點(diǎn)，以及中心線位置進(jìn)行確定，為后續(xù)設(shè)計(jì)工作的順利開展打下一個(gè)堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3.2 明確關(guān)鍵參數(shù)

依據(jù)硐室內(nèi)需要布置的設(shè)備要求，輸入充填泵硐室和攪拌設(shè)施硐室內(nèi)設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù)[2]。在該過程中，要依據(jù)采用的各項(xiàng)設(shè)備的大小、布置間距的實(shí)際要求，對(duì)硐室的具體尺寸參數(shù)內(nèi)容進(jìn)行確定，在實(shí)際操作過程中，將硐室內(nèi)的各項(xiàng)參數(shù)賦值給硐室中心線，然后，依據(jù)設(shè)定好的各項(xiàng)參數(shù)，最終形成硐室三維模型。

3.3 設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)道

完成硐室三維模型的設(shè)計(jì)后，綜合分析實(shí)際情況，設(shè)計(jì)硐室與原巷道兩者間的聯(lián)絡(luò)巷道。

（1）聯(lián)絡(luò)巷道不僅可以作為人員在實(shí)際作業(yè)過程中進(jìn)出硐室的通道，同時(shí)也可以作為充填管道進(jìn)入硐室的具體通道，在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，由于運(yùn)輸巷道斷面與硐室兩者的參數(shù)存在差別，因此，為了確保設(shè)計(jì)的合理性，注意要設(shè)計(jì)過渡段[3]。

（2）在現(xiàn)場施工過程中，為了確保充填設(shè)備可以順利進(jìn)入到硐室中，在硐室中應(yīng)當(dāng)設(shè)置一條能夠滿足大件通過的通道，并且，大件通道要與上山巷道和硐室相連接。

（3）以攪拌設(shè)施硐室舉例，硐室配置情況見表1所示。

表1 攪拌設(shè)施硐室配置要求

3.4 設(shè)備基礎(chǔ)與預(yù)埋件的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)好硐室以及相應(yīng)的聯(lián)絡(luò)道后，再對(duì)硐室內(nèi)的各項(xiàng)設(shè)備基礎(chǔ)內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過程中依據(jù)設(shè)備的位置，以及對(duì)基礎(chǔ)的具體要求完成相應(yīng)的設(shè)計(jì)工作。在該過程中，要依據(jù)設(shè)備相應(yīng)的安裝需求，在硐室內(nèi)指定位置處，進(jìn)行設(shè)備基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[4]。完成硐室內(nèi)各項(xiàng)設(shè)施的設(shè)計(jì)后，應(yīng)當(dāng)依據(jù)坐標(biāo)的具體位置，合理的將設(shè)備三維模型導(dǎo)入到硐室模型中，完成三維設(shè)計(jì)。

4 采用三維設(shè)計(jì)軟件的優(yōu)勢

在礦山工程設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)用三維設(shè)計(jì)軟件與應(yīng)用二維設(shè)計(jì)軟件相比，優(yōu)先推薦應(yīng)用三維設(shè)計(jì)軟件。

三維設(shè)計(jì)軟件的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）二維平面設(shè)計(jì)的圖像不夠直觀，信息的的傳達(dá)也不夠充分，只有少數(shù)專業(yè)能力突出的人員才能夠清楚的掌握設(shè)計(jì)圖想要表達(dá)的具體含義。特別是對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度較高的硐室來說，在水平方向的投影圖，會(huì)導(dǎo)致硐室的上下兩層發(fā)生較為嚴(yán)重復(fù)合，難以分清，這也就增加了設(shè)計(jì)難度[5]。而利用三維設(shè)計(jì)軟件構(gòu)建模型，則可以清晰的反映設(shè)計(jì)對(duì)象，完成設(shè)計(jì)后，可以在任意位置、方向?qū)D形進(jìn)行截取，一方面方便對(duì)各項(xiàng)信息內(nèi)容的讀取，另一方面也便于對(duì)施工的開展進(jìn)行指導(dǎo)。

（2）硐室設(shè)計(jì)如果采用二維設(shè)計(jì)施工圖，可能會(huì)出現(xiàn)梁一端懸空現(xiàn)象，并且該現(xiàn)象不容易被發(fā)現(xiàn)，而利用三維設(shè)計(jì)可以從硐室中直接發(fā)現(xiàn)問題，并且采取相應(yīng)的方式對(duì)問題進(jìn)行處理。

（3）采用三維設(shè)計(jì)，可以準(zhǔn)確計(jì)算不規(guī)則硐室的工作量。三維軟件構(gòu)建模型的構(gòu)建都有各自的屬性，在設(shè)計(jì)過程中，可以利用軟件將數(shù)據(jù)保存為信息模型，工程師在設(shè)計(jì)期間，可以隨時(shí)對(duì)這些數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行讀取，確保相應(yīng)數(shù)據(jù)的合理性。

5 結(jié)語

通過對(duì)三維數(shù)據(jù)化技術(shù)的應(yīng)用，可以更加合理的完成礦山工程設(shè)計(jì)，主要針對(duì)某礦山中充填設(shè)備硐室的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，通過分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，將三維數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用到礦山工程中是可行的，可以提高設(shè)計(jì)的合理性和先進(jìn)性，促進(jìn)我國礦山行業(yè)工程設(shè)計(jì)發(fā)展腳步。