孫 慧 軍

(山西省煤炭地質(zhì)水文勘查研究院,山西 太原　030006)

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三維數(shù)字地質(zhì)模型在礦區(qū)水文地質(zhì)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

孫 慧 軍

(山西省煤炭地質(zhì)水文勘查研究院,山西 太原030006)

介紹了礦區(qū)水文地質(zhì)數(shù)據(jù)的提取方式，根據(jù)礦區(qū)的水文地質(zhì)特征，構(gòu)建了三維數(shù)字地質(zhì)模型，并闡述了該模型在礦區(qū)水文地質(zhì)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用，確保了礦區(qū)生產(chǎn)作業(yè)的順利開(kāi)展。

礦區(qū)，水文地質(zhì)，三維數(shù)字地質(zhì)模型，地質(zhì)評(píng)價(jià)

市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制的不斷改革，對(duì)于煤礦整體的生產(chǎn)能力提出了更高的要求，需要企業(yè)及時(shí)地調(diào)整自身的戰(zhàn)略部署，最大限度地保證礦區(qū)生產(chǎn)活動(dòng)的順利開(kāi)展。結(jié)合現(xiàn)階段煤礦生產(chǎn)的實(shí)際發(fā)展現(xiàn)狀，可知做好礦區(qū)的水文地質(zhì)評(píng)價(jià)對(duì)于煤礦的安全生產(chǎn)具有重要的現(xiàn)實(shí)參考意義，可以為企業(yè)帶來(lái)更多的經(jīng)濟(jì)效益。在信息化技術(shù)手段的支持下，可以構(gòu)建出可靠的三維數(shù)字地質(zhì)模型，豐富礦區(qū)水文地質(zhì)評(píng)價(jià)內(nèi)容，提高礦區(qū)整體的生產(chǎn)作業(yè)工作效率，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化煤礦企業(yè)的更多發(fā)展目標(biāo)。

1　礦區(qū)水文地質(zhì)數(shù)據(jù)的提取

完善礦區(qū)水文地質(zhì)評(píng)價(jià)體系，需要采取有效的技術(shù)手段提取相關(guān)的水文地質(zhì)數(shù)據(jù)，為后續(xù)研究工作的順利開(kāi)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。一般情況下，采用鉆探或者物理探測(cè)的方法提取水文地質(zhì)數(shù)據(jù)，并結(jié)合相關(guān)的地質(zhì)資料對(duì)礦區(qū)的地層的含水性、斷層等進(jìn)行必要地了解。在可靠的三維數(shù)字地質(zhì)模型的支持下，有關(guān)礦區(qū)水文地質(zhì)數(shù)據(jù)的管理可以通過(guò)模型中的外接數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存儲(chǔ)，并在軟件系統(tǒng)里構(gòu)建出功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)中心和圖形編譯系統(tǒng)，利用某些功能鍵對(duì)這些數(shù)據(jù)信息進(jìn)行及時(shí)有效地瀏覽。同時(shí)，三維數(shù)字地質(zhì)模型中記錄的數(shù)據(jù)可以依據(jù)標(biāo)高對(duì)生產(chǎn)勘探輪廓清晰的豎直剖面。這種剖面可以滿足使用者的地質(zhì)編譯、數(shù)據(jù)查詢及核對(duì)等方面的具體要求?；A(chǔ)數(shù)據(jù)收集的過(guò)程中主要利用的是Excel表格。除此之外，在對(duì)地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一收集整理的過(guò)程中，可以發(fā)揮3DMine軟件的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)。這些工作的順利完成，保證了三維空間與地質(zhì)數(shù)據(jù)的有效結(jié)合，增強(qiáng)了數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性和真實(shí)性。

2　礦區(qū)水文地質(zhì)特征

很多礦區(qū)實(shí)際生產(chǎn)中容易受到地下水的影響，客觀地決定了做好水文地質(zhì)分析工作的必要性。目前礦區(qū)的地下水類型主要包括碳酸鹽石裂隙巖溶水和碳酸巖承壓裂隙水。前者巖組含水層主要在其中溶蝕裂隙中流動(dòng)，中等富水等級(jí)實(shí)際作用效果明顯。同時(shí)，該巖組含水層包括了茅口組及重要的二疊系統(tǒng)下的棲霞組；后者的地下水貯存于該巖組的巖溶裂隙中，中等富水等級(jí)的作用效果突出，相關(guān)的巖組含水層主要位于石炭系擺佐組，水文特征明顯。

3　三維數(shù)字地質(zhì)模型在礦區(qū)水文地質(zhì)評(píng)價(jià)的構(gòu)建分析

由于礦區(qū)水文地質(zhì)條件復(fù)雜，需要充分地發(fā)揮三維數(shù)字地質(zhì)模型的優(yōu)勢(shì)，增強(qiáng)礦區(qū)的水文地質(zhì)評(píng)價(jià)工作質(zhì)量，為礦區(qū)的安全生產(chǎn)活動(dòng)開(kāi)展提供可靠的保障。在構(gòu)建三維數(shù)字地質(zhì)模型時(shí)，主要采用的建模技術(shù)是3DMine。這種建模技術(shù)的應(yīng)用范圍廣，適用性強(qiáng)，可以結(jié)合礦區(qū)水文地質(zhì)的實(shí)際概況進(jìn)行建模，并對(duì)其中的水文特征進(jìn)行全面地分析，從根本上保證了礦區(qū)水文地質(zhì)評(píng)價(jià)的科學(xué)合理性。

在3DMine建模技術(shù)的作用下，運(yùn)用控制線及對(duì)應(yīng)的分區(qū)線相互融合的方法，可以對(duì)礦區(qū)的任何物體的剖面進(jìn)行地質(zhì)模型構(gòu)建，從而為實(shí)際問(wèn)題的有效解決提供可靠的參考依據(jù)。在模型構(gòu)建的過(guò)程中，不同模型之間的交、并、差運(yùn)算方式可以選擇布爾運(yùn)算，并利用相關(guān)的函數(shù)分析模塊增強(qiáng)數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性，確保所有的運(yùn)算結(jié)果能夠達(dá)到礦區(qū)水文地質(zhì)評(píng)價(jià)的實(shí)際要求。同時(shí)，三維可視化模型包含著各種豐富的半變異函數(shù)，可以對(duì)某些參數(shù)的調(diào)整進(jìn)行深入地分析，簡(jiǎn)化了地質(zhì)學(xué)問(wèn)題處理過(guò)程中的工作流程，數(shù)據(jù)信息的處理效率更加高效。同時(shí)，利用三維數(shù)字地質(zhì)模型搜集數(shù)據(jù)信息的過(guò)程中，需要參考礦區(qū)的探礦鉆孔、水文地質(zhì)鉆孔等方面的重要資料，促使巷道位置上方的水文地質(zhì)觀測(cè)鉆孔及相關(guān)的剖面可以在地質(zhì)模型構(gòu)建中體現(xiàn)出來(lái)，形成功能更加強(qiáng)大的三維地質(zhì)與水文地質(zhì)相結(jié)合的地質(zhì)模型，提高模型使用中處理實(shí)際問(wèn)題的工作效率。

4　三維數(shù)字地質(zhì)模型在礦區(qū)水文地質(zhì)評(píng)價(jià)中的運(yùn)用

在礦區(qū)水文地質(zhì)評(píng)價(jià)的過(guò)程中，為了使最終的評(píng)價(jià)效果能夠達(dá)到礦區(qū)生產(chǎn)作業(yè)的實(shí)際要求，需要充分地發(fā)揮三維數(shù)字地質(zhì)模型的優(yōu)勢(shì)。最大限度地完善水文地質(zhì)的評(píng)價(jià)體系，在保證礦區(qū)作業(yè)人員安全工作的同時(shí)增加煤礦企業(yè)整體的經(jīng)濟(jì)效益。三維數(shù)字地質(zhì)模型在礦區(qū)水文地質(zhì)評(píng)價(jià)中運(yùn)用時(shí)，相關(guān)的技術(shù)人員需要對(duì)礦區(qū)地層的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、水文特性等進(jìn)行深入地了解，確保三維數(shù)字地質(zhì)模型使用時(shí)可以與礦區(qū)的實(shí)際作業(yè)環(huán)境相吻合，進(jìn)而為各種實(shí)際問(wèn)題的有效解決提供可靠的參考依據(jù)。

當(dāng)施工巷道穿過(guò)礦區(qū)的棲霞組時(shí)，其中的涌水量相對(duì)較大。由于礦區(qū)不同地段的地下水上升的水位有所差異，某些區(qū)域容易出現(xiàn)大規(guī)模涌水的現(xiàn)象，加大了這些區(qū)域涌泥量問(wèn)題產(chǎn)生的概率。對(duì)于高臺(tái)組的巷道施工必須增強(qiáng)專業(yè)設(shè)備的安全性能，主要在于這些施工中的硬質(zhì)巖較多，加大了施工難度。當(dāng)?shù)V區(qū)巷道周圍的巖層較薄時(shí)，實(shí)際的隔水效果相對(duì)較差，容易帶來(lái)大量的涌水。同時(shí)，對(duì)于礦區(qū)巖層結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的區(qū)域，當(dāng)其中的巷道頂板穩(wěn)定性受到較大的威脅時(shí)，也會(huì)對(duì)煤礦后續(xù)的生產(chǎn)活動(dòng)開(kāi)展帶來(lái)較大的威脅。因此，運(yùn)用三維數(shù)字地質(zhì)模型時(shí)可以將不同的數(shù)據(jù)信息輸入到地質(zhì)模型中，以便這些模型在實(shí)際的應(yīng)用中可以快速地解決巷道的涌水問(wèn)題，減少突發(fā)性涌水帶來(lái)的影響。

將礦區(qū)二疊系棲霞組的信息輸入到信息化網(wǎng)絡(luò)中，可以構(gòu)建出不同厚度地層的可視化三維數(shù)字地質(zhì)模型，并對(duì)礦區(qū)的各種接觸面進(jìn)行有效地分析，從而對(duì)巷道底板的安全性能進(jìn)行綜合地評(píng)估，確定某些突發(fā)性涌水可能影響的礦區(qū)生產(chǎn)作業(yè)區(qū)域，方便了技術(shù)人員在較短的時(shí)間內(nèi)完成預(yù)防災(zāi)害事故的緊急方案的制定，給煤礦生產(chǎn)作業(yè)的順利開(kāi)展帶來(lái)了重要的參考信息。同時(shí)，在運(yùn)用三維數(shù)字地質(zhì)模型的過(guò)程中，不同斷層對(duì)于礦區(qū)巷道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定影響程度也可以通過(guò)這種模型進(jìn)行必要地分析，從而避免了巷道底板涌水事故的發(fā)生，加快了煤礦企業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)步伐。

5　結(jié)語(yǔ)

礦區(qū)水文地質(zhì)評(píng)價(jià)能否達(dá)到實(shí)際的作用效果，依賴于可靠的三維數(shù)字地質(zhì)模型。這種模型包含的內(nèi)容非常豐富，使用中可以對(duì)礦區(qū)水文地質(zhì)的整體概況進(jìn)行綜合地評(píng)估，確保了礦區(qū)生產(chǎn)作業(yè)的順利開(kāi)展。在構(gòu)建三維數(shù)字地質(zhì)模型的過(guò)程中，技術(shù)人員需要充分地考慮各方面的影響因素，最大限度地發(fā)揮出參考模型的實(shí)際作用。三維數(shù)字地質(zhì)模型的有效使用，可以對(duì)礦區(qū)的水文地質(zhì)特性進(jìn)行系統(tǒng)的闡述，降低安全事故發(fā)生的幾率。

[1]謝文兵.地質(zhì)礦產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立與隱伏礦體立體定量預(yù)測(cè)研究[D].長(zhǎng)沙：中南大學(xué),2012.

[2]張渭軍.水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)三維建模與可視化研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué),2011.

[3]翁正平.復(fù)雜地質(zhì)體三維模型快速構(gòu)建及更新技術(shù)研究[D].北京：中國(guó)地質(zhì)大學(xué),2013.

[4]陳松.基于三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型的宿南礦區(qū)地下水演化與識(shí)別[D].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué),2014.

[5]竇莉.基于三維水文地質(zhì)模型的孔隙地下水三維流場(chǎng)動(dòng)態(tài)生成技術(shù)研究[D].南京：南京師范大學(xué),2013.

On application of three-dimension digital geological model in hydrological evaluation of mining areas

Sun Huijun

(ShanxiCoalGeologicalandHydrologicalSurveyInstitute,Taiyuan030006,China)

The paper introduces the extracting approaches of the hydrological data in the mining areas, sets up the three-dimension digital geological model according to the hydrological features of the mining areas, and illustrates the application of the model in the hydrological evaluation of the areas, so as to ensure the smooth development of the mining production.

mining area, hydrology and geology, three-dimension digital geological model, geological evaluation

1009-6825(2016)23-0086-02

2016-06-06

孫慧軍(1989- )，男，助理工程師

P642

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