劉國棟，王國棟?。ㄙR州市金琪礦業(yè)有限責(zé)任公司）
摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，利用計(jì)算機(jī)模擬的三維模型可直觀展示物體空間狀態(tài)。三維礦業(yè)模型是針對礦山開發(fā)的計(jì)算機(jī)模型，可將礦體產(chǎn)狀、儲量、采切工程、開拓系統(tǒng)和采空區(qū)等信息直觀、準(zhǔn)確地展示出來，是礦山開采工藝發(fā)展的一個(gè)里程碑。
關(guān)鍵詞：三維模型 地質(zhì)模型 礦山 計(jì)算機(jī)技術(shù)
引言
賀州市金琪礦業(yè)有限責(zé)任公司張公嶺礦（下稱張公嶺礦）開采歷史悠久，由于年代的久遠(yuǎn)，很多老資料現(xiàn)已殘缺不全甚至丟失，上部中段的地質(zhì)資料、開采狀況和井巷布置等情況難于描述，現(xiàn)有資料信息龐大、格式眾多、內(nèi)容比較凌亂，翻閱查找很不方便。為將所有資料匯集成為一個(gè)整體，方便查找使用，公司適時(shí)引入三維礦業(yè)模型，集所有信息為一體，融合地質(zhì)、測量、采礦等專業(yè)信息，向科技礦山、信息礦山邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。
1、三維礦業(yè)模型發(fā)展現(xiàn)狀
三維模擬技術(shù)近年來迅猛發(fā)展，利用三維軟件制作的場景栩栩如生，可以全方位、多角度地觀察物體，相比平面圖紙其優(yōu)勢非常明顯。三維模擬不僅僅局限于影視動(dòng)畫，在工業(yè)生產(chǎn)同樣可以發(fā)揮巨大的作用。當(dāng)前三維模型在工業(yè)上尚未普遍應(yīng)用，主要在室內(nèi)裝修三維設(shè)計(jì)、服裝三維設(shè)計(jì)和工藝品模型設(shè)計(jì)等領(lǐng)域略有推廣，即便如此也已經(jīng)取得了較好的效果。
國內(nèi)三維模型的發(fā)展比國外落后一步，當(dāng)前主流三維設(shè)計(jì)軟件為國外軟件，專業(yè)三維設(shè)計(jì)公司在國內(nèi)也比較少見。時(shí)代進(jìn)步、科技發(fā)展，對于新興事物應(yīng)當(dāng)盡快開發(fā)利用才能追趕甚至引領(lǐng)發(fā)展潮流。
三維模型在礦山中的應(yīng)用有著巨大的價(jià)值，礦體深埋地下，如何描述其空間產(chǎn)狀；井下井巷工程交錯(cuò)縱橫，如何直觀展現(xiàn)；空區(qū)位置和邊界如何確定等等。針對這些問題三維礦業(yè)模型都能給予滿意的解答，三維礦業(yè)模型值得礦山推廣。
當(dāng)前國內(nèi)外主流三維軟件有3dsmax、Rhino、Maya、Lightwave等，專門針對礦業(yè)開發(fā)的軟件有micromine、3Dmine等。每款軟件基本功能類似，與此同時(shí)都有各自的特點(diǎn)，比如針對場景渲染的3dsmax，其繪制的場景模型非常逼真，光影立體感很強(qiáng)；針對工業(yè)設(shè)計(jì)的Rhino，其在模型建立比較方便而且精確。礦業(yè)有著自身獨(dú)特之處，普通三維軟件不涉及品位分析、儲量計(jì)算、礦塊圈定和鉆孔數(shù)據(jù)等內(nèi)容，micromine和3Dmine等針對礦業(yè)而開發(fā)的模型對于礦山工作者來說恰到好處，使用起來得心應(yīng)手，十足有一種相見恨晚的感覺。
2、地質(zhì)模型
計(jì)算機(jī)構(gòu)建的三維虛擬模型是立體狀態(tài)，拖動(dòng)鼠標(biāo)可以從空間任意角度觀察所建立的模型，井下儲藏的礦體可以非常直觀的展現(xiàn)在面前，旋轉(zhuǎn)、縮放、轉(zhuǎn)動(dòng)等操作方式非常方便。
模型本身的建立以點(diǎn)、線、面為基礎(chǔ)，并添加三維繪圖方式，使得圖形的繪制過程比較簡單，容易學(xué)習(xí)也容易操作，有平面繪圖功底 更加容易掌握。
軟件具有三維空間坐標(biāo)，可以精確的定位一個(gè)點(diǎn)。通過輸入大量測量點(diǎn)形成不規(guī)則曲面的功能可以展現(xiàn)地貌，可以直觀的判斷山坡坡度等信息，對于廠地選址提供了重要信息。相比平面等高線圖，三維模型具有明顯的優(yōu)勢，如實(shí)的展現(xiàn)地形地貌。
圖1 張公嶺礦三維模型圖（局部）
軟件對于原始數(shù)據(jù)毫無修改地保留，以供日后查詢，節(jié)約了翻閱原始記錄的繁瑣過程。軟件不僅僅可以查詢空間點(diǎn)坐標(biāo)，與平面計(jì)算機(jī)軟件類似，可以查詢線段長度、平面圖形面積等，還可以查詢封閉物體體積（容積）等信息。針對查詢封閉物體體積這一功能想必技術(shù)人員會感興趣，原始的計(jì)算不規(guī)則物體的體積（容積）方法非常麻煩，計(jì)算量很大，以尾礦庫容積為例，根據(jù)等高線和高差，將不規(guī)則的幾何體分割成很多個(gè)規(guī)則的幾何體，然后逐一計(jì)算最后累加，龐大的計(jì)算量可想而知。而通過三維軟件只需要選中物體進(jìn)行點(diǎn)擊查詢即可，工作量大大減少。
三維礦業(yè)模型并不僅僅是一個(gè)虛擬的模型而已，相對于其他三維軟件，三維礦業(yè)模型還專門開發(fā)了刻槽編錄、礦體圈定、鉆孔分析、儲量計(jì)算等內(nèi)容。
刻槽編錄信息可以存儲到軟件中，并輸入化驗(yàn)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)庫的形式存儲，待查詢時(shí)調(diào)出數(shù)據(jù)庫即可呈現(xiàn)出來。當(dāng)設(shè)定入采品位值時(shí)，系統(tǒng)可以自動(dòng)檢索，將礦體邊界圈定出來，以不同的顏色表示，色彩分明，易于區(qū)分。普通的儲量計(jì)算方法也非常繁瑣，由于每個(gè)刻槽的刻樣數(shù)不一定相同，需要逐個(gè)刻槽進(jìn)行平均，這樣反復(fù)的計(jì)算工作量很大。利用三維礦業(yè)軟件則比較簡便，當(dāng)需要查詢礦體儲量時(shí)，系統(tǒng)綜合礦體品位、刻槽編錄數(shù)據(jù)和礦體界線等信息計(jì)算出礦體儲量，節(jié)約了礦山地質(zhì)工作者大量時(shí)間和精力。軟件的計(jì)算方法都有解釋說明，大可不必懷疑儲量計(jì)算的合理性，當(dāng)然可以將計(jì)算結(jié)果與手工計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比驗(yàn)證進(jìn)行判斷。
不僅僅是刻槽編錄，鉆孔的信息同樣可以輸入并參與計(jì)算。根據(jù)鉆孔參數(shù)及實(shí)際數(shù)據(jù)可以呈現(xiàn)出鉆孔空間狀態(tài)，以便于觀察其偏斜程度。凌亂的小支脈之間的關(guān)系甚是難以判別，是礦山地質(zhì)工作的一個(gè)難題，三維模型將地探中所有鉆孔穿過的小支脈展現(xiàn)出來，便可以很容易的判斷支脈的間滅再現(xiàn)、膨大縮小現(xiàn)象，這對于分析礦體發(fā)育構(gòu)造發(fā)揮了重大的作用，對探礦找礦提供了指導(dǎo)。
當(dāng)?shù)V體模型或地形地質(zhì)模型建立后，便可以很容易生成平切圖或任意角度剖面圖，只需要選擇剖面即可，這無疑是非常便捷的方式。
3、井巷工程模型
礦業(yè)三維模型不僅僅給地質(zhì)工作提供參考，對于礦體開采、井巷布置方案提供了參考依據(jù)，可視化的模型取代了平面上抽象的圖案，立體的場景代替了二維圖片，以此為依據(jù)進(jìn)行分析更加易于設(shè)計(jì)。
施工人員想要理解設(shè)計(jì)人員的意圖，理解平面圖紙的含義并非易事。礦山工作者多為文化水平較低的民工，傳達(dá)設(shè)計(jì)方案有很大的難度，如果理解偏差輕則導(dǎo)致工程報(bào)廢，勞民傷財(cái)，造成經(jīng)濟(jì)損失，并給后期的施工帶來困難，重則導(dǎo)致事故的發(fā)生。如果利用三維技術(shù)向工人講解就比較容易溝通，工人易于理解，在管理上則降低了溝通交流的難度。
施工結(jié)果與設(shè)計(jì)的偏差的檢驗(yàn)可以利用三維模型輕松完成，諸如巷道底板坡度、方位角等信息一目了然，方便了施工管理。
4、采空區(qū)模型
采空區(qū)的處理是困擾礦山的一個(gè)難題，但空區(qū)處理的前提是弄清楚空區(qū)的邊界在哪里，塌陷位置與空區(qū)的位置關(guān)系等信息。
單純靠幾張?jiān)嫉钠拭鎴D讓人大費(fèi)腦筋，努力在腦海中想象空區(qū)的范圍。如果利用三維模型那么空區(qū)在空間的分布這個(gè)問題便迎刃而解，看得見的模型給工作帶來了便捷。
5、三維礦業(yè)模型的其他作用
在新工人安全培訓(xùn)中有一個(gè)重要的環(huán)節(jié)就是熟悉作業(yè)環(huán)境，尤其是井下礦山。新工人在井下無法辨別方向，平面圖紙也看不懂，走在巷道里像是走進(jìn)了迷宮，逛了一圈也沒辦法分清東西南北，這就存在很大的安全隱患，萬一走錯(cuò)方向誤入采空區(qū)或廢棄巷道容易發(fā)生事故。三維模型便可以幫助工人熟悉作業(yè)環(huán)境，形象直觀的立體模型可以很容易分辨，不像平面圖那樣晦澀難懂，看過之后便清楚了各個(gè)通道的去向。三維模型是安全培訓(xùn)中的得力工具，可以發(fā)揮重要作用。
不僅僅是新工人的入職培訓(xùn)，其他單位的客人前來參觀檢查時(shí)利用三維模型進(jìn)行講解也使人比較容易理解。
6、結(jié)語
計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展衍生了許多新技術(shù)，當(dāng)科技革新時(shí)我們應(yīng)當(dāng)追趕時(shí)代潮流。面對計(jì)算機(jī)虛擬三維技術(shù)的發(fā)展不能無動(dòng)于衷，新技術(shù)、新工藝不斷地解放勞動(dòng)力，推進(jìn)機(jī)械化、信息化辦公，減少礦山作業(yè)人員勞動(dòng)量。技術(shù)成本的增加降低了人工成本，與此同時(shí)作業(yè)人員的減少有利于降低安全事故發(fā)生的概率。計(jì)算機(jī)技術(shù)協(xié)同電氣自動(dòng)化技術(shù)正不斷改善生活，革新工藝。
金琪公司積極推進(jìn)虛擬三維技術(shù)，繪制張公嶺礦三維礦業(yè)模型（圖1），目前已取得階段性成果，隨著對軟件掌握程度的加深，將會更加有利于各項(xiàng)業(yè)務(wù)的開展，給礦山工作帶來很大的方便。
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