三維可視化地質建模在三貴口鉛鋅礦開采中的應用

李彩琴，張建博，竇江搏，孟海東

(1.內蒙古科技大學礦業研究院，內蒙古包頭014010;2.河套學院土木工程系，內蒙古巴彥淖爾015000;3.烏拉特后旗紫金礦業有限公司，內蒙古巴彥淖爾015000）

智慧礦山是數字礦山建設在礦山應用中的升級，在傳統的三維可視化系統基礎上，從可視化方面逐漸轉向應用方面，現普遍認為已進入智慧礦山初級階段[1-2]。三維數字化建模，融合了三維數據獲取技術、三維建模技術和三維可視化技術，依托礦山三維可視化管理平臺[3-5]，直觀地將礦山地表、井下巷道和礦體產狀等以三維空間圖像展示出來，幫助礦山管理者實時動態掌握井下開采和設備運行情況，為整個礦山安全生產運行提供監控及決策管理服務。

DIMINE數字化礦山軟件具有強大的建模功能，能夠直觀顯示地質體和工程空間分布形態，對地質數據實時更新、驗證，進行礦產資源儲量品位計算，在復雜空間關系中不同設計方案做優化對比，生成各類施工進度工作圖表，能與多種同類礦山軟件進行數據交互對接，使礦山開采工作向智能化方向升級，在礦山開采工作中具有重要作用[6]。

本文主要利用DIMINE軟件進行三維建模，收集整理礦區原始資料，包括礦區地質鉆孔數據、礦區地形圖數據、礦區井巷工程圖等，創建鉆孔數據庫、礦區地質三維模型、構造礦區表面模型、礦山井巷工程模型，最終實現礦區三維地質可視化。

1 礦山地質概況

東升廟鉛鋅礦位于升廟鎮北東3km，狼山中段與河套平原接壤帶，礦區處于陰山山地水文地質區低中山丘陵基巖裂隙水亞區的陰山西部巖漿巖、變質巖裂隙水較貧地段，最低侵蝕基準面標高為1034m，自然排泄面標高1050m，資源儲量計算最低標高550m。區內最高峰為那云烏拉山標高1339.45m。

2 東升廟鉛鋅礦三維模型構建

2.1 三維井巷模型的構建

（1）巷道實測數據點提取。建立巷道模型所需要的巷道原始資料包括：巷道CAD實測原圖包含巷道平面圖、測點（含頂底板高程值）。具體操作按如下流程：通過南方CASS軟件提取所需實測巷道點數據，將導出的*dat格式數據進行預處理（坐標修正及附高程），并轉換成*.csv格式數據，作為數據庫錄入基礎。

（2）DIMINE中導入測點數據，利用“多段線”工具，對測點數據刪點、插點優化巷道幫線且閉合（圖1-a）；利用“倆點比例線”工具生成測點中線，并給巷道中線錄入屬性信息，包括斷面設計、支護設計等信息（圖1-b）。

圖1 測點數據導入

（3）生成巷道模型。在井巷工程數據庫中用“非聯通”工具，利用中線法建立巷道三維模型，如圖2-a（巷道局部示意圖）和2-b（巷道模型整體圖）所示。

圖2 巷道三維模型

2.2 鉆孔模型及鉆孔數據庫的構建

（1）收集整理勘探鉆孔數據。收集礦山早期編制的鉆孔柱狀圖、原始信息登記表格（含開孔坐標、測斜及取樣信息）、鉆孔工程布置平面圖，將這些數據信息整理錄入為注冊表格式，包含：孔口表、測斜表和化驗表。并將其轉換成DIMINE軟件鉆孔數據庫可讀入的*CSV格式數據作為數據庫錄入基礎。

（2）鉆孔數據校驗。為使數據庫中的數據真實地反映實際地質信息，避免在數據庫運行時，數據出現互相矛盾、丟失和錯誤，需要將鉆孔文件導入DIMINE軟件中進行核查和修改。數據核查中常見的錯誤有：①孔口表及測斜表中鉆孔是否重復定義；②各表孔深是否合理；③樣品區間是否有重疊；④樣品區間“起始”值與“結束”值的關系是否錯誤。根據DIMINE軟件生成的錯誤報告，雙擊錯誤條目，系統自動在數據表中定位到錯誤所在行，根據錯誤描述進行檢查修改，直到不提示錯誤。

（3）創建地質數據庫。對鉆孔數據庫完成創建并輸出生成地質數據庫，將地質數據庫打開即可看到生成的*dmd格式三維鉆孔模型，通過三維鉆孔模型，可以從各個視角查看鉆孔的空間分布、鉆孔軌跡、樣品段間的相對位置關系，并通過設置顯示風格，用不同顏色和花紋來顯示樣品巖性和礦石品位值，從而可以直觀地查看礦體的詳細信息。圖3為該鉛鋅礦勘查階段鉆孔工程三維顯示效果（3-a為鉆孔數據庫結構顯示，3-b為鉆孔巖性風格顯示）。

圖3 鉆孔數據庫三維顯示

2.3 地表模型的建立

三維地表模型的建立是以矢量化礦山地形圖為基礎數據，調整轉換等高線為實際坐標數據，確保每條等高線連接且無斷點，并對其賦高程值，導入DIMINE軟件，生成“dmf”文件，通過DTM功能，生成三維地表模型（DTM面），建立地表模型（圖4），真實反映出礦山地形地貌特征，實現了礦山地形地貌的可視化，可布置勘探線、設置采礦權范圍等信息。

圖4 地表模型

2.4 礦體模型的建立

DIMINE軟件中構建三維實體模型時，采用三角網化工具對相鄰兩個剖面上的同一礦體輪廓線進行連接，以此來生成礦體的三維空間模型，具體操作如下：

（1）DIMINE中導入各中段CAD格式平面圖，形成不同高程的線框；

（2）利用“線框”工具，連接各輪廓線，形成各輪廓線間的礦體模型層，連接過程如圖5所示；

圖5 各輪廓線連接過程

（3）利用“合并”工具，合并各礦體層，形成礦體實體模型；

（4）通過“有效性”工具對合并的礦體整體進行有效性檢測。實體模型出現有效性檢查錯誤，不僅會影響三維實體模型的真實空間形態，而且對實體體積、實體邏輯運算等操作有影響，進而影響礦體儲量的估算。因此，需要對有效性錯誤進行修改，直至軟件不提示模型錯誤，完成礦體實體模型的建立（圖6）。

圖6 礦體模型

3 結語

基于DIMINE軟件三維數字化建模，有效地解決了傳統工作中遇到的地質體與工程體空間關系不可視、資源儲量品位計算精度相對較低、無有效手段檢驗設計等問題。DIMINE中線法巷道建模形象直觀地展示了巷道空間位置關系，準確反映巷道實際邊界及巷道三維形態特征；DIMINE軟件生成的三維地質數據庫，更加真實地反映了鉆孔軌跡，利于鉆孔數據信息的及時更新、計算，節約了時間成本跟人力成本；礦體模型為塊段模型的建立提供相應的約束實體，為資源儲量估算和品位估值分析的精確計算提供可視化模型。隨著測量技術手段、測量儀器的發展，三維可視化系統會更快捷、準確地服務礦山工作。