孫 愚

(華北有色工程勘察院礦山注漿公司)

三維地質(zhì)模型在礦山帷幕注漿施工工藝中的應(yīng)用

孫 愚

(華北有色工程勘察院礦山注漿公司)

對基于3DSMAX三維操作平臺的地質(zhì)體三維可視化模型制作過程進行了分析，并結(jié)合工程實例，闡述了三維地質(zhì)模型在礦山帷幕注漿施工工藝中的作用，為提高礦山帷幕注漿效率具有一定的參考作用。

三維可視化技術(shù) 3DSMAX 三維地質(zhì)模型 帷幕注漿

三維可視化技術(shù)將復(fù)雜的地質(zhì)學(xué)數(shù)據(jù)、符號創(chuàng)建成三維模型，使得地質(zhì)工作人員更為直觀的理解各種復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，有助于解決在工程應(yīng)用中出現(xiàn)的各類地質(zhì)問題[1-5]。以礦山帷幕注漿施工工藝為例，著重闡述了基于3DSMAX三維軟件的地質(zhì)體三維建模思路及其應(yīng)用。

1 三維地質(zhì)模型的創(chuàng)建及思路

3DSMAX軟件是1套綜合型三維模型與三維視頻創(chuàng)建系統(tǒng)，利用MAX軟件與AutoCAD軟件兼容性的特點，將以AutoCAD軟件為藍本的平面圖導(dǎo)入MAX軟件中進行精確的三維模型創(chuàng)建、材質(zhì)貼圖及三維渲染，制作出還原度較高的三維地質(zhì)模型及礦山注漿工程施工工藝三維視頻，為地質(zhì)研究提供了全新的三維新思路，為礦山防治水注漿施工工藝進行了直觀的三維虛擬漫游，為施工中的隱蔽工程部分提供了三維可視化演示平臺。

1.1 模型創(chuàng)建

在地形、地貌的創(chuàng)建過程首先將CAD文件導(dǎo)入MAX軟件中，轉(zhuǎn)換成“Edit Mesh”可編輯模式，然后嚴格參照CAD軟件提供的等高線數(shù)據(jù)進行不規(guī)則幾何形體創(chuàng)建，根據(jù)地質(zhì)數(shù)據(jù)逐點、逐線、逐面進行計算、編輯力求與平面圖符合，創(chuàng)建地質(zhì)模型框架。

在地層的創(chuàng)建中，采用同樣的方法根據(jù)二維的地層剖面圖及相關(guān)的實際地質(zhì)數(shù)據(jù)，創(chuàng)建面轉(zhuǎn)換成“Edit Mesh”可編輯模式，嚴格參照數(shù)據(jù)逐點、逐線、逐面進行計算、編輯，最終完成三維地質(zhì)模型的創(chuàng)建，結(jié)果如圖1所示。

1.2 材質(zhì)貼圖

自然環(huán)境復(fù)雜多樣的，僅依靠模型不足以對其進行充分表達，為了使得三維地質(zhì)模型達到還原真實情況的效果，在三維地質(zhì)模型表面進行材質(zhì)貼圖是不可缺少的一環(huán)節(jié)。

圖1 三維地質(zhì)模型創(chuàng)建

(1)地表部分。采用真實的綠地、森林效果貼圖為地形、地貌模型進行材質(zhì)貼圖。

(2)地層部分。選取有代表性(顏色、構(gòu)造、文理等)的巖體新鮮斷面照片作為地層材質(zhì)貼圖，逐點、逐面為三維地質(zhì)模型進行材質(zhì)貼圖。也可根據(jù)鉆孔編錄、巖芯照片提供的有代表性的地層，對特殊地層進行特殊的材質(zhì)編輯，以達到較高的真實度，為地質(zhì)研究提供更有價值的地質(zhì)模型。

1.3 渲 染

三維模型和材質(zhì)貼圖以數(shù)據(jù)的形式儲存于MAX軟件三維系統(tǒng)中，經(jīng)過計算機渲染后可導(dǎo)出形成視圖形式，見圖2。若制作視頻，需渲染大量連續(xù)性圖片。

2 工程應(yīng)用

2.1 工程概況

河北省邢臺市沙河中關(guān)鐵礦隸屬于河北鋼鐵集團礦業(yè)有限公司，該礦探明總儲量為9 345萬t，為水文地質(zhì)條件復(fù)雜大型礦山。華北有色工程勘察院提出了采用帷幕注漿，堵排結(jié)合，以堵為主的礦山防治水綜合治理方案，該單位受業(yè)主委托于2004—2010年間對中關(guān)鐵礦帷幕注漿工程進行了勘察、試驗、設(shè)計以及施工，帷幕注漿實施后礦山已實現(xiàn)安全基建和生產(chǎn)。

圖2 三維地質(zhì)模型渲染后效果

2.2 應(yīng)用結(jié)果分析

根據(jù)實際的地質(zhì)資料，提取有效地質(zhì)測量數(shù)據(jù)，創(chuàng)建了河北邢臺中關(guān)鐵礦礦區(qū)三維地質(zhì)模型，該模型不僅包含了礦區(qū)主要地貌和地層，還包括項目部、注漿站、道路、村莊的全貌以及帷幕注漿施工工藝流程及地下隱蔽工程帷幕體形成堵水效果的三維視頻演示，結(jié)果見圖3。

圖3 中關(guān)鐵礦帷幕注漿施工工藝三維地質(zhì)建模

綜合分析三維地質(zhì)模型在帷幕注漿施工工藝的應(yīng)用情況，其作用主要有：①在競標過程中，能夠直觀地演示帷幕注漿施工工程的全程及工程預(yù)期達到的效果，提高企業(yè)競爭力；②在帷幕注漿施工過程中，建立起標準化、理想化的三維地質(zhì)模型，模型有利于統(tǒng)一施工思想、明確施工思路；③在帷幕注漿竣工后的科研階段，采用該三維模型可因地制宜，體現(xiàn)當(dāng)?shù)毓こ烫攸c，配合文本資料更直觀、具象、清晰地進行闡述，并形成1套完整的、可視化的工程資料，為提高帷幕注漿效率等相關(guān)研究工作提供必要參考。

該三維模型清晰詮釋了河北邢臺中關(guān)鐵礦帷幕注漿施工過程的方方面面，對注漿的施工工藝進行全面、多角度的解析，有利于各部門人員在統(tǒng)一平臺上相互交流，分析工程施工的各環(huán)節(jié)。制作人員采取改變視點、燈光、透明度、質(zhì)材、攝像機軌跡等參數(shù)，可以非常直觀真實的顯示地質(zhì)體的空間形態(tài)與分布，從而避免不同專業(yè)背景的地質(zhì)工作者由于空間想象力、理解能力和工作經(jīng)驗的差異造成對同一地質(zhì)現(xiàn)象理解的偏差。通過技術(shù)手段對地層進行切割，方便地質(zhì)工作者理解地質(zhì)局部的特殊構(gòu)造，以解決帷幕注漿施工中遇到的各種問題，提高工作效率。

3 結(jié) 論

(1)地質(zhì)結(jié)構(gòu)具有自然結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和人工作用的復(fù)雜性，傳統(tǒng)的二維平面資料無法有效詮釋地質(zhì)工程的需求，三維地質(zhì)模型將對地質(zhì)現(xiàn)象和工程施工建立起規(guī)范化的數(shù)據(jù)模式，便于科學(xué)管理和精準的系統(tǒng)分析。

(2)利用二維CAD圖形與3DSMAX軟件具有兼容性的特點，采用3DSAMX軟件平臺創(chuàng)建三維模型，簡述了MAX軟件在地質(zhì)模型中的創(chuàng)建及可行性，并展示了其三維效果。

(3)分析了三維地質(zhì)模型在礦山帷幕注漿工程中的應(yīng)用，三維地質(zhì)模型不僅對于提高帷幕注漿效率具有一定的參考價值，而且對于樹立工程形象也有一定的作用。

(4)三維地質(zhì)建模與可視化是一門復(fù)雜的跨領(lǐng)域、跨學(xué)科的工程科學(xué)，具有涉及的交叉學(xué)科多、地學(xué)信息復(fù)雜、計算幾何算法繁多等特點，要實現(xiàn)地質(zhì)建模和可視化需要整合各專業(yè)、各領(lǐng)域的人員進行探索。要開發(fā)出一個有較強使用價值的礦山三維地質(zhì)模擬系統(tǒng)，除了進行三維地質(zhì)建模等基礎(chǔ)性工作之外，還需要結(jié)合礦山的具體應(yīng)用，獲取大量相關(guān)的地質(zhì)測量數(shù)據(jù)并開發(fā)出相關(guān)的軟件配套功能。

[1] 徐 軍，劉宏華，祁書恒.三維地質(zhì)建模在露天采礦設(shè)計中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2012(12):52-54.

[2] 劉 超，楊金強，李建榮.CATIA在三維地質(zhì)建模中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2012(3):40-41.

[3] 宋宇辰，劉占寧，孟海東.基于SURPAC的罕達蓋鐵銅礦三維可視化建模[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2013(10):71-73.

[4] 張耀平，楊雙有，盧志剛，等.某采空區(qū)地表沉降規(guī)律三維可視化處理與分析[J].金屬礦山，2013(8):120-123.

[5] 向中林，王 妍，王潤懷，等.基于鉆孔數(shù)據(jù)的礦山三維地質(zhì)建模及可視化過程研究[J].地質(zhì)與勘探，2009(1):75-81.

2014-11-11)

孫 愚(1982—)，男，工程師，050000 河北省石家莊市匯通路39號。