趙明

（中煤科工集團(tuán)沈陽(yáng)設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧沈陽(yáng)110015）

基于3DMine礦業(yè)工程軟件的大雁三礦建模

趙明

（中煤科工集團(tuán)沈陽(yáng)設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧沈陽(yáng)110015）

以大雁三礦為例，介紹了3DMine礦業(yè)工程軟件進(jìn)行三維建模的過(guò)程。三維建模過(guò)程可分為鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)建立、面模型建立和塊體模型建立。鉆孔數(shù)據(jù)整理在Excel中通過(guò)VBA編程進(jìn)行。塊體模型儲(chǔ)量計(jì)算與地質(zhì)報(bào)告對(duì)比，結(jié)果可靠，可以作為后續(xù)采礦設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)模型。

3DMine礦業(yè)工程軟件；三維建模；煤礦；儲(chǔ)量；VBA

0 引言

礦山三維地質(zhì)建模，是“數(shù)字礦山”的核心組成部分，是現(xiàn)代礦山信息化研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)。三維建模軟件可以根據(jù)鉆孔數(shù)據(jù)等建立礦體模型，三維展現(xiàn)礦體位置和形態(tài)。進(jìn)而建立塊體模型，可以進(jìn)行儲(chǔ)量計(jì)算和刀量切割，并為后續(xù)開(kāi)采設(shè)計(jì)創(chuàng)建基礎(chǔ)條件。三維建模已經(jīng)成為采礦設(shè)計(jì)中重要的技術(shù)手段，通過(guò)三維建?？梢詼?zhǔn)確、快速、方便的進(jìn)行采礦設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量[1]。

1 3DMine礦業(yè)工程軟件

三維建模軟件包括Surpac、Minex、3DMine等，其中3DMine礦業(yè)工程軟件是國(guó)內(nèi)普遍使用的一款符合中國(guó)礦業(yè)行業(yè)規(guī)范和技術(shù)要求的三維礦業(yè)軟件系統(tǒng)。

3DMine礦業(yè)工程軟件廣泛應(yīng)用于地質(zhì)、測(cè)量、采礦和生產(chǎn)管理等方面，主要為固體礦產(chǎn)的地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)管理、礦床地質(zhì)模型、構(gòu)造模型、傳統(tǒng)和現(xiàn)代地質(zhì)儲(chǔ)量計(jì)算、露天及地下礦山采礦設(shè)計(jì)、露天短期進(jìn)度計(jì)劃以及生產(chǎn)設(shè)施數(shù)據(jù)、規(guī)劃目標(biāo)數(shù)據(jù)建立實(shí)用三維可視化基礎(chǔ)平臺(tái)，為礦山資源管理、資源開(kāi)采效率管理和生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理提供技術(shù)支持服務(wù)[2]。

3DMine礦業(yè)工程軟件有著與AutoCAD相似的操作界面，再加上軟件的三維處理，可以很方便的為采礦設(shè)計(jì)服務(wù)。在建立模型過(guò)程中，要發(fā)揮建模人員的主觀能動(dòng)性，根據(jù)實(shí)際情況和經(jīng)驗(yàn)讓軟件更好的服務(wù)[3]以3DMine礦業(yè)工程軟件為平臺(tái)對(duì)大雁三礦建模。

2 三維建模

3DMine礦業(yè)工程軟件集成三角網(wǎng)建模手段，通過(guò)散點(diǎn)和剖面創(chuàng)建地質(zhì)模型[4]。3DMine礦業(yè)工程軟件建立礦體模型時(shí)，對(duì)于金屬礦，傾角變化大，通常采用連接剖面閉合線并封閉礦體兩端的方式形成實(shí)體[5]。對(duì)于煤礦，礦體近水平，采用合并法，先將礦體上、下表面做成面模型，再獲取上下面的邊界，2個(gè)邊界之間連三角網(wǎng)，3個(gè)文件合并成礦體實(shí)體。礦體模型建立采用后一種，在3DMine礦業(yè)工程軟件中，礦體上、下表面之間就認(rèn)定為實(shí)體，只做出頂?shù)装迕婕纯伞?/p>

三維建模過(guò)程可以分為鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)建立、面模型建立和塊體模型建立。

2.1 鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)建立

建立鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)就是把鉆孔數(shù)據(jù)導(dǎo)入3DMine礦業(yè)工程軟件的數(shù)據(jù)庫(kù)中，為提取頂?shù)装妩c(diǎn)建立頂?shù)装迕婺Ｐ妥鰷?zhǔn)備。具體步驟如下：

1）鉆孔數(shù)據(jù)整理：把原始鉆孔數(shù)據(jù)整理成3DMine礦業(yè)工程軟件要求的格式。并且要注意在cad圖中查詢鉆孔的x、y坐標(biāo)值，使定位數(shù)據(jù)中開(kāi)孔坐標(biāo)E、開(kāi)孔坐標(biāo)N與cad圖中的東坐標(biāo)、北坐標(biāo)相對(duì)應(yīng)，避免x、y坐標(biāo)對(duì)換。本次建模的鉆孔數(shù)據(jù)包括定位數(shù)據(jù)、煤巖結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和測(cè)斜數(shù)據(jù)。

在Excel的VBA編輯器中通過(guò)VBA語(yǔ)言進(jìn)行程序編寫(xiě)和運(yùn)行，對(duì)原始鉆孔數(shù)據(jù)進(jìn)行整理。這樣可以節(jié)省很多時(shí)間和精力，數(shù)據(jù)處理也可以避免人為的錯(cuò)誤，準(zhǔn)確度高[6-7]。鉆孔數(shù)據(jù)整理后的部分?jǐn)?shù)據(jù)見(jiàn)表1—表3：

表1 定位數(shù)據(jù)m

表2 煤巖結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)

表3 測(cè)斜數(shù)據(jù)

2）鉆孔數(shù)據(jù)導(dǎo)入：新建鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)有定位表和測(cè)斜表，本次建模根據(jù)鉆孔數(shù)據(jù)只新建巖性表，添加巖性表沒(méi)有的煤巖性和厚度兩個(gè)字段。煤巖性字段類型為文本型，厚度字段為數(shù)字型。導(dǎo)入整理好的鉆孔數(shù)據(jù)。導(dǎo)入數(shù)據(jù)時(shí)，注意數(shù)據(jù)庫(kù)表和字段與電子表格的表和字段相對(duì)應(yīng)。導(dǎo)入數(shù)據(jù)時(shí)，3DMine礦業(yè)工程軟件會(huì)對(duì)重復(fù)記錄進(jìn)行錯(cuò)誤提示，刪除重復(fù)記錄。數(shù)據(jù)導(dǎo)入后，可利用軟件的查錯(cuò)功能進(jìn)行數(shù)值范圍交差等錯(cuò)誤的查找，對(duì)找出的錯(cuò)誤進(jìn)行修改。鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)建立后可以在3DMine礦業(yè)工程軟件三維顯示。

2.2 面模型建立

地質(zhì)模型，通常意義上包括2種類型：表面模型，如地表地形；線框模型，如礦體[8]。面模型建立包括創(chuàng)建地表面模型和煤層頂?shù)装迕婺Ｐ?。建立地表面模型具體步驟：①坐標(biāo)轉(zhuǎn)換：把地質(zhì)地形cad圖導(dǎo)入3DMine礦業(yè)工程軟件中，查詢網(wǎng)格線的坐標(biāo)，與實(shí)際坐標(biāo)一致，則不做調(diào)整；不一致進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，其他cad圖同要求處理；②模型建立：對(duì)地表等高線高程賦值，把有高程的地表等高線直接生成地表面模型。

本次建模的大雁三礦鉆孔數(shù)據(jù)包含煤層25層，需要建模的煤層有17層煤，包括17煤、18煤、22煤、25煤、27-1煤，27-2煤、28-1煤、28-2煤、30-1煤、30-2煤、30-3煤、30-4煤、33煤、34煤、35煤、36煤和37煤。3DMine礦業(yè)工程軟件有全煤層建模和分煤層建模，全煤層建模無(wú)法處理斷層問(wèn)題，所以本次建模采用分煤層建模。各煤層建立煤層頂?shù)装迕婺Ｐ徒⒕唧w步驟如下：

1）提取線文件：把煤層儲(chǔ)量cad圖中的煤層邊界線、斷層線和底板等高線提取出來(lái)。

2）提取頂?shù)装妩c(diǎn)：利用鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)的提取頂?shù)装妩c(diǎn)功能，提取各個(gè)煤層頂?shù)装妩c(diǎn)，此功能獲取的煤層頂?shù)装妩c(diǎn)分兩個(gè)圖層，有煤圖層和無(wú)煤圖層，有煤圖層頂?shù)装妩c(diǎn)顯示為煤層頂?shù)装逦恢命c(diǎn)，無(wú)煤圖層頂?shù)装妩c(diǎn)顯示為鉆孔孔口點(diǎn)，即地表點(diǎn)。

3）添加頂?shù)装妩c(diǎn)：網(wǎng)格估值生成的面模型的范圍，是數(shù)據(jù)源點(diǎn)在x、y方向上的最小值與最大值到坐標(biāo)軸上的垂線圍成的矩形。當(dāng)有煤層的矩形范圍不能全部涵蓋本煤層的邊界線，需要在邊界線的個(gè)別位置處補(bǔ)上頂?shù)装妩c(diǎn)，補(bǔ)充的頂?shù)装妩c(diǎn)的x、y坐標(biāo)與邊界線上點(diǎn)一致，z坐標(biāo)與相鄰的鉆孔點(diǎn)一致。

4）創(chuàng)建無(wú)斷層矩形面模型：對(duì)有煤圖層的頂?shù)装妩c(diǎn)的標(biāo)高用克里格法（克里格法相對(duì)于距離冪次反比法進(jìn)行網(wǎng)格估值生成的面模型比較平滑）進(jìn)行網(wǎng)格估值，并以估值點(diǎn)形成煤層頂?shù)装寰匦蚊婺Ｐ汀?/p>

5）創(chuàng)建煤層厚度：面生成的煤層頂?shù)装寰匦蚊婺Ｐ陀妹簩舆吔缇€裁剪，形成煤層頂?shù)装鍍?chǔ)量面模型，對(duì)煤層頂?shù)装鍍?chǔ)量面模型進(jìn)行面計(jì)算。煤層頂板減煤層底板生成煤層厚度面。

6）創(chuàng)建有斷層矩形面模型：對(duì)有煤圖層的底板點(diǎn)和底板等高線炸開(kāi)點(diǎn)的標(biāo)高用克里格法帶斷層再次進(jìn)行網(wǎng)格估值，并以估值點(diǎn)形成有斷層煤層底板矩形面模型。

7）創(chuàng)建煤層頂?shù)装迕婺Ｐ停荷傻挠袛鄬用簩拥装寰匦蚊婺Ｐ屯ㄟ^(guò)煤層邊界線裁剪，形成有斷層煤層底板儲(chǔ)量面模型。對(duì)有斷層的煤層底板儲(chǔ)量面模型和煤層厚度面進(jìn)行面計(jì)算，煤層厚度面加煤層底板生成有斷層的煤層頂板儲(chǔ)量面模型。帶斷層的煤層頂?shù)装鍍?chǔ)量面模型是最終需要的煤層頂?shù)装濉?/p>

2.3 塊體模型建立

煤層頂?shù)装迥Ｐ椭皇堑刭|(zhì)模型，只能顯示礦體的空間位置和形態(tài)。塊體模型才是三維建模需要的開(kāi)采模型，可以進(jìn)行儲(chǔ)量計(jì)算和刀量切割等其他開(kāi)采設(shè)計(jì)。具體步驟如下：

1）創(chuàng)建復(fù)合底板：復(fù)合底板已最下一層的煤層底板為基礎(chǔ)，如果相鄰的上一煤層有最下一層煤層x、y平面范圍以外的部分，這部分和最下一層煤層底板合并形成復(fù)合底板；如果相鄰的上一煤層沒(méi)有最下一層煤層x、y平面范圍以外的部分，最下一層的煤層底板為復(fù)合底板。依次從下到上如此處理，最終形成在x、y平面范圍涵蓋所有煤層范圍的復(fù)合底板。

2）創(chuàng)建塊體模型：軟件打開(kāi)地表面模型和復(fù)合底板，新建塊體模型，塊體模型范圍為2個(gè)面文件的三維方向上的空間范圍，塊體尺寸為40 m×40 m ×1.6 m，次級(jí)塊尺寸為20 m×20 m×0.8 m（煤層的最小可采厚度為0.8 m，厚度小于0.8 m的煤層不會(huì)作為煤儲(chǔ)存到塊體模型中）。

3）創(chuàng)建屬性：為塊體模型創(chuàng)建屬性煤巖性、地質(zhì)煤、可采煤、毛煤、內(nèi)剝離和外剝離。煤巖性的屬性類型為字符，默認(rèn)值定為巖石。其他屬性類型為浮點(diǎn)數(shù)，默認(rèn)值為-1。

4）提取樣品點(diǎn)：由鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)提取出包含煤層損失貧化信息的數(shù)據(jù)點(diǎn)。提取數(shù)據(jù)點(diǎn)時(shí)需要設(shè)置煤、矸石和巖石比重，小夾矸混入厚度值，煤層頂?shù)装鍘r石混入或煤損失厚度值，大夾矸頂?shù)装屙肥烊牖蛎簱p失厚度值（通常煤層頂?shù)装鍨槊簱p失，大夾矸頂?shù)装鍨轫肥烊耄?。?shù)據(jù)點(diǎn)的三維坐標(biāo)為鉆孔的x、y坐標(biāo)值和煤層頂?shù)装宓闹虚gz坐標(biāo)值，并含有屬性值，如地質(zhì)煤（實(shí)質(zhì)是煤的相對(duì)比重，這是由于煤層中有矸石，矸石沒(méi)有連成片，無(wú)法做實(shí)體，按含矸率處理，塊體中煤量就以相對(duì)比重計(jì)算）。

地質(zhì)煤=（純煤厚/總煤厚）×煤比重

5）屬性賦值：對(duì)塊體模型的巖性進(jìn)行單一賦值，采用面約束賦值，即煤層頂板下部和煤層底板上部約束。對(duì)地質(zhì)煤等進(jìn)行距離冪次反比法賦值，由數(shù)據(jù)點(diǎn)為樣品點(diǎn)，采用塊值屬性約束賦值，即塊體煤巖性為煤約束。

塊體模型建立后進(jìn)行儲(chǔ)量核實(shí)：采用塊體報(bào)告命令對(duì)煤層塊體模型做儲(chǔ)量計(jì)算，選擇屬性地質(zhì)煤進(jìn)行累計(jì)值計(jì)算，比重選擇為1，因?yàn)榈刭|(zhì)煤是比重，報(bào)告就為以塊體體積與相對(duì)的煤比重的乘積做累加計(jì)算，得出煤量[9]。計(jì)算結(jié)果與地質(zhì)報(bào)告對(duì)照見(jiàn)表4。

3 結(jié)論

以大雁三礦的鉆孔數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，依次創(chuàng)建鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)、地表面模型和煤層面模型、塊體模型。塊體模型的儲(chǔ)量計(jì)算與地質(zhì)報(bào)告比對(duì)，結(jié)果可靠，可以作為采礦設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)模型，進(jìn)行境界優(yōu)化、刀量切割和生產(chǎn)計(jì)劃等。鉆孔數(shù)據(jù)整理借助VBA編程，可以節(jié)省很多時(shí)間和精力，數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確度高。

［1］向中林，王妍，王潤(rùn)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(guò)程研究［J］.地質(zhì)與勘探，2009，45（1）：75-81.

［2］3DMine基礎(chǔ)教程［M］.北京：3DMine軟件公司.

［3］孫璐，戴曉江.建立礦山三維模型中3Dmine礦業(yè)軟件的應(yīng)用［J］.中國(guó)非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊，2011（1）：60－62.

Modeling in Dayan No.3 Mine based on 3DMine mining engineering software

ZHAO Ming
(China Coal Technology and Engineering Group Shenyang Design&Research Institute,Shenyang 110015,China)

Taking Dayan No.3 mine for example,the article introduced the process of 3D modeling by 3DMine mining engineering software.The process of 3D modeling includes building drilling database,building facial model,building block model.Drilling data is managed in Excel through VBA programming.Through comparing reserve calculation of block model with geological report,the result is reliable,which could be the base model of subsequent mining design.

3DMine mining engineering software;3D modeling;coal mine;reserves;VBA

TD679

B

1671－9816（2017）02－0065－04

趙明.基于3DMine礦業(yè)工程軟件的大雁三礦建模［J］.露天采礦技術(shù)，2017，32（2）：65－67.

2016－07－21

趙明（1990—），男，山東兗州人，助理工程師，碩士，2014年畢業(yè)于東北大學(xué)采礦工程專業(yè)，現(xiàn)就職于中煤科工集團(tuán)沈陽(yáng)設(shè)計(jì)研究院有限公司，從事露天采礦設(shè)計(jì)的相關(guān)工作。

DOI∶10.13235/j.cnki.ltcm.2017.02.018