建立礦山三維模型中3Dmine礦業軟件的應用

孫 璐，戴曉江

（昆明理工大學，云南 昆明 650093）

建立礦山三維模型中3Dmine礦業軟件的應用

孫 璐，戴曉江

（昆明理工大學，云南 昆明 650093）

本文通過3Dmine礦業軟件在某礦建模過程中的應用，總結了在建立三維模型過程中遇到的問題及解決方案。

建模；三維；3Dmine

20世紀80年代，一些礦山企業與科研院所、大專院校開始合作探索計算機技術在礦山設計和生產中的應用，并開發了一些應用系統軟件，推動了我國礦山信息化建設。

經過實踐表明，只有通過真三維平臺對鉆孔、物探、測量、設計等數據進行過濾和集成，建立三維礦床數字模型，并實現動態數據維護，才能對三維地層環境、礦山實體、采礦活動、采礦影響等進行真實的、實時的真3D的可視化再現、模擬與分析。

本文以3Dmine礦業軟件在某礦建模過程的應用為例，總結了一些在建立三維模型過程中遇到的問題及解決方案。

1 礦山情況簡介

該礦屬海相沉積層狀磷塊巖礦床，走向近東西，礦層出露部分傾角較陡。傾向340°左右，傾角25～55°，深部30°左右，礦層在深部逐漸變緩。礦區內礦層沿傾向厚度變化規律為：上、下礦層中Ⅰ、Ⅱ品級厚度大，由淺部向中、深部Ⅰ、Ⅱ品級相應變薄，跳動較大。

根據礦區內礦層結構及夾層特征，礦體主要分為上、下礦層。不同的礦石自然類型，在空間分布上有一定的規律，即出現在一定的層位，但又無法分出具體的小層界線，并在全區進行對比。Ⅰ、Ⅱ品級礦石主要分布在上、下礦層的中部，Ⅲ品級出現在整個礦層的上、下部及夾層附近，形成上、下礦層均為上下貧，中間富的空間結構。

2 礦山建模過程中3Dmine的應用

2.1 地質數據庫的建立

地質數據庫是一種有效的管理數據的工具，可以方便的對數據進行檢索和管理。利用3Dmine創建數據庫，將地質數據導入到數據庫中，通過3Dmine軟件將數字形式的勘探資料用三維圖形的形態來管理和利用。

利用3Dmine創建地質數據庫首先需要根據地質資料分別建立定位表、測斜表、巖性表和化驗分析表。其中，鉆孔定位表和測斜表決定了鉆孔在三維空間的軌跡，屬于強制性表，巖性表和化驗表屬于非必須表，描述巖性和品位。

在某礦的建模過程中，根據原礦山地質資料共選取16個鉆孔的完整數據建立了地質數據庫，在實體模型建立中用數學方法對品位估值起到關鍵的作用。

2.2 圖形的導入及表面模型的建立

3Dmine提供了AutoCAD、MAPGIS等多種軟件的接口，可以很方便的將礦山的各種原有的平面圖件導入3Dmine內進行編輯處理。圖形導入可以直接將二維圖形轉換成初始三維表面模型。但由于原圖和轉換過程中的誤差或者錯誤，會導致初始的三維模型變形失真，主要表現為高程的不準確和缺失。這種情況在建立表面模型的過程中尤為明顯。

在本模型建立的過程中，將原礦山使用AutoCAD繪制的地表地形圖導入3Dmine時，由于原圖上線條高程的不準確，導致地表模型出現了偏差，而對于后期建模影響較大的是境界內點線的高程錯誤而導致的境界的扭曲。

對于這個問題，首先通過3Dmine的查詢功能進行表面模型上關鍵位置的點、線、面的坐標確認，再通過與原圖的對比以及對礦山資料的查閱確定數據后修改，形成了準確性較高的初始地表模型。在對地表圖建立表面模型的過程中，根據礦山平面圖的數據，對地表模型尤其是開采境界內的點和線采用了手動賦高程的方法進行修改和校正，最終形成了一個較為準確的礦山三維地表模型。實踐證明，使用這種方法修改可靠性較高，呈現出礦山的地表形態與實際開采的情況符合。圖1為該礦的地表模型線圖。

2.3 礦體實體模型的建立

創建實體模型是創建三維礦體的重要環節。實體模型是由一系列在線上的點連成內外不透氣的三角網，由構成這些三角網的三角面包裹成內外不透氣的實體，主要用來描述礦體、巷道、采場、采掘帶等。在本模型的建立中，就是用實體模型來描述礦體。

在實際的建模過程中，由于礦體賦存條件的不同，礦山的平面圖件的局限性，應根據礦山具體情況將礦體模型合理化。

在該礦山實體模型的建立過程中，最初在圈定礦體時，采用該礦原始的礦體剖面圖，根據原圖品位分布情況將Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ品級的礦體以及巖石分別進行圈定。但由于礦層本身就很薄，按品級分別圈定出的礦體就更薄。形成實體之后導致有些地方出現了一定的交疊現象。這將影響之后對礦石儲量的準確計算。因此在仔細分析了該礦的礦體賦存條件和礦山的資料之后，根據礦體分為上、下層的特點，對礦體進行了合并圈定，即只分為上、下礦層建立礦體的實體模型。而對于礦體的品級則根據3Dmine提供的估值方法進行自動分布。圖2為該礦礦體的實體模型。

實體模型建立好之后，在創建塊體模型與原礦資料進行對比驗證模型可靠性時又出現了新的問題。根據該模型得到的各個品級的儲量報告和礦山原有資料出現了一定的誤差。問題的原因是在建模的過程中，圈定礦體時只截止到兩端的勘探線，而礦體的實際賦存情況大多不會是在勘探線處戛然而止，而是有所延伸。因此，根據經驗以及開采中的實際情況，使用3Dmine“擴展外推線”的功能將兩端的勘探線根據經驗按一定的比例向外做了延伸，再重新建立了實體模型。經驗證，在之后的儲量報告的對比中誤差迅速減小。

除上述方法外，在實體模型的創建過程中，還可以通過分區連接、添加控制線等方法進行控制和優化，建立更符合礦體的實際賦存情況的三維實體模型。

2.4 礦體塊體模型的建立

在實體模型建立的基礎上創建塊體模型。塊體模型即品位模型，根據地質數據庫的內容對實體模型進行分割和賦值。即把塊體劃分成許多小塊，通過給每個小塊賦屬性值，例如賦給塊體品位、礦石類型、密度等屬性，綜合起來就可以得到整個模型的屬性。在此基礎上，可以進行采掘帶的設計以及短期計劃的編制等工作。另外，可以根據不同的需要對塊體進行著色，以便更清楚的觀察礦體。

由于在建立實體模型時進行了礦體的合并，對于礦體的品位則根據3Dmine提供的塊體模型的估值法進行自動的品位分布。與地質統計學相結合，應用數學方法對品位分布進行估值，是塊體模型的重要特點之一。在本模型的建立中，就是采用已經建立好的地質數據庫與數學方法結合進行估值。通過估值，將礦體按品位的不同分為高、中、低品位區段，根據顏色可對礦體的賦存情況一目了然。

3Dmine提供了5種估值方法，選取克里格估值法和距離冪次反比法分別進行估值，經過對比，最終確定本模型使用距離冪次反比法估值更為準確。對比結果見下頁表。

圖3為估值之后按品級對礦體進行著色的塊體模型圖。

克里格估值法和距離冪次反比法結果對比

另外，還可以視需要根據礦體的其他屬性進行著色，還可以對塊體模型進行二維投影，導入AutoCAD中，生成二維圖。

2.5 三維模型的完成和完善

地表模型、實體模型以及塊體模型的建立，即基本完成礦山的三維模型。通過三維模型可以直觀清楚地觀察礦山、礦體的情況，為下一步工作的開展奠定了基礎。圖4為該礦的三維模型(側面)。

3Dmine提供了各種形式的報告，例如塊體報告、當前區域報告等，還可以按實體分類以及線面界線分別生成報告，以便于在直觀地觀察模型的同時全方位了解礦體的情況，對下一步開采工作進行安排。

3 結語

3Dmine礦業工程軟件提供了以地質、測量和采礦為基礎的軟件平臺，在實際的使用過程中將三者結合創建出三維的、動態的礦體模型。本文中對某礦山表面模型、實體模型、塊體模型的創建，建立的三維模型能直觀生動的表現礦體的特征，利于礦山的計劃和開采工作。

3Dmine礦業軟件雖然提供了很好的工具和平臺，但是在實際建立模型過程中發揮建模人員的主觀能動性非常重要，根據實際情況和經驗進行人工的改良來讓軟件發揮更好的作用。

Establishing 3D Model of a Mine by 3Dmine Mining Software

SUN Lu, DAI Xiao-jiang
(Kunming University of Science & Technology, Kunming 650093, China)

3D modeling function of 3Dmine mining software provides a new platform interface to mining software. This article applies 3Dmine mining software in modeling of a Mine. Then it puts forward problems and proposes solutions in establishing 3D model.

modeling; 3D; 3Dmine

TP391;TD87

B

1007-9386(2011)01-0060-03

2010-12-16