郭釗吾，宋曉夏，2，任海青，李凱杰，鄧永鵬

（1.太原理工大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院，山西 太原 030024；2.煤與煤系氣地質(zhì)山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西 太原 030024；3.晉能控股煤業(yè)集團(tuán)東周窯煤炭大同有限公司，山西 大同 037006；4.北京網(wǎng)格天地軟件技術(shù)股份有限公司，北京 100191）

隨著我國煤炭工業(yè)的迅速發(fā)展，以及“智能礦山”、“數(shù)字礦山”等高新技術(shù)概念的興起，以優(yōu)化煤炭資源開發(fā)建設(shè)、提高煤礦機(jī)械化程度、保證煤礦安全高效生產(chǎn)為目的的煤礦智能化建設(shè)，現(xiàn)已經(jīng)成為我國未來煤炭工業(yè)發(fā)展的重要方向[1-2]。三維地質(zhì)模型是實(shí)現(xiàn)地質(zhì)透明化的基礎(chǔ)和前提，該模型基于三維立體成像技術(shù)，對井下煤層、構(gòu)造、巷道布置等信息進(jìn)行真實(shí)還原，極大地突破了傳統(tǒng)二維交互地質(zhì)模型的局限性[3-7]。同時(shí)該模型通過與實(shí)際生產(chǎn)中的地質(zhì)探測數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，實(shí)現(xiàn)了高精度地質(zhì)模型的動態(tài)更新，提高了地質(zhì)預(yù)測的準(zhǔn)確性[7-11]?；诖?，諸多學(xué)者對三維地質(zhì)模型及可視化進(jìn)行了深入研究。陳建平等[12]在三維地質(zhì)建模和隱伏礦體三維成礦預(yù)測方面做了大量研究；王功文等[13-14]在三維多元地學(xué)信息綜合建模和成礦預(yù)測方面做了大量的研究工作；程建遠(yuǎn)等[15]提出了智能開采工作面三維地質(zhì)模型的梯級構(gòu)建技術(shù)，并成功運(yùn)用于實(shí)際生產(chǎn)；毛明倉等[16]在黃陵礦構(gòu)建了高精度地質(zhì)模型，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了動態(tài)更新，成功運(yùn)用于實(shí)際生產(chǎn)；Meng 等[17]、楊欽等[18-19]、張俊安[20]研發(fā)的DepthInsight三維建模軟件與GOCAD、PETREL 等建模軟件相比，領(lǐng)先的幾何算法及超強(qiáng)的多源數(shù)據(jù)耦合能力，使得建模過程簡潔而高效，而且其具有非凡的建模能力，可以構(gòu)建蘑菇體、火山錐等復(fù)雜的地質(zhì)模型。在油氣及煤炭勘探、評價(jià)等方面得到廣泛的應(yīng)用。

目前，我國大多數(shù)礦井采用傳統(tǒng)二維圖件指導(dǎo)生產(chǎn)，難以準(zhǔn)確判斷復(fù)雜構(gòu)造區(qū)域的空間地質(zhì)形態(tài)，對采掘接續(xù)區(qū)域的構(gòu)造不能做出準(zhǔn)確的預(yù)測。三模地質(zhì)模型能夠?qū)⒌V井內(nèi)煤層、褶皺、斷層、巷道展布等信息以三維立體的形態(tài)真實(shí)的表現(xiàn)出來，更有利于煤礦的安全高效生產(chǎn)。為此，以東周窯井田為研究對象，結(jié)合該礦相關(guān)地質(zhì)探測數(shù)據(jù)，利用DepthInsight 軟件進(jìn)行高精度的三維地質(zhì)建模，為三維地質(zhì)模型指導(dǎo)生產(chǎn)提供一定的參考。

1 DepthInsight 建模原理

1.1 建模原理

三維地質(zhì)建模的重點(diǎn)是斷層及地層的構(gòu)建，在構(gòu)建斷層和地層面的時(shí)候采用三角網(wǎng)格剖分算法進(jìn)行建模。三角網(wǎng)格可以精確地展示出模型的邊界狀態(tài)，使其在邊界處沒有鋸齒狀現(xiàn)象的發(fā)生。

為便于對空間數(shù)據(jù)進(jìn)行劃分，引入斷層空間關(guān)系二叉樹的概念。它是1 種斷層對空間的劃分方法，既反映了斷裂處的空間位置關(guān)系，又反映了斷裂處的順序時(shí)代關(guān)系[20]。斷層關(guān)系的二叉樹拓?fù)浔磉_(dá)如圖1。

圖1 斷層關(guān)系的二叉樹拓?fù)浔磉_(dá)Fig.1 Fault network and its topological representation as a binary tree

圖1（a）為一斷層TIN 曲面模型；圖1（b）為斷層拓?fù)潢P(guān)系示意圖，每條斷層將空間分為2 個(gè)區(qū)域；圖1（c）為斷層關(guān)系二叉樹。斷層F1為主斷層（二叉樹父節(jié)點(diǎn)）；F2、F3為輔斷層（二叉樹子節(jié)點(diǎn)）。根據(jù)建立好的二叉樹關(guān)系，將地層離散點(diǎn)分配到二叉樹的葉子節(jié)點(diǎn)（圖1（c）中Bi節(jié)點(diǎn)）上。

采用基于地層恢復(fù)的斷層構(gòu)模技術(shù)—構(gòu)造恢復(fù)法建模。將地層恢復(fù)到未發(fā)生斷層時(shí)的狀態(tài)，將原斷層兩側(cè)的地層層面看作1 個(gè)連續(xù)的整體進(jìn)行統(tǒng)一處理，進(jìn)行插值擬合。根據(jù)斷層的斷距對兩側(cè)地層層面的邊緣線進(jìn)行調(diào)整，最終將地層復(fù)原至有斷層時(shí)的狀態(tài)[21]。構(gòu)造恢復(fù)法建模原理圖如圖2。

構(gòu)造恢復(fù)法建模的主要步驟包括：解釋的斷層和地層數(shù)據(jù)通過斷層二叉樹建立關(guān)系，經(jīng)網(wǎng)格化生成斷面[21-22]，根據(jù)二叉樹劃分地層離散點(diǎn)，根據(jù)地層離散點(diǎn)建立形變場，建立連續(xù)的地層曲面；根據(jù)形變場，斷層將連續(xù)的地層面切割為實(shí)際地層面。建立斷層關(guān)系二叉樹后，利用Delaunay 三角網(wǎng)格剖分算法和最小曲率插值法生成斷層模型（圖2（a））；在地層離散點(diǎn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上構(gòu)建地層界面模型（圖2（b））；在斷層模型的限制下，根據(jù)約束三角形算法結(jié)合最小曲率插值法利用構(gòu)造恢復(fù)法生成地層界面，檢驗(yàn)斷層、地層模型，經(jīng)過優(yōu)化生成斷裂后的地層模型（圖2（d）），生成地層的頂?shù)捉缑婺Ｐ停▓D2（e））；在頂?shù)捉缑嬉约皵鄬幽Ｐ偷募s束下生成三維構(gòu)造體模型（圖2（f））。

圖2 構(gòu)造恢復(fù)法建模原理圖Fig.2 Schematic diagrams of structural recovery method

2 三維地質(zhì)建?；玖鞒碳瓣P(guān)鍵技術(shù)

2.1 建模流程

建模前需要將二維圖件中的鉆孔柱狀圖整理為鉆孔孔位表（記錄鉆孔空間位置）、鉆孔分層表（記錄鉆孔不同深度處的層位信息）、鉆孔屬性數(shù)據(jù)表（記錄各個(gè)分層內(nèi)的屬性（巖性、孔隙度等））實(shí)現(xiàn)軟件對鉆孔資料的提取。鉆孔孔位（示例）見表1；鉆孔分層（示例）見表2；鉆孔屬性表（示例）見表3。

表1 鉆孔孔位（示例）Table 1 Drill hole position

表2 鉆孔分層（示例）Table 2 Drill hole layerings

表3 鉆孔屬性表（示例）Table 3 Drillhole lithology

利用ArcGIS 軟件將實(shí)測剖面以及平面地質(zhì)圖處理為.shp 文件，將處理后的.shp 文件導(dǎo)入DepthInsight 建模軟件，提取斷層、地層以及侵入體信息，存入礦方獨(dú)立坐標(biāo)系下的地質(zhì)信息數(shù)據(jù)庫，為后期三維地質(zhì)建模提供數(shù)據(jù)支撐。

在地質(zhì)信息數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，利用計(jì)算機(jī)算法進(jìn)行斷層模型構(gòu)建。在斷層模型的約束下構(gòu)建地層分界面，檢驗(yàn)地層形態(tài)，對不合理的部位進(jìn)行局部的拓?fù)渲亟?，然后在上、下分界面的約束下構(gòu)建各個(gè)地層體。在結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上，對結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行網(wǎng)格剖分，然后通過建立屬性數(shù)據(jù)與結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系，將屬性數(shù)據(jù)附加在結(jié)構(gòu)模型的網(wǎng)格上，屬性值覆蓋整個(gè)模型進(jìn)而反映屬性空間的變化特征；實(shí)現(xiàn)由點(diǎn)到線、由線到面、由面到體的空間立體綜合解釋?；诙嘣磾?shù)據(jù)三維地質(zhì)建模流程圖如圖3。

圖3 基于多源數(shù)據(jù)三維地質(zhì)建模流程圖Fig.3 Flow chart of 3D geological modeling based on multi-source data

2.2 關(guān)鍵技術(shù)

2.2.1 地層尖滅處理

當(dāng)?shù)貙映霈F(xiàn)尖滅情況時(shí)，地層尖滅處理如圖4。

圖4 地層尖滅處理Fig.4 Sketch of thinning out of strata

由圖4 分析可得地層尖滅處理如下：①提取二維圖件上尖滅線的信息，導(dǎo)入到地層集；②以邊界線為約束，手動解釋地層產(chǎn)狀數(shù)據(jù)，提取尖滅區(qū)域的數(shù)據(jù)點(diǎn)；③控制尖滅線以外的數(shù)據(jù)點(diǎn)在地層層面以下，定義地層的主輔關(guān)系，生成層面就可以使得地層在尖滅線處自動消失；④在上下地層界面的約束下生成形態(tài)正確的地層體。

2.2.2 小層建模

當(dāng)部分地層控制數(shù)據(jù)較多、較為精準(zhǔn)，其余地層控制數(shù)據(jù)較少時(shí)，個(gè)別地層建模精準(zhǔn)度較低，因此需要依靠數(shù)據(jù)精確的地層，采用“小層建?！钡姆椒?gòu)建地層模型，“小層”建模如圖5。

圖5 “小層”建模Fig.5 “Small layer”modeling

具體操作方法如下：

1）將控制數(shù)據(jù)較少層面的地層類型設(shè)置為“小層”，控制數(shù)據(jù)較為精確的層面為“大層”。

2）根據(jù)“小層”與“大層”（參考層面）距離的遠(yuǎn)近，將“小層”細(xì)分層方式設(shè)置為“與上部地層平行”或“與下部地層平行”，小層層面在大層構(gòu)造、斷層模型、自身數(shù)據(jù)點(diǎn)的約束下生成。

3）生成“小層”后對層面數(shù)據(jù)進(jìn)行等距重新采樣（數(shù)據(jù)點(diǎn)加密），利用重采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，重新生成符合實(shí)際的層面模型。

2.2.3 斷層接觸關(guān)系處理

在斷層建模的過程中最重要的就是處理主輔斷層之間的接觸關(guān)系：斷面削截、斷面延展。斷面交切處理如圖6。

圖6 斷面交切處理Fig.6 Sketch of section cut and extension treatment

根據(jù)圖6 分析得斷層接觸關(guān)系處理如下：

1）斷面削截。圖6（a）為斷層的接觸關(guān)系，斷層DF22切割前期形成的斷層DF13。建模時(shí)將DF13分為DF13-1、DF13-2分別建模，定義DF22為主斷層，DF13-1、DF13-2為輔斷層。DF22通過算法去截?cái)郉F13-1、DF13-2，得到斷層形態(tài)（圖6（b））；斷層面是由TIN 網(wǎng)格表示，先對相交兩斷層三角網(wǎng)格進(jìn)行求交處理[23]。找到交線，沿著交線對兩側(cè)的斷層網(wǎng)格進(jìn)行重新剖分，最后沿著交線對三角網(wǎng)格進(jìn)行拓?fù)浞蛛x，裁剪掉輔斷層穿過主斷層多余的部分，始終保持接觸關(guān)系的拓?fù)湟恢滦浴?/p>

2）斷面延展。圖6（c）為斷層的接觸關(guān)系，斷層DF7、DF9靠得很近但沒有連接或者沒有切透現(xiàn)象，為了使其滿足地質(zhì)界線一致性原理，需要對其進(jìn)行連接處理。首先通過手動調(diào)節(jié)DF9的邊界，使DF9沿其延伸方向與DF7完全相交，重新生成TIN 網(wǎng)格，再對其進(jìn)行削截處理，得到斷層形態(tài)（圖6（d））。

3 東周窯井田多尺度三維地質(zhì)建模

此次建模的原始資料均由東周窯煤礦提供，包括山4#、5#煤層采掘工程平面圖以及224 個(gè)鉆孔資料、實(shí)測剖面203 組以及10 km2的三維地震勘探資料；在建模前對上述資料利用ArcGIS、Excel 等軟件進(jìn)行數(shù)字化處理，經(jīng)重新解釋，存入在同一坐標(biāo)系下建立的地質(zhì)數(shù)據(jù)庫。

3.1 東周窯井田地質(zhì)概況

東周窯井田位于大同向斜西北翼，地層總體為一緩傾斜的單斜構(gòu)造。地層走向近SN，傾向E，傾角2°～10°。井田地層由新到老依次為新生界第四系，中生界白堊系、侏羅系，古生界二疊系、石炭系、奧陶系、寒武系，中下太古界集寧群。地表出露第四系、左云組和永定莊組地層。區(qū)內(nèi)含煤地層為上石炭統(tǒng)太原組和下二疊統(tǒng)山西組。太原組可采煤層為5#和8#煤層，山西組可采煤層為山4#煤層。

井田內(nèi)目前揭露落差大于3 m 的斷層150 條，其中落差大于20 m 的斷層48 條，落差10～20 m 的斷層61 條，落差3～10 m 斷層41 條，考慮建模的精度要求，落差小于3 m 的斷層未參與本次建模。

3.2 井田尺度三維地質(zhì)建模

1）建模步驟。首先進(jìn)行網(wǎng)格大小設(shè)置，在考慮東周窯井田模型精度及建模效率2 個(gè)因素的基礎(chǔ)上，設(shè)置斷層網(wǎng)格邊長為50 m，地層網(wǎng)格邊長為50 m；根據(jù)采掘工程平面圖上的斷煤交線，確定斷層走向，沿垂直斷層走向方向建立空白剖面，根據(jù)斷層傾角重新解釋斷層；構(gòu)建初始斷層模型、地層模型；對山4#、5#煤層進(jìn)行尖滅處理以及構(gòu)造檢驗(yàn)，進(jìn)行拓?fù)渲亟?；重新生成三維地質(zhì)體模型；利用截?cái)嗑W(wǎng)格剖分技術(shù)對地質(zhì)體模型進(jìn)行網(wǎng)格剖分；利用鉆孔數(shù)據(jù)采用指示克里金算法對煤層中的火成巖進(jìn)行插值建模。

2）鉆孔及DTM 模型。對224 個(gè)鉆孔進(jìn)行數(shù)字化處理，存入地質(zhì)信息數(shù)據(jù)庫。在鉆孔管理節(jié)點(diǎn)下導(dǎo)入構(gòu)造建模模塊，生成三維鉆孔模型；對井田地形圖進(jìn)行數(shù)字化處理，利用ArcGIS 軟件將其轉(zhuǎn)換為帶有x、y、z 坐標(biāo)的點(diǎn)數(shù)據(jù)共計(jì)15.2 萬個(gè)，生成文本文件，在構(gòu)造建模模塊生成“地表”層面，在此基礎(chǔ)上將地表影像附加在層面模型上，構(gòu)建數(shù)字地面模型（DTM），井田地表起伏較大，最大高程1 610 m，最小高程1 232 m，相對高差378 m，總體地勢為東南高，西北低。東周窯井田鉆孔及數(shù)字地面模型如圖7。

圖7 東周窯井田鉆孔及數(shù)字地面模型Fig.7 Drillhole and digital terrain model of Dongzhouyao Coal Mine

3）斷層模型。東周窯井田內(nèi)斷裂的組合方式復(fù)雜。采用三角網(wǎng)格剖分技術(shù)根據(jù)斷層解釋數(shù)據(jù)生成初始斷層面，結(jié)合軟件特有的斷面交切處理技術(shù)進(jìn)行斷層交切處理，構(gòu)建正確的斷層模型。井田斷層模型如圖8。

圖8 井田斷層模型Fig.8 Fault model of Dongzhouyao Coal Mine

4）地層模型。鉆孔數(shù)據(jù)作為地層的主要控制依據(jù)，結(jié)合底板等高線在斷層模型的約束下采用最小曲率插值方法精細(xì)的構(gòu)建了山4#、5#煤層的構(gòu)造模型。由于第四系、左云組、大同組、永定莊組、山西組、太原組、8#煤、本溪組等地層解釋數(shù)據(jù)較少，因此這些地層均采用小層建模的方法構(gòu)建。

5）構(gòu)造檢驗(yàn)。地層建模結(jié)束后，需要對解釋的成果數(shù)據(jù)、建模方法以及建模精度進(jìn)行檢驗(yàn)。利用軟件中三維可視化的功能，檢驗(yàn)?zāi)Ｐ蛢?nèi)部構(gòu)造形態(tài)是否合理，對出現(xiàn)的問題及時(shí)回歸到模型，修正問題數(shù)據(jù)或者解釋方案，以得到正確的構(gòu)造形態(tài)。斷層、地層異常處理如圖9。本次建模出現(xiàn)的問題是地層錯(cuò)斷不合理（圖9（a））和斷層斷距不合理（圖9（c））問題。出現(xiàn)地層斷裂不合理現(xiàn)象的原因是斷層邊界異常，DF16-5斷層邊界未延展出工區(qū)（圖9（a））。通過手動調(diào)整斷層邊界，在地層邊界處形成有效的斷距（圖9（b））；出現(xiàn)斷層斷距不合理現(xiàn)象的原因是因?yàn)榈貙友財(cái)鄬覦F16-9、DF16-10異常延伸（圖9（c）），通過刪除過界控制點(diǎn)即可解決（圖9（d））。

圖9 斷層、地層異常處理Fig.9 Fault and formation anomaly processing

6）東周窯井田屬性模型。對于在沒有實(shí)測和三維地震揭露，只有鉆孔揭露的區(qū)域，無法人為的對火成巖的輪廓進(jìn)行刻畫。根據(jù)鉆孔數(shù)據(jù)，采用屬性插值的方法靈活的加入約束條件（幾何約束與屬性約束）對火成巖侵入范圍進(jìn)行模擬，預(yù)測火成巖的侵入范圍。在井田結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上對地質(zhì)體模型進(jìn)行截?cái)嗑W(wǎng)格剖分，對井田鉆孔進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)發(fā)現(xiàn)火成巖主要侵入山4#、5#煤層，且最小厚度為0.5 m，因此山4#、5#煤層設(shè)置網(wǎng)格大小為50 m×50 m×0.5 m，其余層網(wǎng)格高度為對應(yīng)層厚，進(jìn)行網(wǎng)格剖分，共計(jì)剖分網(wǎng)格2 200 萬個(gè)。為預(yù)測火成巖的分布，依托各個(gè)地層將火成巖設(shè)置為地層屬性，根據(jù)鉆孔數(shù)據(jù)利用指示克里金算法對山4#、5#煤層進(jìn)行插值計(jì)算，構(gòu)建了山4#、5#煤中的火成巖模型。井田內(nèi)山西組山4#煤層中火成巖主要侵入井田北部，最大厚度超過21 m；在東部、西南存在少量侵入，太原組5#煤層中火成巖主要侵入井田中部及東北部，最大厚度超過31 m，厚度較大。井田地層三維模型如圖10；煤層屬性模型如圖11。

圖10 井田地層三維模型Fig.10 Three-dimensional model of mine field

圖11 煤層屬性模型Fig.11 Attribute models of coal seam

3.3 地震勘探區(qū)三維地質(zhì)建模

此區(qū)域尚未開采，勘探區(qū)面積為10 km2，共布置鉆孔23 個(gè)，且在2016 進(jìn)行了地震勘探。為揭示此區(qū)域煤層形態(tài)和構(gòu)造特征以及后期工作面的規(guī)劃及開采提供參考。

東周窯井田三維地質(zhì)模型中，圈定出地震勘探范圍，進(jìn)行精細(xì)的三維地質(zhì)建模及應(yīng)用研究。構(gòu)建此模型使用的煤層底板等高線與剖面均由地震解釋所得，包括山4#、5#、8#煤層底板等高線以及14 幅地震剖面，與構(gòu)建井田尺度模型的資料相比更為精細(xì)。

1）建模步驟。在綜合考慮地震勘探區(qū)建模精度以及效率后，設(shè)置斷層網(wǎng)格邊長為10 m，地層網(wǎng)格邊長為10 m；利用解釋剖面以及地震數(shù)據(jù)體對構(gòu)造進(jìn)行逐一解釋，構(gòu)建初始斷層模型、地層模型；對山4#煤層進(jìn)行尖滅處理以及構(gòu)造檢驗(yàn)，進(jìn)行拓?fù)渲亟ǎ扇S地質(zhì)體模型。

2）斷層模型。此次建模共構(gòu)建斷層62 條，斷層走向以北西向?yàn)橹?，北東向?yàn)檩o，而且北西走向斷層切割北東走向斷層。地震勘探區(qū)斷層模型如圖12。

圖12 地震勘探區(qū)斷層模型Fig.12 Fault model of seismic exploration area

3）地層模型。地震勘探區(qū)地層三維模型如圖13。此次建模構(gòu)建了山西組、山4#煤、太原組、5#煤、8#煤、本溪組6 個(gè)地層層面模型（圖13（a））。建模結(jié)合8#煤層、5#煤層、山4#煤層的底板等高線以及鉆孔資料采用最小曲率的插值方法，構(gòu)建了8#煤層、5#煤層、山4#煤層的精細(xì)構(gòu)造模型，其余層面均采用小層建模的方法構(gòu)建。

圖13 地震勘探區(qū)地層三維模型Fig.13 Three-dimensional model of strata in seismic exploration area

4）規(guī)劃工作面模擬。在三維地質(zhì)模型的基礎(chǔ)上模擬8409、8408、8407 等8 個(gè)規(guī)劃工作面，實(shí)現(xiàn)了地下構(gòu)造可視化，為后期煤礦生產(chǎn)提供地質(zhì)保障。規(guī)劃工作面如圖14。

圖14 規(guī)劃工作面Fig.14 Planned working faces

3.4 回采工作面三維地質(zhì)建模

以山4#煤層一采區(qū)8100 工作面為例，探索了基于詳實(shí)地質(zhì)勘探資料進(jìn)行高精度工作面三維地質(zhì)建模及動態(tài)更新的方法。構(gòu)建此模型的原始資料以實(shí)測剖面為主，包括在2100 巷、5100 巷以及切巷掘進(jìn)過程中繪制的剖面和在回采過程中繪制的200 幅實(shí)測剖面；與構(gòu)建井田和地震勘探區(qū)模型的資料相比更為密集、精確。此區(qū)域在前期的勘察中并未發(fā)現(xiàn)斷層和火成巖的侵入，但是在采掘的過程中，2100巷揭露13 條斷層，5100 巷揭露4 條斷層，切巷揭露2 條斷層，且局部有火成巖的侵入。

1）建模步驟。從實(shí)測剖面文件中提取各套地層和侵入體的輪廓線以及斷層軌跡，根據(jù)空間位置確定他們在空間上的對應(yīng)關(guān)系；將地層、斷層、侵入體分別進(jìn)行數(shù)字化處理，制作成不同的數(shù)字剖面置于同一文件夾下；將剖面導(dǎo)入軟件進(jìn)行對應(yīng)的解釋，將解釋數(shù)據(jù)提取到構(gòu)造建模模塊進(jìn)行斷層及地層建模；根據(jù)所有剖面揭露的火成巖信息，建立火成巖邊界線；設(shè)置火成巖體網(wǎng)格大小，經(jīng)試驗(yàn)最佳網(wǎng)格邊長為2 m，生成火成巖體包絡(luò)面；設(shè)置火成巖與地層、斷層的接觸關(guān)系，重新生成火成巖體包絡(luò)面；進(jìn)行構(gòu)造檢驗(yàn)，得到準(zhǔn)確的三維地質(zhì)模型。

2）初始8100 工作面煤層模型。根據(jù)BK35、B1516、J47 鉆孔和山4#煤層底板等高線資料構(gòu)建初始的煤層三維模型。8100 工作面初始模型如圖15。

圖15 8100 工作面初始模型Fig.15 Initial model of 8100 working face

3）模型動態(tài)更新。根據(jù)2100 巷、5100 巷以及切巷在掘進(jìn)過程中揭露的實(shí)測信息，對8100 工作面模型進(jìn)行局部更新。然后根據(jù)200 幅實(shí)測剖面對8100工作面模型進(jìn)行動態(tài)更新。8100 工作面更新如圖16。

圖16 8100 工作面更新以及柵格剖面展示Fig.16 Update and grid section display of 8100 working face

4）8100 工作面巷道模型。根據(jù)工作面的實(shí)測剖面測點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行巷道建模?；静襟E為：統(tǒng)計(jì)各個(gè)巷道測點(diǎn)數(shù)據(jù)，錄入表格；將表格數(shù)據(jù)保存為.prn 格式，將文件導(dǎo)入建模軟件，生成初始的巷道模型，對其進(jìn)行檢驗(yàn)，對巷道進(jìn)行屬性設(shè)置。東周窯井田8100 工作面巷道模型如圖17。

圖17 東周窯井田8100 工作面巷道模型Fig.17 Tunnel model of 8100 working face in Dongzhouyao Mine Field

4 結(jié) 語

以東周窯井田為研究對象，在東周窯煤礦提供的二維地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，對其進(jìn)行數(shù)字化處理，建立地質(zhì)信息數(shù)據(jù)庫，采用DepthInsight 三維建模軟件，構(gòu)建了不同尺度的三維地質(zhì)模型。

1）山4#、5#煤層的屬性模型預(yù)測了火成巖的侵入范圍，山4#煤北部和5#煤中部、東北部火成巖侵入較為嚴(yán)重，在設(shè)計(jì)開采工作面的時(shí)候應(yīng)該避開這些區(qū)域。

2）在地震勘探區(qū)模型的基礎(chǔ)上，模擬了8402、8403 等8 個(gè)規(guī)劃工作面模型，清晰地展示了工作面內(nèi)構(gòu)造情況，為后期此區(qū)域開采提供地質(zhì)保障。

3）在初始工作面模型的基礎(chǔ)上可以融入巷道掘進(jìn)和回采過程中揭露的地質(zhì)信息，構(gòu)建出山4#煤層中火成巖體的三維模型，實(shí)現(xiàn)了地質(zhì)模型的動態(tài)更新，為工作面的開采提供了地質(zhì)保障。