[01351090]基于孔斯网建模技术构建地下矿山三维模型

1、任务来源与背景 中钢矿业开发有限公司重点项目。中钢集团山东矿业有限公司苍山铁矿是200×104t/a采选联合企业。从矿体赋存条件复杂,开采难度大,采矿方法变化多样,且需要充填系统,增加管理复杂。建立一套适合本矿的地质、测量、采矿专业软件应用系统显得尤为重要,最终确定了苍山铁矿地下开采三维模型建立与应用研究课题。 2、应用领域和技术原理 本项目研究内容主要应用于金属矿山地下开采,属于矿产资源开发利用技术领域。 本项目主要目的是通过矿山三维建模技术研究,实现基于三维模型下的数字化矿山生产与管理信息系统。其技术原理为：设定平、剖地质截面图的统一三维空间坐标系统,并构建三维矿体线框模型;在三维矿体线框模型基础上构建三维矿体模型;以三维矿体模型为约束条件建立半离散矿床模型;以采样数据为基础构建品位块体模型;以设计或实测数据为基础构建三维巷道、采空区等采矿工程模型;基于矿山三维模型完成地质矿岩量计算、生产测量验收、采矿设计和计划编制,建立地质、测量、采矿一体化的软件系统平台。 3、性能指标 （1）首次采用基于孔斯网构建矿体模型技术,解决截面数据不能全部用于建模的难题,本质上提升模型可靠性;可实现自动化构建矿体模型,是传统建模效率的5倍以上。 （2）采用半离散矿床模型技术,解决了传统矿床模型无法满足矿山生产精度要求的难题,模型存储资源减少了一个数量级,模型精度提高10倍以上。 （3）采用扇形中深孔优化设计,可实现自动化布孔设计,可节省中深孔量5%~8%。 4、成果的创造性、先进性 本项目成果是经过多年在实践中不断研发基础上形成的,有很多创造性技术以确保本系统的先进性,其主要包括： （1）成功研制AutoCAD平台下矿体模型构建系统。其核心技术主要包括：带约束DTM建模;截面放样建模;形态学凸形体建模;SAT文件重构;体表模型与实体模型相互转换等技术,并首次提出基于孔斯网建模技术,完成传统方法不可完成的建模任务。 （2）成功研制AutoCAD平台下采矿工程模型构建系统。其核心技术主要包括：截面放样建模;基于支距测量实测数据巷道建模、基于稀疏散点采空区建模等技术。 （3）成功研制AutoCAD平台下半离散矿床模型构建系统。其核心技术主要包括：半离散模型数学表达及存储;半离散模型布尔运算;半离散模型剖切等技术。半离散模型弥补了传统矿床模型的应用不足,将矿床模型真正应用到矿山生产中去。 （4）成功研制AutoCAD平台下扇形中深孔优化设计系统。基于矿体模型、采矿工程模型自动切割爆破剖面,采用优化算法自动完成爆破布孔最优设计。 （5）提出在AutoCAD平台下“体表模型+实体模型+半离散模型+块体模型”的混合模型应用技术。揭示了混合模型的内在联系,验证了混合模型技术应用的广泛性、实用性及灵活性。 5、作用意义 本项目实施后对矿山采矿生产管理产生了积极影响。使矿山数据更加规范、三维直观、数据共享,提高了劳动生产率,降低了采矿生产的劳动强度;提高了采矿生产管理水平,为矿山的可持续发展创造了更大的经济和社会效益。 本项目给出了多种三维建模技术与应用,尤其孔斯网建模技术的提出,更是适合国情、贴近矿山生产实际应用。本项目提出的半离散模型,具有计算速度快、误差小、计算稳定、应用灵活等优点,实践证明半离散模型更适合于生产矿山应用。中深孔爆破优化设计的研发,真正做到了在众多可选爆破方案中自动选出最优的布孔设计方案。 目前几乎所有矿山都在使用ACAD平台,本软件系统就是在此平台下完成的专业二次开发,本项目给出了非常方便实用的参数化、智能化采矿设计。无需各种数据转换,操作简单,这也是本软件系统的另一大亮点,对推广应用提供最大方便。 因此,无论从平台选择,还是技术创新,本项目都是更适合国情、更能满足金属矿山地下开采实际需求,也必将在国内金属矿山行业得到推广应用和发展。