中文      English
 
 
世界轨道交通资讯网

MicroStation平台在煤炭矿井三维地质建模中的应用

2019-09-17 来源:中煤科工集团 北京华宇工程有限公司西安分公司 陕西西安 710075 作者:何利辉 浏览次数:
本文摘要:传统的矿井信息管理基于地质、井巷等纸介质图件,以人为管理为主,地质信息的模拟与表达是采用二维图,其实质是将三维环境中的地层与地质现象投影到平面上进行表达。
  
  摘要:为了改善传统的煤炭矿井地质信息管理模式,减少空间信息的损失与失真,基于三维地质建模在数字矿山系统构建过程中的重要性,提出一种MicroStation平台下标准、便捷的煤矿三维地质建模技术,利用地质勘探基础资料进行空间信息建模,目的在于保持数字化工程设计的正向性,并对三维地质信息模型进行了利用性分析。
 
  关键词:MicroStation;煤炭矿井;地质建模;
 
  中图分类号:TD163+.1文献标识码:A
 
  引言
 
  煤炭矿井三维地质建模技术是矿产勘探与开发领域的关键技术,是地质体可视化、矿产资源分布、井巷设计等工作的基础。传统的矿井信息管理基于地质、井巷等纸介质图件,以人为管理为主,地质信息的模拟与表达是采用二维图,其实质是将三维环境中的地层与地质现象投影到平面上进行表达。这种方式存在空间信息的损失与失真,而且过程复杂,信息更新困难,不具备查询及几何量算等功能。三维地质模型可以帮助决策者从空间角度去理解地质体,并利用可视化交互手段实现对地质体进行多角度、多方位的浏览与查询。同时,随着地球信息科学与技术的发展,数字矿山已成为矿山信息化的发展方向,而煤炭矿井三维地质建模技术是数字矿山系统构建的重要内容和关键技术,对提高生态化矿井安全生产能力和科学管理水平具有重要的理论意义和广泛的应用前景。
 
  1背景技术
 
  三维地质建模理论的提出和发展与地质统计学的发展紧密相联,地质统计学的发展得益于20世纪50年代D.G.Krige对克里金技术的研究,国内对三维地质建模研究始于上世纪80年代,标志是对EarthVision软件的引入。三维地质建模技术在不同领域因研究角度的不同,其侧重也是有差异的,因此建模方法也多种多样,按照建模使用的数据源可以分为基于钻孔数据建模、基于剖面数据建模、基于多源数据建模等。三维地质建模技术广泛应用于区域地质调查、矿产资源勘探、矿井设计、矿井生产、工程地质等众多行业,借助于三维地质建模技术,有利于提升这些行业解决复杂地质问题的能力。
 
  图1煤层地质建模流程
 
  MicroStation是Bentley工程软件系统有限公司在建筑、土木、交通和工厂等领域提供BIM解决方案的基础平台,Bentley其他所有的产品都是基于这个平台,并使用同一种数据格式进行交流,能够实现整个生命周期的实时协同。使用MicroStation平台进行煤炭矿井三维地质建模的流程如图1所示。
 
  2关键技术
 
  2.1钻孔建模
 
  钻孔建模数据来源于地质勘查资料中的矿井地质报告、钻孔综合成果表等,将所有数据经数字化处理后,可利用以下几类数据表进行表示。其中,表1记录了钻孔的基本信息,表2记录了钻孔的倾斜信息,表3记录了钻孔由孔口至孔底的层位信息,表4记录了不同煤层的煤质信息。
 
  表1基本信息

 
  表2倾斜信息

 
  表3层位信息

 
  表4煤质信息
  数据源标准化以后,即可结合MicroStation的参数化建模功能进行钻孔建模,如图2所示,图中所示的钻孔模型由多个层位信息模型组成,利用MicroStation的属性管理器可即时查看岩层层位信息,如图3所示。
 
  图2钻孔分布轴测模型

  图3钻孔层位属性查询
 
  2.2煤层建模
 
  钻孔模型建立以后,即实现了数据库数据向图形数据的迁移。煤层建模的数据来源是钻孔信息模型与煤层底板等高线等,数据采集完毕以后,在井田边界线包络盒范围之内进行空间数据插值,根据插值后的数据进行煤层参数化建模,而煤层中包含的断层则采取布尔运算结合点云数据处理的方式进行建模。据此建立的煤层信息模型如图4所示。
 
  图4煤层信息模型
 
  3模型应用
 
  3.1储量计算
 
  储量计算是煤田地质勘探工作中的一项重要内容。传统的计算方法采用块段法,即用各个块段厚度平均值乘以面积来计算体积,这种计算方法工序繁杂、效率低下,且常会有较大误差。借助三维地质建模技术建立的地质信息模型可快速计算煤层储量,步骤如下:首先对煤层信息模型进行储量分级(图5),然后根据分级模型在MicroStation环境下自动统计不同级别的储量,同时参照地质报告对储量进行了误差计算(表5)。对比结果表明,使用该技术进行储量计算不仅自动化程度高,而且具备较高精度。
 
  图5煤层储量分级模型
 
  表5煤层资源量估算汇总表

 
  3.2图表输出
 
  1、通过提取钻孔模型中附带的煤质数据,并在井田边界线包络盒范围之内进行空间插值,根据插值后的数据在MicroStation中利用Delaunay原理可建立煤质趋势面,通过趋势面与水平面的布尔运算,可快速创建不同煤质特性的等值线图,如图6所示。

  图6煤层水分等值线图
 
  2、根据建立的多煤层地质模型,可沿任意方向、按一定比例进行剖切,并快速创建地质剖面图,具有较高的成果转化度和自动化程度,如图7所示。
 
  图7自动化创建的地质剖面图
 
  4结语
 
  依托MicroStation基础平台建立的煤炭矿井三维地质建模技术体系,以地质统计学和随机建模原理为理论支撑,以地质知识库为基础,以多元、多参数建模为方法指导,相较国内其他体系具有信息更加全面、浏览查询更为便捷、行业适应性更好的特点,通过该体系建立的三维成果能够快速实现二维图表输出与数据共享,满足正向设计特点,证明该体系具备良好的可行性。但鉴于井田地质条件的复杂性,后期需要结合其他实际工程项目进行体系论证与完善,为数字化矿井建设与发展提供良好的基础支撑。
 
  参考文献
 
  [1]徐能雄,段庆伟,梅钢,武雄,田红著.《三维地质建模方法及程序实现》[M].北京:地质出版社,2011.
 
  [2]NB/T35099-2017,水电工程三维地质建模技术规程[S].
 
  [3]李翔,王金安,张少杰.复杂地质体三维数值建模方法[J].西安科技大学学报,2012(6):676-681.
 
  [4]余牛奔,齐文涛,王立欢等.基于3DMine软件的三维地质建模及储量估算[J].金属矿山,2015(3):138-142.
 
  [5]李青元,贾慧玲,王宝龙等.三维地质建模的用途、现状、存在问题与建议[J].中国煤炭地质,2015(11):74-78.

本文涉及广告

相关文章

专  题
 
 
 
封面人物
市场周刊
2019-10
出刊日期:12-02
出刊周期:每月
总481期
出刊日期:(2014 07 08)
出刊周期:每周