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刘国栋，王国栋 （贺州市金琪矿业有限责任公司） 摘要：随着科学技术的发展，利用计算机模拟的三维模型可直观展示物体空间状态。三维矿业模型是针对矿山开发的计算机模型，可将矿体产状、储量、采切工程、开拓系统和采空区等信息直观、准确地展示出来，是矿山开采工艺发展的一个里程碑。 关键词：三维模型 地质模型 矿山 计算机技术 引言 贺州市金琪矿业有限责任公司张公岭矿（下称张公岭矿）开采历史悠久，由于年代的久远，很多老资料现已残缺不全甚至丢失，上部中段的地质资料、开采状况和井巷布置等情况难于描述，现有资料信息庞大、格式众多、内容比较凌乱，翻阅查找很不方便。为将所有资料汇集成为一个整体，方便查找使用，公司适时引入三维矿业模型，集所有信息为一体，融合地质、测量、采矿等专业信息，向科技矿山、信息矿山迈出了坚实的一步。 1、三维矿业模型发展现状 三维模拟技术近年来迅猛发展，利用三维软件制作的场景栩栩如生，可以全方位、多角度地观察物体，相比平面图纸其优势非常明显。三维模拟不仅仅局限于影视动画，在工业生产同样可以发挥巨大的作用。当前三维模型在工业上尚未普遍应用，主要在室内装修三维设计、服装三维设计和工艺品模型设计等领域略有推广，即便如此也已经取得了较好的效果。 国内三维模型的发展比国外落后一步，当前主流三维设计软件为国外软件，专业三维设计公司在国内也比较少见。时代进步、科技发展，对于新兴事物应当尽快开发利用才能追赶甚至引领发展潮流。 三维模型在矿山中的应用有着巨大的价值，矿体深埋地下，如何描述其空间产状；井下井巷工程交错纵横，如何直观展现；空区位置和边界如何确定等等。针对这些问题三维矿业模型都能给予满意的解答，三维矿业模型值得矿山推广。 当前国内外主流三维软件有3dsmax、Rhino、Maya、Lightwave等，专门针对矿业开发的软件有micromine、3Dmine等。每款软件基本功能类似，与此同时都有各自的特点，比如针对场景渲染的3dsmax，其绘制的场景模型非常逼真，光影立体感很强；针对工业设计的Rhino，其在模型建立比较方便而且精确。矿业有着自身独特之处，普通三维软件不涉及品位分析、储量计算、矿块圈定和钻孔数据等内容，micromine和3Dmine等针对矿业而开发的模型对于矿山工作者来说恰到好处，使用起来得心应手，十足有一种相见恨晚的感觉。 2、地质模型 计算机构建的三维虚拟模型是立体状态，拖动鼠标可以从空间任意角度观察所建立的模型，井下储藏的矿体可以非常直观的展现在面前，旋转、缩放、转动等操作方式非常方便。 模型本身的建立以点、线、面为基础，并添加三维绘图方式，使得图形的绘制过程比较简单，容易学习也容易操作，有平面绘图功底 更加容易掌握。 软件具有三维空间坐标，可以精确的定位一个点。通过输入大量测量点形成不规则曲面的功能可以展现地貌，可以直观的判断山坡坡度等信息，对于厂地选址提供了重要信息。相比平面等高线图，三维模型具有明显的优势，如实的展现地形地貌。 图1 张公岭矿三维模型图（局部） 软件对于原始数据毫无修改地保留，以供日后查询，节约了翻阅原始记录的繁琐过程。软件不仅仅可以查询空间点坐标，与平面计算机软件类似，可以查询线段长度、平面图形面积等，还可以查询封闭物体体积（容积）等信息。针对查询封闭物体体积这一功能想必技术人员会感兴趣，原始的计算不规则物体的体积（容积）方法非常麻烦，计算量很大，以尾矿库容积为例，根据等高线和高差，将不规则的几何体分割成很多个规则的几何体，然后逐一计算最后累加，庞大的计算量可想而知。而通过三维软件只需要选中物体进行点击查询即可，工作量大大减少。 三维矿业模型并不仅仅是一个虚拟的模型而已，相对于其他三维软件，三维矿业模型还专门开发了刻槽编录、矿体圈定、钻孔分析、储量计算等内容。 刻槽编录信息可以存储到软件中，并输入化验数据，数据以数据库的形式存储，待查询时调出数据库即可呈现出来。当设定入采品位值时，系统可以自动检索，将矿体边界圈定出来，以不同的颜色表示，色彩分明，易于区分。普通的储量计算方法也非常繁琐，由于每个刻槽的刻样数不一定相同，需要逐个刻槽进行平均，这样反复的计算工作量很大。利用三维矿业软件则比较简便，当需要查询矿体储量时，系统综合矿体品位、刻槽编录数据和矿体界线等信息计算出矿体储量，节约了矿山地质工作者大量时间和精力。软件的计算方法都有解释说明，大可不必怀疑储量计算的合理性，当然可以将计算结果与手工计算结果进行对比验证进行判断。 不仅仅是刻槽编录，钻孔的信息同样可以输入并参与计算。根据钻孔参数及实际数据可以呈现出钻孔空间状态，以便于观察其偏斜程度。凌乱的小支脉之间的关系甚是难以判别，是矿山地质工作的一个难题，三维模型将地探中所有钻孔穿过的小支脉展现出来，便可以很容易的判断支脉的间灭再现、膨大缩小现象，这对于分析矿体发育构造发挥了重大的作用，对探矿找矿提供了指导。 当矿体模型或地形地质模型建立后，便可以很容易生成平切图或任意角度剖面图，只需要选择剖面即可，这无疑是非常便捷的方式。 3、井巷工程模型 矿业三维模型不仅仅给地质工作提供参考，对于矿体开采、井巷布置方案提供了参考依据，可视化的模型取代了平面上抽象的图案，立体的场景代替了二维图片，以此为依据进行分析更加易于设计。 施工人员想要理解设计人员的意图，理解平面图纸的含义并非易事。矿山工作者多为文化水平较低的民工，传达设计方案有很大的难度，如果理解偏差轻则导致工程报废，劳民伤财，造成经济损失，并给后期的施工带来困难，重则导致事故的发生。如果利用三维技术向工人讲解就比较容易沟通，工人易于理解，在管理上则降低了沟通交流的难度。 施工结果与设计的偏差的检验可以利用三维模型轻松完成，诸如巷道底板坡度、方位角等信息一目了然，方便了施工管理。 4、采空区模型 采空区的处理是困扰矿山的一个难题，但空区处理的前提是弄清楚空区的边界在哪里，塌陷位置与空区的位置关系等信息。 单纯靠几张原始的剖面图让人大费脑筋，努力在脑海中想象空区的范围。如果利用三维模型那么空区在空间的分布这个问题便迎刃而解，看得见的模型给工作带来了便捷。 5、三维矿业模型的其他作用 在新工人安全培训中有一个重要的环节就是熟悉作业环境，尤其是井下矿山。新工人在井下无法辨别方向，平面图纸也看不懂，走在巷道里像是走进了迷宫，逛了一圈也没办法分清东西南北，这就存在很大的安全隐患，万一走错方向误入采空区或废弃巷道容易发生事故。三维模型便可以帮助工人熟悉作业环境，形象直观的立体模型可以很容易分辨，不像平面图那样晦涩难懂，看过之后便清楚了各个通道的去向。三维模型是安全培训中的得力工具，可以发挥重要作用。 不仅仅是新工人的入职培训，其他单位的客人前来参观检查时利用三维模型进行讲解也使人比较容易理解。 6、结语 计算机技术的发展衍生了许多新技术，当科技革新时我们应当追赶时代潮流。面对计算机虚拟三维技术的发展不能无动于衷，新技术、新工艺不断地解放劳动力，推进机械化、信息化办公，减少矿山作业人员劳动量。技术成本的增加降低了人工成本，与此同时作业人员的减少有利于降低安全事故发生的概率。计算机技术协同电气自动化技术正不断改善生活，革新工艺。 金琪公司积极推进虚拟三维技术，绘制张公岭矿三维矿业模型（图1），目前已取得阶段性成果，随着对软件掌握程度的加深，将会更加有利于各项业务的开展，给矿山工作带来很大的方便。 参考文献： [1]章志勇.三维模型几何相似性比较的研究[D].浙江：浙江大学，2005. [2]时代印象.3ds Max 2012 基础培训教程[M].人民邮电出版社，2012:13-16. [3]段福洲.地质体三维模型和数据结构的研究与实现[D].北京： 首都师范大学，2004. 作者简介 |
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