礦井導水構造三維精細模型構建與轉換技術

樊 娟，侯恩科，靳德武，喬 偉，南生輝

礦井導水構造三維精細模型構建與轉換技術

樊 娟1,2,3，侯恩科1，靳德武2,3，喬 偉2,3，南生輝2,3

1. 西安科技大學 地質與環境學院，陜西 西安 710054；2. 中煤科工集團西安研究院有限公司，陜西 西安 710077；3. 陜西省煤礦水害防治技術重點實驗室，陜西 西安 710077)

為了解決礦井導水構造精細刻畫與三維地質模型靈活繼承中存在的陷落柱內部巖石結構刻畫不精細、多源數據融合不準確等技術問題，開展了礦井導水構造多源數據融合實體模型構建方法、精細模型構建過程與模型轉換系統開發等方面的研究。基于數據融合分布式結構理論，采用地質數據耦合、實體模型耦合和構建模式耦合3個層次的耦合策略，建立一套水文地質勘探多源數據融合為三維地質實體模型的構建方法，通過多源異構地質數據標準化預處理、跟蹤與分類、數據配準、關聯與融合等4個關鍵步驟，構建礦井導水構造多源數據融合實體模型。在地質統計學研究的基礎上，以陷落柱為例，提出“礦井精細導水構造模型”與“廣域概略模型”的基本概念，同時構建了陷落柱廣域概念模型與精細模型。根據SURPAC和FLAC3D2種三維模型的屬性與數據結構特點，提出了礦井導水構造SURPAC和FLAC3D模型轉換方法，利用JAVA語言和TCL語言研發了SURPAC-FLAC3D模型轉換系統，該系統同時支持本地、網絡操作與多用戶多臺機器的遠程控制，最終實現了導水構造實體耦合模型轉換為FLAC3D計算模型的目標，為礦山地質條件精細勘查與融合構建、礦山水害精準預測與防治提供技術支撐。

多源數據融合；導水構造刻畫；精細模型構建方法；模型轉換技術

隨著煤礦開采深度的不斷增加，其水文地質條件也趨于復雜，致使生產過程中水害事故時有發生[1-2]。其中較為關鍵的原因之一，是水文地質工作者對于目標礦井的導水構造缺乏清晰具體的認識。

目前常用鉆探、瞬變電磁法、三維地震法等水文地質勘探技術獲取導水構造的二維地質信息，但是由于導水構造空間分布的復雜性、模糊性與不確定性[3]的影響，構建形象、科學的礦井三維導水構造精細模型，使其不但將地質鉆探數據、地球物理數據等多源多尺度數據融合進來，還可以揭示地質體內部結構、空間復雜的變化規律以及屬性參數的分布特征，是值得深入研究的科學問題[4-7]。

業內學者針對性的開展了研究，礦井導水構造三維精細模型構建與轉換技術主要源自于構建“智慧礦山”的需求，早在20世紀90年代，由芬蘭礦業專家提出“智能礦山”基本概念，并根據實際礦山開采的需求創建綜合自動化項目[8-9]。國內煤礦山的發展同樣深受國際礦山智能信息化的影響，科研人員及專家學者已陸續推進礦山數字化、智能化、信息化的發展，在2002年，侯恩科等[10-11]提出利用三維地學模擬與數值模擬耦合來簡化復雜數值模擬前處理的思路，開發的耦合系統不僅使數值模擬的前處理得到簡化，而且拓寬了三維地學模擬的應用領域；陳建平等[12]提出了一種“基于三維可視化技術的隱伏礦體預測”理論，把三維可視化技術與基于基礎地質、物探、化探、遙感的傳統綜合信息成礦預測結合起來，成功應用于云南個舊錫礦資源隱伏礦體預測；武強等[13]實現了一種多源數據集成應用的三維地質建模方法，并在此基礎上研發了Geo-系統；羅周全等[14]研究了基于surpac復雜地質體的FLAC3D模型生成技術；胡斌等[15]采用FORTRAN語言編寫了FLAC3D的前處理程序，對于地表形態復雜、巖層和地質結構較單一的地質體實現了快速、便捷的建模。

以上研究主要以廣域概略單數據來源模型構建與“模型—模型”單數據轉換應用為主，針對數值模擬所需的高精度導水構造精細化模型構建技術涉及較少。為解決多源環境下礦井導水構造精細刻畫與三維地質模型靈活繼承中存在的諸多問題，筆者基于SURPAC平臺開展礦井導水構造多源數據融合實體模型構建方法、精細模型構建方法與模型轉換平臺開發等方面的研究，為增強礦井導水構造的精細化表達水平，提高礦床水害防治能力提供技術保障。

1 礦井導水構造多源數據融合實體模型構建方法

多源數據融合并非簡單地將地質信息數字與集成化，而是將同一研究區來源不同、格式不一、多元多尺度的空間數據整合起來，綜合分析數據信息與研究目標的關系，消除研究對象在不同模型間的描述差異、在不同分類標準中的屬性差異及在不同采集目的中的特征差異[16]。

礦井導水構造三維模型的數據源普遍具有基礎信息多源性、空間幾何多邊性和面向應用多樣性等特征[17]。依據數據模型差異和應用目的的不同，礦井導水構造多源數據模型耦合構建技術，采用多源數據融合、實體模型耦合和構建模式耦合3個層次的耦合策略，將多源異構地質數據進行有效融合集成為礦井導水構造多源數據融合實體模型(圖1)。

為提高多源數據融合的準確率，綜合現有三維建模理論研究和應用開發的實際情況，在充分考慮數據來源的多源性、復雜性等特點前提下，筆者根據Heristrand提出的數據融合分布式結構理論模型[16]，探索出將水文地質勘探多源數據融合為三維地質實體模型的構建方法。所提出的構建方法如圖2所示，分為以下4個步驟：

①多源異構地質數據標準化預處理。將地質測繪、鉆探工程、三維地震、電法勘探等多源多尺度的原始數據進行同一性識別，按照統一的格式標準處理，非三維數據增加高程值，上升為三維數據，同時開展數據篩查，剔除噪聲和不可信數據，為下一步跟蹤與分類奠定基礎。

②跟蹤與分類。基于三維地質體的空間分布特征，將數據按功能進行劃分，概括為地質模型數據與屬性模型數據。其中，地質模型數據[18]，如空間坐標，順次進入數據配準環節；屬性模型數據，如巖石類型、巖石性質等則按邏輯關系，進入關聯與融合環節，進一步刻畫形成包含空間拓撲關系的耦合實體模型。

圖1 礦井導水構造多源數據融合實體模型耦合策略

圖2 礦井導水構造多源數據融合實體模型構建流程

③數據配準。地質模型的數據雖來源于同一構建目標，卻是在各自的參考框架內探查獲取到的，在數據配準環節，將所有數據統一到地理坐標系，消除異構數據在測量維度上的不匹配，在最大程度上降低數據不一致性。

④關聯與融合。針對三維地質實體對象的空間幾何形態和實體對象間的關系，形成有限個目標元素的源模型。在同一參考系下，將源模型進行空間耦合，按照模型與屬性間的匹配關系，加載對應屬性，得到含有全部地質特征的耦合實體模型。

為后續應用，耦合實體模型通過人機接口(轉換平臺)轉換為計算模型，將屬性特征與三維空間幾何元素，導入數值模擬FLAC3D軟件中，并同時劃分有限元網格，實現導水構造數值模擬建模和計算分析應用。

2 礦井導水構造精細模型構建方法

水害防治工作經常遇到的導水構造有含導水斷層、巖溶陷落柱、破碎巖體含水帶等。陷落柱由于其復雜的地質構造特征，是三維建模領域長期以來的一大難題。目前，國內外學者通過地震勘探正演模擬對陷落柱進行大量探討，但較少對陷落柱內部巖層結構進行精細刻畫。為進一步研究陷落柱精細模型，筆者從建模精度概念對陷落柱精細導水構造模型進行分類。

由于建模數據來源相對較廣泛，耦合實體模型模擬的區域一般為礦區(100 km)級別的地質范圍，所對應解決的地質問題相對籠統[19]，即在給定的邊界內構建基本導水構造模型，筆者將其稱為之“廣域概略模型”，如圖3—圖5所示。

圖3 塔山煤礦礦區廣域概略地層模型

1—地形及地層模型；2—陷落柱模型

1—地形及地層模型；2—陷落柱模型

礦井精細導水構造模型，借助于“廣域概略模型”，在空間尺度上對構建目標進行詳盡的表達，比一般耦合實體模型更逼近于真實地質構造，模擬區域一般為工作面(km)級別，所對應解決的地質問題是對于煤礦具體工作面水害防治工程的預測與優化(圖6)。

在陷落柱精細模型中，筆者著重刻畫陷落柱外部空間形態與陷落柱內部空間結構，借助SURPAC提供的實體模型工具，在廣域概略模型基礎上，對真實陷落的煤層和破碎垮落帶范圍進行計算，剪切不符合實際的煤層平面，重新構建陷落側面模型和垮落帶平面模型，組合形成陷落柱內部整體陷落但仍連續的厚煤層模型，以及已破碎垮落到奧陶系灰巖上頂界面部分完整的薄煤層模型。

然后利用SURPAC塊體模型工具，將陷落柱的屬性數據按照地層邏輯關系與地質模型耦合，得到包含空間拓撲關系的陷落柱精細耦合實體模型(圖7)，為后續實現導水構造數值模擬建模和計算分析應用打下良好基礎。

1—地形及地層模型；2—陷落柱精細模型；3—厚煤層；4—薄煤層

圖7 塔山煤礦陷落柱精細模型

2018年5月國家煤礦安全監察局印發《煤礦防治水細則》[1]，細則第四十一條明確要求工作面回采前應當查清采煤工作面及周邊老空水、含水層富水性和斷層、陷落柱含(導)水性等情況，意味著防治水工作由過程治理為主向源頭預防為主轉變，因此，導水構造精細空間屬性模型，是進一步揭示導水構造發育特征與富水性的橋梁，也是多平臺復雜地質模型耦合的最終成果。

3 SURPAC-FLAC3D模型轉換平臺開發

3.1 SURPAC和FLAC3D模型轉換原理

礦井導水構造三維精細模型的優勢在于能完整地描述導水構造空間結構、幾何形態與空間邊界。若通過轉換平臺可讓具備強大力學計算功能的FLAC3D直接繼承三維精細模型的數據，對分析存在導水構造時采礦過程中的力學仿真提供前提必要條件。

筆者在三維精細耦合實體模型基礎上利用SURPAC軟件進一步構建塊體模型，研究SURPAC塊體模型單元與FLAC3D中網格單元的相互對應關系與數據結構的差別，為研發SURPAC-FLAC3D轉換數據平臺提供理論基礎。

FLAC3D網格單元存儲的是單元8個節點(0—7)的三維坐標和單元分組(圖8a)，SURPAC塊體模型構成單元為八節點六面體(圖8b)，存儲的是矩形體質心的地理坐標P(0,0,0)及各邊邊長1,2,3和單元屬性[20]。FLAC3D網格單元節點坐標與SURPAC單元質心坐標的對應關系為：

同理，可得到3—7各點的空間節點坐標，由此可進行SURPAC和FLAC3D的數據轉換。

圖8 FLAC3D與SURPAC幾何數據特征

由于FLAC3D的體元模型采用三維柵格結構(圖9a)，將研究對象按一定規則劃分成一系列大小相等的體元，每個體元所含的屬性元素、含量等可以不同。SURPAC的體元模型采用八叉樹結構(圖9b)，將研究對象按照屬性類型劃分為8個體元，若屬性一致，立方體停止分解，若屬性不均一，遞歸判斷后繼續分解為8個體元，直至體元屬性達到均質或達到預先設定的最小尺寸為止[21]。

圖9 FLAC3D與SURPAC數據結構特征

八叉樹數據結構的優勢在于可滿足復雜精細塊體模型的外部形態構建要求，且數據存儲空間較小，但失去三維柵格模型的規則性，數據查詢效率較低。為克服八叉樹數據結構對轉換數據帶來的不利影響，筆者在研發SURPAC和FLAC3D轉換平臺時對網格劃分參數進行統一修正，將在塊體模型存貯的屬性數據，如三維方向的尺寸、方向和傾角及礦巖的類型和物理力學參數等，通過對應關系式轉換為FLAC3D所能夠識別的3—7端點的幾何數據，從而實現將SURPAC中所有單元的信息轉換為FLAC3D單元信息。具體流程(圖10)總結如下。

圖10 SURPAC與FLAC3D轉換平臺工作流程圖

將SURPAC單元質心的坐標、屬性等數據信息導出為塊體質心的.csv或.txt格式文件，按照對應關系，通過轉換平臺轉換為FLAC3D能夠識別的幾何數據，利用FLAC3D中“CALL”命令建立模型的幾何與應力邊界條件、物理力學參數、物理特征關系與外荷載。模型建立后，在后續計算中通過“restoret”命令進行調用，開展數值計算，根據SURPAC建模中的單元信息，利用FLAC3D中的命令流構建Brick單元模型，并將網格在//三個方向均劃分為1，從而實現三維精細模型的靈活繼承。

3.2 SURPAC-FLAC3D模型轉換平臺開發

3.2.1 系統開發語言

在模型轉換原理的基礎上，基于Surpac軟件平臺，采用JAVA語言和TCL語言開發了SURPAC-FLAC3D模型轉換平臺，實現將SURPAC中建立的導水構造模型轉換為FLAC3D計算模型，為融合含有導水構造的采煤工作面水文地質數值模擬計算提供平臺支撐[22-23]。

3.2.2 系統架構與設計

系統采用完全分布式架構，數據轉換任務由多個服務器形成的分布式集群共同協作完成，將Manager、Worker、協同模塊、日志數據庫等模塊可分別部署在多臺服務器上，實現強大的計算能力，在并行計算、數據吞吐量、轉換效率、系統穩定性等方面提高性能，并可通過增加服務器節點水平擴展，支持百萬級甚至千萬級大型地質建模數據轉換的需求。

用戶可通過瀏覽器訪問Manager節點地址，提交要轉換的SURPAC數據文件，進行數據轉換，本系統支持IE/Edge/FireFox/Chrome等主流瀏覽器。用戶登陸系統界面(圖11)，在首頁輸入正確的用戶名、密碼、驗證碼后即可進入轉換系統。

圖11 SURPAC-FLAC3D模型轉換系統

3.2.3 系統應用情況

在SURPAC-FLAC3D模型轉換系統中，提交SURPAC數據模型文件(表1)并執行轉換操作，系統能快速完成SURPAC模型數據到FLAC3D數據的轉換。系統完成數據轉換后，輸出的FLAC3D數據文件，見表2。

表1 SURPAC數據模型文件數據樣例

4 應用實例

通過現場收集山西塔山煤礦水文地質勘探多源多尺度數據，構建多源數據融合實體耦合模型，如圖12所示。

為其中的陷落柱精細實體模型(圖13a)加載對應的地質屬性數據，劃分單位大小，合并同類型單元格，并對重要網格進行加密，得到陷落柱塊體模型(圖13b)。

表2 FLAC3D數據文件

1—地形；2—陷落柱模型； 3—斷層；4—電法勘探富水區；5—巷道

利用SURPAC-FLAC3D模型轉換系統對塊體模型數據文件進行轉換，生成可供FLAC3D讀取的命令行批處理文件，輸入FLAC3D軟件得到包含5 976個單元的計算模型，如圖14所示。

通過對比轉換前后的模型，可以看到導入FLAC3D后的計算模型與SURPAC中的屬性塊體模型外部形狀完全一致，證實轉換系統已具備良好的適用性。

5 討論與展望

礦井導水構造三維精細模型構建與轉換技術伴隨著大數據、云計算和人工智能等新興科學技術革命的發展應運而生，可以廣泛應用于以下3個方面：

a.地質保障領域 煤炭資源賦存地質條件精細勘查與三維建模是采前煤炭綠色開采地質保障的核心內容[24]，礦井導水構造三維精細模型構建與轉換技術不但可以從三維空間里對導水構造空間特征進行精細刻畫與描述，還可以揭示其與含煤地層、煤層之間的空間關系，耦合實體模型轉換為塊體屬性計算模型為研究煤炭開采過程中的地質條件與應力場的變化奠定基礎。

圖14 陷落柱FLAC3D計算模型

b.智慧煤礦多源數據融合方向 采掘過程中獲得的多源實時數據信息融合管理是實現精準地質信息系統的基礎，也是智慧煤礦的核心技術攻關[25]，以數據融合分布式結構理論模型為根基的礦井導水構造多源數據融合實體模型構建方法在多源異構數據預處理、異構數據統一計算、數據接入與整合貫通等方面為實現“智慧礦山–透明礦井–透明工作面”提供技術支撐。

c.災害治理方面 礦井導水構造三維精細模型構建與轉換技術已在冀中能源白澗鐵礦、同煤塔山煤礦等煤礦山陸續得到實際應用。系統構建了金屬礦山勘探工程三維設計模型(圖15)和導水構造注漿封堵工程三維設計模型，將鉆探、物探、化探等多源、多尺度地質、水文地質勘探數據全面融合進設計模型中。作為實際工程中三維輔助動態設計工具，避免錯誤信息的干擾，提高了設計施工質量，同時節約了勘探成本、縮短了施工周期。

6 結論

a. 基于數據融合分布式結構理論，探索出將地質、水文地質多源勘探數據融合為三維地質實體模型的構建方法，通過多源異構地質數據標準化預處理、跟蹤與分類、數據配準、關聯與融合等4個關鍵步驟，構建得到礦井導水構造多源數據融合實體模型。

b. 在地質統計學研究的基礎上，重新定義“廣域概略模型”與“礦井精細導水構造模型”的基本概念，利用塔山煤礦陷落柱“廣域概略模型”實例，實現陷落柱內部復雜的巖層結構的精細刻畫，得到包含空間拓撲關系的陷落柱精細耦合實體模型，為后續實現導水構造數值模擬建模和計算分析應用打下良好基礎。

c. 根據SURPAC和FLAC3D2種模型的屬性和數據結構特點，提出了礦井導水構造SURPAC和FLAC3D模型轉換方法，利用JAVA語言和TCL語言開發了SURPAC-FLAC3D模型轉換系統，實現了導水構造實體耦合模型轉換為FLAC3D計算模型的目標，為礦山地質條件精細勘查與融合構建、礦山水害精準預測與防治提供技術支撐。

[1] 武強. 煤礦防治水細則解讀[M]. 北京：煤炭工業出版社，2018：1–4；73–74. WU Qiang. Interpretation of detailed rules for prevention and control of water in coal mines[M]. Beijing：Coal Industry Press，2018：1–4，73–74.

[2] 張勝強. 我國煤礦事故致因理論及預防對策研究[D]. 杭州：浙江大學，2004：6–7.ZHANG Shengqiang. The study on our country’s coal mine accident-causing theory and prevention countermeasures[D]. Hangzhou：Zhejiang University，2004：6–7.

[3] 孫喜民. 煤炭工業高質量發展方略研究與實踐[J]. 煤炭工程，2019，51(1)：152–156.SUN Ximin. Research and practice of high-quality development strategy of coal industry[J]. Coal Engineering，2019，51(1)：152–156.

[4] HOULDING S W. 3D geoscience modeling，computer technique for geological characterization[M]. Berlin：Spring-Verlag，1994：2–50.

[5] 王國法，王虹，任懷偉，等. 智慧煤礦2025情景目標和發展路徑[J]. 煤炭學報，2018，43(2)：295–305.WANG Guofa，WANG Hong，REN Huaiwei，et al. 2025 scenarios and development path of intelligent coal mine[J]. Journal of China Coal Society，2018，43(2)：295–305.

[6] 毛善君. “高科技煤礦”信息化建設的戰略思考及關鍵技術[J]. 煤炭學報，2014，39(8)：1572–1583.MAO Shanjun. Strategic thinking and key technology of informatization construction of high-tech coal mine[J]. Journal of China Coal Society，2014，39(8)：1572–1583.

[7] 吳立新，殷作如，鄧智毅，等. 論 21世紀的礦山：數字礦山[J].煤炭學報，2000，25(4)：337–342.WU Lixin，YIN Zuoru，DENG Zhiyi，et al. Research to the mine in the 21st century：Digital mine[J]. Journal of China Coal Society，2000，25(4)：337–342.

[8] ANOWAR H M，IBRAHIM E，ABDULHAMEED A S. Cooperative Vehicle positioning with multi-sensor data fusion and vehicular communications[J]. Wireless Networks，2019，25(3)：1403–1413.

[9] HECHMI M J，HACEN K，AMINE B. Targets classification based on multi-sensor data fusion and supervised learning for surveillance application[J]. Wtreless Personal Communications，2019，105(1)：313–333.

[10] 侯恩科，吳立新，李建民，等. 三維地學模擬與數值模擬的耦合方法研究[J]. 煤炭學報，2002，33(4)：388–392.HOU Enke，WU Lixin，LI Jianmin，et al. Study on the coupling method of three-dimensional geoscience simulation and numerical simulation[J]. Journal of China Coal Society，2002，33(4)：388–392.

[11] 侯恩科，趙洲. 三維體元拓撲數據模型的改進與實驗[J]. 煤田地質與勘探，2006，34(4)：13–16.HOU Enke，ZHAO Zhou.Optimization and experimentation for 3D topological data model based on component[J]. Coal Geology & Exploration，2006，34(4)：13–16.

[12] 陳建平，呂鵬，吳文，等. 基于三維可視化技術的隱伏礦體預測[J]. 地學前緣，2007，14(5)：54–62.CHEN Jianping，LYU Peng，WU Wen，et al. Prediction of concealed orebody based on 3D visualization technology[J]. Geoscience Frontier，2007，14(5)：54–62.

[13] WU Qiang，XU Hua. An effective method for 3D geological modeling with multi-source data integration[J]. Computers and Geosciences，2008，34(3)：35–43.

[14] 羅周全，吳亞斌，劉曉明，等. 基于SURPAC的復雜地質體FLAC~(3D)模型生成技術[J]. 巖土力學，2008(5)：1334–1338.LUO Zhouquan，WU Yabin，LIU Xiaoming，et al. FLAC3Dmodeling for complex geologic body based on SURPAC[J]. Rock and Soil Mechanics，2008(5)：1334–1338.

[15] 胡斌，張倬元，黃潤秋，等. FLAC3D前處理程序的開發及仿真效果檢驗[J]. 巖石力學與工程學報，2002，21(9)：1381–1391.HU Bin，ZHANG Zhuoyuan，HUANG Runqiu，et al. Development of FLAC3Dpre-processing program and verificatsion of simulation effect[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2002，21(9)：1381–1391.

[16] 韓崇昭，朱洪艷，段戰勝，等. 多源信息融合(第二版)[M]. 北京：清華大學出版社，2010：1–14.HAN Chongzhao，ZHU Hongyan，DUAN Zhansheng，et al. Multi-source information fusion(second Edition)[M]. Beijing：Tsinghua University Press，2010：1–14.

[17] 武強，徐華. 地質建模與可視化[M]. 北京：科學出版社，2011：1–16.WU Qiang，XU Hua. 3D Geological modeling and virtual visualization[M]. Beijing：Science Press，2011：1–16.

[18] 潘結南，孟召平，甘莉. 礦山三維地質建模與可視化研究[J]. 煤田地質與勘探，2005，33(1)：16–18.PAN Jienan，MENG Zhaoping，GAN Li.Study on 3D geoscience modeling and visualization of mines[J]. Coal Geology & Exploration，2005，33(1)：16–18.

[19] 科瓦列夫斯基. 基于地質統計學的地質建模[M]. 劉應如，曹正林，鄭紅軍，等譯. 北京：石油工業出版社，2014：1–20.KOVALEVSKIY E. Geological modeling on the base of geostatistics[M]. Beijing：Petroleum Industry Press，2014.

[20] 林杭，曹平，李江騰，等. 基于SURPAC的FLAC3D三維模型自動構建[J]. 中國礦業大學學報，2008，37(3)：339–342.LIN Hang，CAO Ping，LI Jiangteng，et al. Automatic generation of FLAC3Dmodel based on SURPAC[J]. Journal of China University of Mining & Technology，2008，37(3)：339–342.

[21] BASU A，LI X.Computer Vision：Systems，theory and applications[M]. World Scientific，1993.

[22] 萬江平，嚴明. 用Java語言開發專家系統[J]. 計算機應用研究，2000，17(5)：62–64.WAN Jiangping，YAN Ming. Develop expert system with Java language[J]. Computer Application Research，2000，17(5)：62–64.

[23] 張浩，駱正虎，楊敬安. 基于Java語言的移動Agent開發平臺[J]. 合肥工業大學學報(自然科學版)，2001，24(5)：907–912.ZHANG Hao，LUO Zhenghu，YANG Jing’an. Mobile Agent development platform based on Java language[J]. Journal of Hefei University of Technology(Natural Science Edition)，2001，24(5)：907–912.

[24] 王雙明，孫強，喬軍偉，等. 論煤炭綠色開采的地質保障[J]. 煤炭學報，2020，45(1)：8–15.WANG Shuangming，SUN Qiang，QIAO Junwei，et al. Geological guarantee of coal green mining[J]. Journal of China Coal Society，2020，45(1)：8–15.

[25] 王國法，杜毅博. 智慧煤礦與智能化開采技術的發展方向[J]. 煤炭科學技術，2019，47(1)：1–10.WANG Guofa，DU Yibo. Development direction of intelligent coal mine and intelligent mining technology[J]. Coal Science and Technology，2019，47(1)：1–10.

Construction and transformation technology of three-dimensional fine model of mine water diversion structure

FAN Juan1,2,3, HOU Enke1, JIN Dewu2,3, QIAO Wei2,3, NAN Shenghui2,3

(1. College of Geology and Environment, Xi’an University of Science and Technology, Xi’an 710054, China; 2. Xi’an Research Institute Co. Ltd., China Coal Technology and Engineering Group Corp., Xi’an 710077, China; 3. Shaanxi Key Laboratory of Coal Mine Water Hazard Prevention and Control Technology, Xi’an 710077, China)

In order to solve the technical problems of fine depiction of mine water structures and flexible inheritance of 3D geological models, such as the lack of fine depiction of internal rock structure of trapped columns and inaccurate fusion of multi-source data, the research on the construction method of multi-source data fusion solid model of mine water guide structures, the fine model construction process and the development of model conversion system was carried out. Based on the theory of data fusion distributed structure, the three-level coupling strategy of geological data coupling, entity model coupling and construction model coupling was adopted to establish a set of construction methods for fusion of multi-source data of hydrogeological exploration into three-dimensional geological entity model. Through the four key steps of standardized preprocessing of multi-source heterogeneous geological data, tracking and classification, data registration, correlation and fusion, a solid model of multi-source data fusion of mine water-conducting structure was constructed. On the basis of geostatistical research, the basic concepts of “mine fine hydraulic structure model” and “wide area generalization model” were proposed, and the wide area conceptual model and fine model of the trapped column were constructed, taking the trapped column as an example. According to the properties and data structure characteristics of the two 3D models of SURPAC and FLAC3D, the conversion method between SURPAC and FLAC3Dmodels of mine hydraulic structures was proposed. Developed the SURPAC-FLAC3Dmodel conversion system using JAVA and TCL languages, which supports local, network operation and remote control of multiple machines for multiple users simultaneously. The system finally achieved the goal of converting the coupled model of water-guiding tectonic entities into the FLAC3Dcomputational model, which provides technical support for fine investigation and fusion construction of mine geological conditions and accurate prediction and prevention of mine water damage.

multi-source data fusion; characterization of water diversion structure; fine model construction method; model transformation technology

請聽作者語音介紹創新技術成果等信息，歡迎與作者進行交流

TU457

A

10.3969/j.issn.1001-1986.2020.06.025

1001-1986(2020)06-0186-09

2020-05-07；

2020-11-09

國家重點研發計劃項目(2017YFC0804100)；中煤科工集團西安研究院有限公司科技創新基金項目(2015XAYMS20)

National Key R&D Program of China(2017YFC0804100)；Science and Technology Innovation Fund of Xi’an Research Institute of CCTEG(2015XAYMS20)

樊娟，1983年生，女，山西臨汾人，博士研究生，從事煤礦水害防治工作. E-mail：fanjuan@cctegxian.com

侯恩科，1963年生，男，陜西扶風人，教授，博士生導師，從事煤田地質與礦井地質、礦井水害防治方面的教學與科研工作. E-mail：houek@xust.edu.cn

樊娟，侯恩科，靳德武，等. 礦井導水構造三維精細模型構建與轉換技術[J]. 煤田地質與勘探，2020，48(6)：186–194.

FAN Juan，HOU Enke，JIN Dewu，et al. Construction and transformation technology of three-dimensional fine model of mine water diversion structure[J]. Coal Geology & Exploration，2020，48(6)：186–194.

(責任編輯 周建軍)