基于礦山地質(zhì)工程的三維可視化開采技術研究

禹朝群，劉東升

（1.河北鋼鐵集團礦山設計有限公司，河北 唐山 063000；2.正元國際礦業(yè)有限公司，北京 101300）

社會經(jīng)濟的長期飛速發(fā)展，促成了人民對生活用品和工業(yè)用品的巨大需求，作為獲取自然資源重要手段的礦山開采迎來了發(fā)展的新機遇。在這種大形勢下，勘查新礦藏自是重要，但是對已發(fā)現(xiàn)礦藏內(nèi)部挖潛，提高產(chǎn)能更是事半功倍的有效措施。傳統(tǒng)的礦山地質(zhì)勘查資料的儲存形式為圖紙和電子版資料，信息間的關聯(lián)度不高，無法立體、直觀展示地下真實情況，而且極易形成遺漏，造成浪費甚至遺留安全隱患。借鑒建筑行業(yè)的BIM技術，為礦山的地質(zhì)工程建立三維的數(shù)據(jù)庫，可以實現(xiàn)對礦山地下環(huán)境與資源的“一目了然”，所有已勘測的地質(zhì)信息，通過立體圖像化的形式展現(xiàn)在面前，作業(yè)面、地質(zhì)危險帶、礦帶分布圖甚至作業(yè)進度都通過這一簡單的形式展現(xiàn)。礦山數(shù)據(jù)變得直接化，復雜的數(shù)據(jù)簡單化。對于地質(zhì)礦山實現(xiàn)建立可視化模型，主要是將地質(zhì)礦山結(jié)構學和計算機技術的綜合應用兩方面相互結(jié)合，建立完整的三維立體可視化模型對于工程勘察和礦山設計等均具有良好意義，可滿足找尋礦山活動的基礎規(guī)律，為地質(zhì)礦山研究的相關工作人員提供未來研究方向。

1 基于礦山地質(zhì)工程建立三維可視化地質(zhì)數(shù)據(jù)庫

隨著礦山開發(fā)技術的不斷優(yōu)化，所收集到的礦山數(shù)據(jù)集不再具有單一性，面對勘探數(shù)據(jù)信息的復雜多樣化，需要對這些大量的數(shù)據(jù)集進行選擇性研究或保留，對重復的信息進行刪除操作，同時挑選出具有代表性數(shù)據(jù)滿足所建數(shù)據(jù)庫對數(shù)據(jù)信息的需求，例如在勘察過程中，對地質(zhì)礦山勘察時的鉆孔位置或孔洞朝向、勘察地區(qū)礦山的巖石情況等均為三維可視化地質(zhì)數(shù)據(jù)庫所需數(shù)據(jù)[1]。

1.1 數(shù)據(jù)庫存儲信息

在三維可視化地質(zhì)數(shù)據(jù)庫中對礦山開采數(shù)據(jù)實現(xiàn)分析及歸類，對數(shù)據(jù)信息的要求主要包含以下四部分：①實施開采中的具體勘察位置的設定，設立X軸，Y軸，Z軸三維立體空間上的坐標軸，Z軸表示進行開采的最大深度，X軸和Y軸表示二維平面上的開采點。②根據(jù)設立的空間坐標軸進行礦山開采軌道的設計，可畫出空間路線包括開采角度，并對地質(zhì)巖石影響開采路線作出分析報告，同時對可實現(xiàn)的軌跡進行編號，最終作出礦山開采空間的三維圖像并在計算機進行呈像。③開采中對巖石樣本進行采集，主要包括對巖石類型，巖石硬度及性質(zhì)的數(shù)據(jù)庫歸類。④對礦山開采后的樣品進行選擇性采集，選擇出具有代表當?shù)氐V山特點的樣品進行信息數(shù)據(jù)收錄，最終進行分類化驗[2]。

1.2 三維可視化地質(zhì)數(shù)據(jù)庫的建立

三維可視化數(shù)據(jù)庫的建立首先要進行可行性的系統(tǒng)的選擇，在固定Suepac系統(tǒng)下進行三維立體可視化數(shù)據(jù)庫的建立，其次選擇地質(zhì)礦山類型的數(shù)據(jù)庫進行編輯操作，打開操作頁面后，自定義建立調(diào)查組別表格、三維立體礦山空間數(shù)據(jù)表格和三維與二維轉(zhuǎn)換表格，為了使數(shù)據(jù)表達更加清晰準確，在上述表格基礎上建立地質(zhì)信息學數(shù)據(jù)表和樣品表。

在實現(xiàn)三維可視化地質(zhì)數(shù)據(jù)庫的表格建立后，進行表格中字段或內(nèi)容的完善，設立表格內(nèi)容為chart格式字段，每個表格進行相同步驟的執(zhí)行，執(zhí)行過相應的命令后，在彈出窗口添加相關礦山地質(zhì)工程的數(shù)據(jù)信息，定義至小數(shù)點后兩位，將所有信息存儲在相應格式的文件夾下。

依照有關部門對地質(zhì)礦山的開采指標或某些地區(qū)對礦產(chǎn)資源的實際需求量進行礦山三維數(shù)據(jù)評估時，數(shù)據(jù)量低于指定平均線時對其開采不給與統(tǒng)計，要到三維可視化數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)樣品表格中。點擊“數(shù)據(jù)庫”菜單項，實現(xiàn)“編輯”操作，繼續(xù)插入抽樣的數(shù)據(jù)，在指定操作窗口下選擇“樣品轉(zhuǎn)換”表格，對搜集的數(shù)據(jù)進行表名定義，字段長度編輯，轉(zhuǎn)換結(jié)果和描述的書寫。對數(shù)據(jù)值高于指定的平均線的礦山數(shù)據(jù)，實現(xiàn)開采前將勘察的數(shù)據(jù)插入到三維立體轉(zhuǎn)換表格，將二維平面數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成三維立體數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)存儲至三維立體礦山數(shù)據(jù)表格，完成執(zhí)行后，持續(xù)對調(diào)查組別的數(shù)據(jù)進行分析比對，完成數(shù)據(jù)的導入，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的完善。

2 構建基于礦山地質(zhì)工程的三維可視化開采模式

基于礦山地質(zhì)工程的三維可視化開采技術的設計具有高度的可行性，建立的三維數(shù)據(jù)庫具有下述三點優(yōu)勢，首先對收集的數(shù)據(jù)可實現(xiàn)清晰地整理，數(shù)據(jù)庫內(nèi)每個表格結(jié)構單一，操作簡單。其次可將針對復雜礦山的勘察內(nèi)容簡單化，將繁瑣的步驟進行細分，將礦山數(shù)據(jù)監(jiān)測，開采時的手段技術，開采后期的數(shù)據(jù)編號收錄及不達標開采礦山的樣品等每個具體階段分別進行人員分工。最后對地質(zhì)礦山收集的數(shù)據(jù)規(guī)范化處理，對所存儲文件的格式要求更加嚴格，使調(diào)出數(shù)據(jù)的過程時間縮短，將復雜數(shù)據(jù)簡單化，方便后期對礦山數(shù)據(jù)的保存及歸類。

2.1 有針對性的收錄礦山地質(zhì)信息

在指定系統(tǒng)實現(xiàn)礦山的具體數(shù)據(jù)的導入后，針對開采技術的不同對收錄信息進行歸類，用三維可視化系統(tǒng)識別不同的巖石礦體，可通過設置不同顏色進行數(shù)據(jù)的不同分類，將具有相同特征點的礦巖信息歸結(jié)為同一類，具有特殊形態(tài)特征的巖石樣品進行單獨樣品表記錄歸類，在樣品表同樣設置不同顏色，相同種類的資料信息進行選擇性刪除，對具有相同特征性信息的礦巖進行格式更改并存儲。

2.2 建立三維可視化開采技術的模型

在建立三維可視化技術模型研究時，主要具備以下流程及成果：①地質(zhì)礦山三維可視化數(shù)據(jù)庫包含了礦山前期勘察的資料數(shù)據(jù)和勘查中期對礦山存在礦石的統(tǒng)計，兩者結(jié)合形成了大批量的數(shù)據(jù)集，三維立體數(shù)據(jù)庫的應用簡化了對大規(guī)模數(shù)據(jù)的分析，所以在建立可視化模型時，三維數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的準確性是確保模型精準的基礎。②在固定系統(tǒng)下的三維可視化技術模型包括了勘察點進行時傾斜角度數(shù)據(jù)、三維空間勘察點的數(shù)據(jù)、礦巖樣品數(shù)據(jù)等三個方面內(nèi)容。進行數(shù)據(jù)檢驗時，一次性對數(shù)據(jù)進行篩選整理。③在三維可視化技術模型結(jié)構下針對數(shù)據(jù)庫中自定義表格對數(shù)進行詳細分析，在系統(tǒng)中導入結(jié)構功能，描述礦巖具體特征，為該模型可實現(xiàn)區(qū)分不同種類的地質(zhì)礦石、礦石品階高低等研究打下基礎。

3 結(jié)語

文章對基于礦山地質(zhì)工程的三維可視化開采技術進行研究，通過對三維可視化地質(zhì)數(shù)據(jù)庫的建立，研究其對存儲信息的需求，進行初級三維可視化開采技術的模型的構建，對地質(zhì)礦山工程的勘察進行三維立體化實現(xiàn)。未來國家針對礦山地質(zhì)工程的發(fā)展會隨著三維可視化開采技術的不斷優(yōu)化而逐步壯大，建立更加全面的數(shù)據(jù)庫，多方面保障礦山開采的全面性，文章設計技術的功能將進一步完善，將促進國家礦巖開采行業(yè)向著更加安全高效率的方向發(fā)展。