林永峰 張文國 金寶 吳鷹

摘要：基于三維建模理論，地下礦山三維可視化是礦山數(shù)字化建設(shè)的重要組成部分，也是礦山未來發(fā)展的必然趨勢。以金山金礦為工程背景，應(yīng)用Dimine軟件建立地質(zhì)數(shù)據(jù)庫和相關(guān)三維模型。詳細(xì)介紹了建立的地質(zhì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、地形模型、巷道模型、礦體模型和儲量模型等。通過三維可視化模型，可更加直觀地反映礦山地表地形、礦體空間形態(tài)及其空間位置關(guān)系，對礦山安全生產(chǎn)、資源的合理開發(fā)與利用及長遠(yuǎn)發(fā)展都具有重要的意義。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化;三維可視化;Dimine軟件;三維建模;數(shù)據(jù)庫;安全生產(chǎn)

中圖分類號：TD679文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

文章編號：1001-1277（2020）10-0051-04doi：10.11792/hj20201010

引 言

在傳統(tǒng)的礦山生產(chǎn)過程中，礦山工作人員在平面狀態(tài)下，以二維平面圖和剖面圖來表示礦體形態(tài)及賦存狀態(tài)等。這種方式表達(dá)的信息不充分，圖形缺乏直觀感，而且存在著手工作業(yè)多、工作強(qiáng)度大、速度慢等問題。隨著地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)、數(shù)學(xué)、計算機(jī)圖形學(xué)和三維可視化技術(shù)的發(fā)展，利用計算機(jī)進(jìn)行三維建模，生成采礦單體設(shè)計模型已經(jīng)成為一個重要的研究方向。

中國黃金集團(tuán)江西金山礦業(yè)有限公司（下稱“金山金礦”）是一家集采選為一體的大型黃金礦山企業(yè)，其前身為江西國營金山金礦。建礦初期生產(chǎn)區(qū)只有金山金礦區(qū)，綜合采選能力為50 t/d，經(jīng)過30多年的探礦增儲和資源并購，目前已擁有3宗采礦權(quán)和2宗探礦權(quán)，綜合采選能力3 000 t/d，年產(chǎn)黃金1.3 t。本文以金山金礦為例，利用Dimine數(shù)字采礦軟件系統(tǒng)平臺（下稱“Dimine軟件”）建立地質(zhì)數(shù)據(jù)庫和相關(guān)三維模型，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)信息的數(shù)字化和可視化，為建設(shè)數(shù)字化礦山奠定了基礎(chǔ)。

1 工程背景

1.1 礦區(qū)地質(zhì)

金山金礦地處贛東北韌性剪切帶蛇綠巖混雜巖帶之韌性推覆變形帶中，礦體產(chǎn)于金山—朱林韌性剪切帶應(yīng)變中心超糜棱巖、糜棱巖—金礦化蝕變巖帶中。礦床成因類型為受韌性剪切帶控制的變質(zhì)熱液型，工業(yè)類型為貧硫化物蝕變巖型。礦區(qū)斷層多但規(guī)模不大，礦區(qū)水文地質(zhì)條件屬簡單類型，主要有V1、V2、V7、V10 4條礦體，礦巖界線呈漸變關(guān)系，生產(chǎn)中主要靠化驗(yàn)品位來圈連礦體[1]。

1.2 礦區(qū)生產(chǎn)

金山金礦采用斜井開拓，中央進(jìn)風(fēng)、兩翼回風(fēng)的通風(fēng)方式，礦石采用中央主斜井箕斗提升，供礦能力2 000 t/d。礦區(qū)采礦方法根據(jù)礦體賦存狀態(tài)的不同選取不同的采礦方法，以中深孔落礦采礦法、充填采礦法及進(jìn)路式采礦法為主[2]。

2 三維建模

金山金礦從長沙迪邁數(shù)碼科技股份有限公司引進(jìn)Dimine軟件，組織技術(shù)人員對軟件進(jìn)行理論學(xué)習(xí)和基礎(chǔ)應(yīng)用培訓(xùn)，系統(tǒng)整理礦區(qū)資料，建立地質(zhì)數(shù)據(jù)庫、地表模型、井巷工程模型、采空區(qū)模型、礦體模型。礦區(qū)模型建立后，依托Dimine軟件，地質(zhì)、測量、采礦技術(shù)人員根據(jù)職責(zé)分工，在探礦設(shè)計、儲量估算及提交礦塊資料給采礦技術(shù)人員后進(jìn)行采礦設(shè)計、礦體二次圈定、爆破設(shè)計等。

2.1 Dimine軟件

Dimine軟件是以地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)和優(yōu)化理論為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)從礦床三維地質(zhì)建模、儲量計算與動態(tài)管理、測量驗(yàn)收與數(shù)據(jù)的快速成圖、地下礦開采系統(tǒng)設(shè)計與開采單體設(shè)計、回采爆破設(shè)計、生產(chǎn)計劃編制、露天開采境界優(yōu)化、露天采場設(shè)計、采剝順序優(yōu)化與計劃編制到各種工程圖表的快速生成等工作的可視化、數(shù)字化[3]。

2.2 地質(zhì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的建立

2.2.1 原始數(shù)據(jù)的收集與處理

地質(zhì)數(shù)據(jù)庫就是將不同工程的采樣信息有機(jī)地組合在一起，共同表示鉆孔完整信息的數(shù)據(jù)集合?？梢?，地質(zhì)數(shù)據(jù)庫是最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)源。同樣，地質(zhì)數(shù)據(jù)庫的可靠性和完整性也直接影響礦山的生產(chǎn)安排等。金山金礦生產(chǎn)至今已有30多年，各類地質(zhì)數(shù)據(jù)龐雜，保存的方式多樣，為建立地質(zhì)數(shù)據(jù)庫，本次研究系統(tǒng)梳理了地表鉆孔數(shù)據(jù)、坑內(nèi)鉆探數(shù)據(jù)及坑道地質(zhì)采樣數(shù)據(jù)，三類數(shù)據(jù)按照Dimine軟件建立數(shù)據(jù)庫的要求分別建立表格。

2020年第10期/第41卷機(jī)電與自動控制機(jī)電與自動控制黃 金2.2.2 鉆孔數(shù)據(jù)

根據(jù)Dimine軟件數(shù)據(jù)庫的格式要求，對鉆孔數(shù)據(jù)庫進(jìn)行整理、分析、處理，然后建立地質(zhì)數(shù)據(jù)庫的3張表，分別為開口表、測斜表、樣品表，其中前兩項(xiàng)為強(qiáng)制性表。各數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)見表1。

在數(shù)據(jù)庫中依次導(dǎo)入.CSV格式的開口表、測斜表、樣品表，分別選擇相應(yīng)的字段，完成數(shù)據(jù)庫的導(dǎo)入。建立地質(zhì)數(shù)據(jù)庫后，可以在Dimine軟件中對鉆孔數(shù)據(jù)庫進(jìn)行鉆孔三維風(fēng)格顯示、數(shù)據(jù)提取及數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析（見圖1）。

2.2.3 坑道數(shù)據(jù)

1）測點(diǎn)信息表信息提取。將中段平面圖導(dǎo)入Dimine軟件中形成三維圖件，獲得中段平面圖的三維圖件;提取其中的導(dǎo)線點(diǎn)及導(dǎo)線層，檢查導(dǎo)線的完整性，對不完整的導(dǎo)線進(jìn)行補(bǔ)充后合并導(dǎo)線完成，并檢查導(dǎo)線方向。將生成的導(dǎo)線使用右鍵復(fù)制為Excel數(shù)據(jù)，直接生成導(dǎo)線點(diǎn)坐標(biāo)。將上述導(dǎo)線點(diǎn)信息及導(dǎo)線點(diǎn)填入測點(diǎn)信息表中（見圖2）。

2）工程信息表信息提取。該步驟主要是給坑槽數(shù)據(jù)命名與類型定義。對每個坑槽井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行命名與類型定義，并將工程信息手工填入測點(diǎn)信息表中。

3）樣品表信息提取。樣品表承載了所有的樣品信息，同時也承載了樣品的位置信息，提供化驗(yàn)表數(shù)據(jù)（見表2）。

起始測點(diǎn)和終止測點(diǎn)，按照導(dǎo)線點(diǎn)編號及導(dǎo)線方向填寫;樣品起點(diǎn)高度與終點(diǎn)高度設(shè)置為-1，即樣品高于中段水平1 m設(shè)置;起點(diǎn)橫距或終點(diǎn)橫距，需通過測量巷道樣品起點(diǎn)或終點(diǎn)到導(dǎo)線的水平垂距獲得;樣品終點(diǎn)步距即為樣品終點(diǎn)到起始測點(diǎn)的距離，可由樣品長度進(jìn)行累加獲得。

以上3張表格填寫完畢后，導(dǎo)入Dimine軟件，然后經(jīng)過數(shù)據(jù)校驗(yàn)并修改錯誤，形成坑道數(shù)據(jù)庫（見圖3）。

2.3 地形模型

Dimine軟件采用不規(guī)則三角網(wǎng)來構(gòu)建地質(zhì)體三維可視化模型。TIF是按地質(zhì)特征采集的點(diǎn)根據(jù)一定規(guī)則連成覆蓋整個區(qū)域且互不重疊的許多三角面構(gòu)成的一個不規(guī)則三角網(wǎng)，先由三維空間坐標(biāo)上點(diǎn)集中的相鄰點(diǎn)，相互之間連成三角面，再由相鄰的三角面組成三角網(wǎng)，形成上下不漏氣的面。對礦區(qū)地形資料進(jìn)行分析，去除無用的信息，保留地形等高線、勘探線、道路等建模所需信息，并進(jìn)行整理優(yōu)化、分圖層進(jìn)行管理，最后保存為Dimine軟件的文件格式。利用Dimine軟件“等高線賦值功能”可快速對等高線進(jìn)行高程賦值。高程賦值完成后，在三維狀態(tài)下通過旋轉(zhuǎn)圖形觀察線條和點(diǎn)的賦值是否正確。高程賦值后的金山金礦地形見圖4。

2.4 巷道模型

Dimine軟件中建立巷道模型的方法有步距法、雙線法、極坐標(biāo)法、斷面法、腰線法等，根據(jù)巷道性質(zhì)、形態(tài)的需要選擇相應(yīng)的方法，實(shí)際應(yīng)用中多采用雙線法和斷面法。金山金礦巷道模型主要采用雙線法生成巷道模型（見圖5）。

2.5 礦體模型

在三維解譯之前，將地質(zhì)勘查提供的圖紙導(dǎo)入Dimine軟件后，將礦體邊界線提取到同一文件下，為進(jìn)行三維解譯提供參考。由于金山金礦礦體不連續(xù)性明顯，如V1礦體同時存在多個比較大的分礦體，并且小礦體眾多;因此將同礦體編號的輪廓線放在同一圖層中，且將有連接關(guān)系的礦體輪廓線置于同一下級圖層中，沒有連接關(guān)系的置于小礦體圖層中，建立的礦體模型見圖6。

2.6 儲量模型

儲量模型為地質(zhì)應(yīng)用的一個方向，主要是使用之前建立的地質(zhì)數(shù)據(jù)庫與礦體模型進(jìn)行儲量推算。Dimine 軟件提供了完善的儲量統(tǒng)計方案，主要包括傳統(tǒng)的斷面法、塊段法，同時還提供以距離冪或克里格法為基礎(chǔ)的塊段模型儲量推估方案。塊段模型的主要思想為將礦體細(xì)化為一定小尺寸的基礎(chǔ)塊，由這些同尺寸的基礎(chǔ)塊構(gòu)建礦體模型，通過空間插值方法推估這些基礎(chǔ)塊質(zhì)心點(diǎn)的平均品位，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行儲量的統(tǒng)計和計算，為實(shí)現(xiàn)地質(zhì)資源儲量的動態(tài)管理、采礦設(shè)計指標(biāo)計算、開采評價等提供數(shù)據(jù)。距離冪及克里格法即是提供這種空間插值的一種數(shù)學(xué)方案。由于克里格法對數(shù)據(jù)的變異性要求較高，金山金礦儲量統(tǒng)計采用以距離冪為基礎(chǔ)的塊段模型進(jìn)行估算儲量[4]。

一般情況下，礦體外部低品位礦的混入會對礦體平均品位造成貧化，而內(nèi)部高品位礦會相應(yīng)提高礦體平均品位。因此，在使用數(shù)據(jù)庫進(jìn)行品位推估前，需要處理低品位礦和高品位礦。使用Dimine軟件的過濾機(jī)制能對高品位和低品位樣段進(jìn)行處理，樣品處理依據(jù)地勘報告中關(guān)于邊界品位與工業(yè)品位等工業(yè)指標(biāo)的界定。

使用Dimine軟件提供的塊段模型功能建立礦體的儲量模型。建立的塊段模型應(yīng)盡量反映礦床的主要特征：礦體形態(tài)和斷層地質(zhì)構(gòu)造，礦體空間形態(tài)與地表、工程的關(guān)系。因此，確定塊段模型范圍時，需要考慮礦床在空間上延伸的方向和長度。具體建模參數(shù)后續(xù)研究。再將塊段模型賦值完成，可使用塊段模型中的塊段統(tǒng)計功能進(jìn)行儲量統(tǒng)計，獲得金山金礦的儲量統(tǒng)計量表。

該方案的優(yōu)勢與傳統(tǒng)方案相比，可以很方便地獲得金山金礦的品位分布情況，為礦山的探礦規(guī)劃和精細(xì)化采礦提供數(shù)據(jù)支撐，同時大量的工作由計算機(jī)自動完成，操作簡便。

3 結(jié) 語

金山金礦利用Dimine軟件建立礦區(qū)三維模型后，為礦山地質(zhì)、測量、采礦工程技術(shù)人員及管理者提供精準(zhǔn)高效的設(shè)計和管理手段，能夠更加直觀地了解金山金礦礦體分布規(guī)律及內(nèi)部構(gòu)造等信息，使地質(zhì)信息數(shù)字化、可視化，為資源的合理利用開發(fā)及儲量的動態(tài)管理提供了條件，也為公司建設(shè)數(shù)字化礦山奠定了基礎(chǔ)。

[參 考 文 獻(xiàn)]

[1] 江西有色地質(zhì)勘查四隊.江西省德興市金山金礦田金山金礦區(qū)金礦勘探地質(zhì)報告[R].景德鎮(zhèn)：江西有色地質(zhì)勘查四隊，1993.

[2] 林永峰，王傳崔.無軌機(jī)械化安全高效回收殘礦技術(shù)應(yīng)用[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2014（30）：842-843.

[3] 馮瑞，李雪峰，高占義，等.Dimine軟件在烏山銅鉬礦三維礦體模型中的更新及應(yīng)用[J].黃金，2015，36（3）：48-52.

[4] 長沙迪邁數(shù)碼科技股份有限公司.DIMINE數(shù)字采礦軟件操作手冊[R].長沙：長沙迪邁數(shù)碼科技股份有限公司，2016.

Application of Dimine software in the 3D modeling of Jinshan Gold Mine

Lin Yongfeng1，Zhang Wenguo2，Jin Bao1，Wu Ying1

（1.Jiangxi Jinshan Mining Co.，Ltd.，China National Gold Group Co.，Ltd.; 2.Lingyuan Rixing Mining Co.，Ltd.）

Abstract：Based on 3D modeling theory，3D visualization of underground mines is an important part of mine digital construction and an inevitable trend of mine development in the future.In the case study of Jinshan Gold Mine，Dimine software is used to establish the geological database and related threedimensional model.The geological basic database，terrain model，roadway model，ore body model and reserve model are introduced in detail.Based on 3D visualization model，the ground terrain，spatial morphology of ore body，and its spatial relation in mines can be displayed in a more explicit way，which is significant to safe production in mines，reasonable development and utilization of mine resources，and longterm mine development.

Keywords：digitization;3D visualization;Dimine software;3D modeling;database;safe production