煤矿三维地层信息管理系统_图文.doc

基于EasyMap3D构建煤矿三维地层信息管理系统摘要本文在论述三维地层信息管理系统意义的基础上,对地层、断层、巷道、陷落柱、采空区等地质体和人工构筑体的三维描述方法进行了阐述,同时对煤矿三维地层信息系统EasyMap3D的系统构成、数据组织、系统功能做了描述,该系统的开发对准确解释地质信息,提升矿山企业安全生产能力,提高矿产资源利用率具有重要的意义。 关键词 我国是世界上最大的产煤国家,煤炭作为我国今后很长一段时间的最主要的能源来源,可以保证的供应年限并不是很长。面对快速增长的煤炭需求,必须在加大煤炭资源勘探力度的同时提高煤炭资源的开采效率;同时煤矿安全高效开采也是保证煤矿企业可持续发展、能源稳定供应的关键所在。煤矿生产特点是必须面对复杂多变的地质和开采技术条件,根据地层变化情况寻找合适的开采方法,所以,对矿山地层变化的认识程度将很大程度上决定资源开采的效率和生产的安全。三维地层信息管理系统为地质研究提供了一种新的手段,使以前常用的二维图形和存在于地质工作者头脑中的三维信息通过计算机的模拟显示出来,并实现相应地层、巷道、构造信息的实时查询,使地质工作者从三维空间更深入的研究地质体的空间分布规律和特征。 1、系统构成 针对“数字矿山”建设的需要,以及三维地质模拟在数字矿山建设中的重要性,太原理工大学矿业工程学院开发了具有自主知识产权的三维地质模型3DGMS系统煤矿三维地层信息系统EasyMap3D。系统具有完整的地形图符号库、煤矿地质测量符号库,以及煤矿采掘、供电、通风符号库。可导出多种数据交换格式ACAD、MapInfo、MapGis、Arc/Info等;能接受多种格式观测数据的文本文件;图形的生成、管理和打印输出不依赖于其它软件。 图1系统构成 2、数据组织 2.1 地层数据模拟 在矿山开采前获取地层数据的唯一办法就是打钻孔获取地层岩芯,然后根据钻孔的数据和地质工程师的经验对地层进行划分,形成合理的层面,确定地层的沉积和分布情况,再通过对数据的插值和对地层进行拟合得到地层的三维描述,实现三维计算机模拟。通常由于钻孔的成本过高不能在矿区内打太多的钻孔,所以选择合适的三维模型和拟合方法是建立三维地层模型的关键。该系统利用钻孔柱为基础,通过拟合方法模拟地层发育情况,同时利用开采中揭露的地质构造修正三维地层模型。利用模拟结果可以对模型中的每一个点通过实时内插的方法查询三维信息。 图2 数据模型 如图2,模型在平面上表现为规则格网Grid结构,在Grid结构的交叉点 上定义虚拟柱,虚拟柱的信息由钻孔柱加密或由底板等高线数据内插得到。 任何一个地质体都可以由上顶面、下底面、侧面构成,对地质体进行平面切割时应根据切割面与虚拟柱的关系寻找相关的虚拟柱拟合出地质体的各个面。利用这一模型对地质体进行切割建立地质体模型可明显的看到不同层位的地层信息。 图3 切割地质体形成的立体图 2.2断层数据模拟 断层可以通过五个变量较为完整的描述出来起点坐标Px,y,h、长度s、铅垂断距d、倾角β、方位角α。其中铅垂断距以走向左侧为基准,右边升高为正,降低为负,故正断层断距为正数,逆断层断距为负数;同时规定倾角β的范围在0度到90度之间[4]。曲线断层可以通过多个直线断层的组合来逼近,如图4所示通过以上五个变量可以较为方便的描述断层的空间位置和几何形状,图5为三维环境下的断层。 图5 三维下的断层 2.3巷道、陷落柱、溶硐采空区的模拟 巷道、陷落柱、溶硐属于同一类模拟对象。巷道利用密布巷道内的导线点确定巷道的为位置,通过导线点距离巷道两帮的距离确定巷道的宽度,结合巷道的高度、巷道断面形式得到巷道的模拟数据;陷落柱通过台体模拟,在确定一个陷落柱的上截面、下截面、高度信息后可以方便的利用台体描述;溶硐采空区可以利用空间中的三维体描述,在确定一个工作面的开采范围的三维坐标后,结合开采高度,可以实现对溶硐采空区的模拟。 3、系统功能 系统可用于煤矿各种工程图的生成与管理和三维地层生成与浏览,同时能用于其它行业的数字成图与管理。 主要功能包括煤矿三维地层的生成与任意视点浏览,包括了地层、断层、陷落柱、溶硐、巷道、工作面等要素;任意方向地质体的切割;生成任意岩层的底板等高线;计算任意岩层的给定范围的储量。扫描矢量化;生成与管理地形图、地质图、地形地质图、采掘工程平面图、井上下对照图;生成与管理钻孔柱状图、勘探线剖面图、岩层对比图;生成与管理地籍宗地图;巷道断面和交叉点设计; 解算各种形式的测量控制网等。 图6 三维环境下的陷落柱 图7三维下的工作面与巷道 图 8 地层剖面图 图 9 地层剖面图中的断层 图 10 地层剖面图中的陷落柱 图 11 地层剖面图中的溶硐 4、小结 、 2009 年煤炭占中国一次性能源消费近 70比例，为整个国民经济持续稳定 发展做出了重要的贡献。今后，煤炭工业仍将在全国国民经济发展全局中发挥不 可替代的重要作用。煤矿三维地层信息系统（EasyMap3D）的研发对矿山企业、 地质部门的生产实践具有重要意义，具体表现为 1、通过本系统所实现的地质体的三维重构、剖切以及三维动态显示功能， 可以解决数字矿山领域中遇到的一些三维问题，如三维地层的真三维动态显示、 剖面的绘制。 2、剖切和剖切面的绘制有助于更加清楚地显示地质模型内部的各个细节， 揭示地字矿山中三维地质模拟与体视化研究质体在空间的分布规律， 从而为地质 工作者更加准确地解译地质信息提供帮助。 3、基本信息与储量计算部分为矿山、地质部门的储量计算、储量核实等工 作提供了一条现实的途径。 4、通过本系统可以利用图形图像方式逼真地再现三维地质实体，进行科学 分析、决策规划、指导生产，有利于改善勘探地质信息质量，深入研究和分析地 学问题地内在规律，进而提高工程决策水平和科学性。 5、 实现地质体的真三维可视化是进行三维地质模拟及数字矿山研究的前提， 它对于揭示地质体的空间分布规律、 模拟矿山开采过程甚至指导矿山生产实践都 具有非常重要的现实意义。