向昶吉

（中鋁國(guó)際工程股份有限公司，北京 100000）

隨著電子信息技術(shù)的迅速發(fā)展，三維可視化虛擬現(xiàn)實(shí)建模也日趨成熟，逐漸應(yīng)用于地礦工程中，并以其直觀、精準(zhǔn)等傳統(tǒng)方法難以比擬的優(yōu)勢(shì)獲得了地質(zhì)工作者的廣泛關(guān)注[1]。由于現(xiàn)代化社會(huì)的快速發(fā)展對(duì)三維可視化技術(shù)的創(chuàng)新和完善要求迫切，地下礦三維可視化建模技術(shù)在全世界得到了日益廣泛的應(yīng)用。由于金屬礦山地礦地勢(shì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，勘探環(huán)境簡(jiǎn)陋，傳統(tǒng)方法難以保障工程運(yùn)行的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，因此需要結(jié)合三維可視化技術(shù)對(duì)地質(zhì)信息進(jìn)行最佳的勘查方法，通過(guò)對(duì)信息的獲取和分析科學(xué)合理的對(duì)地質(zhì)礦業(yè)開(kāi)發(fā)等工作進(jìn)行策劃和指導(dǎo)[2]?；谝陨显?，對(duì)三維可是化技術(shù)在金屬礦山地礦工程中的應(yīng)用流程進(jìn)行設(shè)計(jì)，充分利用三維計(jì)算機(jī)圖形的仿真技術(shù)對(duì)礦山地質(zhì)體及礦山形態(tài)和分布進(jìn)行形象的展示，以便快速獲取礦區(qū)定位信息，有利于專家和工作人員對(duì)信息進(jìn)行準(zhǔn)確的分析和觀察，從而增強(qiáng)地質(zhì)數(shù)據(jù)的表現(xiàn)力和可用性，減少不必要的勘查步驟，簡(jiǎn)化工作流程，提高工作效率，為礦區(qū)開(kāi)發(fā)的穩(wěn)定評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)提供了重要的參考依據(jù)。隨著三維可視化理論與技術(shù)的成熟，必將在礦產(chǎn)勘探工程的施工過(guò)程中起到不可替代的積極的作用。有效解決當(dāng)前金屬礦山地礦勘查工程過(guò)程中常見(jiàn)的數(shù)據(jù)表達(dá)、分析與利用的難題。

1 三維建模的技術(shù)地下礦勘探流程

在對(duì)金屬礦山地礦的地質(zhì)體進(jìn)行勘查檢測(cè)的過(guò)程中，需要進(jìn)行模擬的礦區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)及外部環(huán)境往往十分復(fù)雜，且無(wú)明顯規(guī)律可循，因此傳統(tǒng)的勘查方法對(duì)礦山分布規(guī)律的掌握仍存在一定困難，不能精準(zhǔn)定位礦山，難以對(duì)礦區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)及其他數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確分析。同時(shí)由于礦區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，缺少較為準(zhǔn)確等問(wèn)題，因此傳統(tǒng)勘查方法對(duì)地質(zhì)數(shù)據(jù)的獲取十分困難，且準(zhǔn)確率較低，造成了人力物力資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，極大的降低了工程的施工效率。

隨著近年來(lái)電子技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，三維可視化技術(shù)逐漸受到地質(zhì)勘查工程相關(guān)工作人員的重視，通過(guò)三維可視化技術(shù)可在最短時(shí)間范圍內(nèi)對(duì)礦區(qū)巖層分布、水文地質(zhì)等信息特征進(jìn)行精準(zhǔn)的獲取和直觀的展現(xiàn)。由于金屬礦山地礦的地質(zhì)數(shù)據(jù)普遍存在較多的不確定性，導(dǎo)致三維模擬過(guò)程中原始數(shù)據(jù)離散系數(shù)、分布不均勻等問(wèn)題。為解決上述問(wèn)題對(duì)三維可視化虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)在金屬礦山地礦工程中的應(yīng)用流程進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)如圖1所示。

如圖所示，礦山勘查流程復(fù)雜，不同工序之間相互關(guān)聯(lián)制約，嚴(yán)重影響礦山勘探開(kāi)采系統(tǒng)的工作能力和效率，因此，在利用三維可視化技術(shù)對(duì)整個(gè)礦山的綜合信息進(jìn)行準(zhǔn)確獲取和科學(xué)分析的基礎(chǔ)上，對(duì)礦山勘查開(kāi)采中段生產(chǎn)采掘順序進(jìn)行優(yōu)化，以便提高礦山開(kāi)發(fā)的工作效率。三維可視化建模首先要對(duì)礦區(qū)資料信息的準(zhǔn)確收集和整理，然后根據(jù)獲取的信息建立數(shù)據(jù)庫(kù)，以便對(duì)礦區(qū)信息進(jìn)行合理分析和利用，并依此進(jìn)行三維虛擬仿真模型構(gòu)建。

結(jié)合三維可視化技術(shù)處理平臺(tái)進(jìn)行低下礦勘探工作可有效對(duì)金屬礦山地下勘查信息進(jìn)行直觀形象的圖像展現(xiàn)并進(jìn)行保留，避免了傳統(tǒng)方法難以對(duì)金屬礦山進(jìn)行精準(zhǔn)檢測(cè)分析的工作已難題。另外，三維圖像處理方法設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單操作方便，可有效解決傳統(tǒng)三維圖像處理方法中存在的信息誤差，圖像模糊等問(wèn)題，并通過(guò)非線性函數(shù)三維仿真技術(shù)對(duì)圖像分辨率進(jìn)行改良和優(yōu)化，快速對(duì)金屬礦山勘探數(shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)張和壓縮并對(duì)圖像信息進(jìn)行選擇性保留，避免重要信息的丟失和冗余信息的堆積。

圖1 金屬礦山地礦工程中的應(yīng)用流程

2 三維可視化地下礦采掘方法

在礦山開(kāi)發(fā)過(guò)程中要充分考慮施工過(guò)程的安全性，在保障系統(tǒng)精準(zhǔn)高效運(yùn)行的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出最佳的采掘進(jìn)度計(jì)劃，從而為礦山生產(chǎn)提供科學(xué)合理的指導(dǎo)依據(jù)，因此對(duì)礦體模型進(jìn)行三維可視化研究是整個(gè)礦山勘探系統(tǒng)的基礎(chǔ)和核心內(nèi)容。結(jié)合礦體模型和地表模型數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并組成組合模型，作為金屬看山地礦工程的三維塊體模型參考的基礎(chǔ)，從而對(duì)工程施工過(guò)程進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。

礦區(qū)信息數(shù)據(jù)庫(kù)的建立不僅可以對(duì)礦區(qū)信息進(jìn)行準(zhǔn)確的掌握和分析，從而快速的進(jìn)行三維仿真建模，同時(shí)也有利于為當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)生產(chǎn)部門(mén)提供全面有效的地質(zhì)信息數(shù)據(jù)，以便當(dāng)?shù)卣嚓P(guān)部門(mén)對(duì)工程管理情況進(jìn)行掌控。該系統(tǒng)可有效提高礦區(qū)勘查開(kāi)發(fā)的工作效率，精準(zhǔn)定位工程坐標(biāo)，測(cè)量礦區(qū)數(shù)據(jù)，獲取礦山空間信息，具備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)輸出等功能。以便根據(jù)地下礦區(qū)的基本特征信息，設(shè)計(jì)采掘進(jìn)度計(jì)劃編制，簡(jiǎn)化勘查開(kāi)采程序，節(jié)省工程能源和資金的消耗。以三維可視化技術(shù)為基礎(chǔ)對(duì)金屬礦山地礦工程進(jìn)行建?？沙浞譂M足對(duì)提高地下礦采掘進(jìn)度和工作效率的設(shè)計(jì)要求。

金屬礦山地礦的采掘過(guò)程主中要對(duì)各類工程施工項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)和有效編制記錄。通過(guò)對(duì)三維可是化技術(shù)和數(shù)字采礦軟件系統(tǒng)平臺(tái)的有效結(jié)合實(shí)現(xiàn)了地下礦挖掘生產(chǎn)計(jì)劃的編制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)，從而全面實(shí)現(xiàn)了度金屬礦山地礦儲(chǔ)量間科學(xué)估算、準(zhǔn)確測(cè)量、合理開(kāi)采的設(shè)計(jì)目標(biāo)，優(yōu)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)層次結(jié)構(gòu)，提高礦山勘查的方法向?qū)В瑸榈叵碌V三維可視化計(jì)劃編制實(shí)現(xiàn)提供可靠的技術(shù)支撐。

3 礦山三維可視化模型應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

基于三維可視化技術(shù)對(duì)金屬礦山地礦勘探工程進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，從而制定出科學(xué)合理的裁決計(jì)劃編制，在對(duì)礦山地質(zhì)進(jìn)行準(zhǔn)確的三維建模和精確采掘規(guī)劃的基礎(chǔ)上，以三維數(shù)字礦山軟件作為系統(tǒng)運(yùn)行依據(jù)，以礦山采掘生產(chǎn)工序、作業(yè)場(chǎng)地和人員設(shè)備的工作效率為約束，結(jié)合現(xiàn)代數(shù)學(xué)等理論和方法，對(duì)礦區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)等信息進(jìn)行模擬和優(yōu)化，通過(guò)三維可視化技術(shù)對(duì)礦體的內(nèi)部性質(zhì)和規(guī)律進(jìn)行直觀準(zhǔn)確的描述，對(duì)金屬礦山地礦結(jié)構(gòu)建科學(xué)合理的分析，更加直觀生動(dòng)的對(duì)礦山地質(zhì)體的空間形態(tài)的表達(dá)。

為了更加準(zhǔn)確地對(duì)金屬礦山勘探信息圖像變化曲面進(jìn)行檢測(cè)，要避免對(duì)金屬礦山地質(zhì)信息進(jìn)行直接追蹤，以避免復(fù)雜的離散邊緣信息，減少地質(zhì)信息勘探的困難程度，從而避免誤差。而三維可視化圖像處理方可較好地對(duì)金屬礦山地質(zhì)勘探邊界曲面信息進(jìn)行重構(gòu)，以滿足邊金屬礦山界曲面模型的可視化處理方法。該方法可有效利用多媒體智能處理平臺(tái)對(duì)三維圖像邊界曲面進(jìn)行展示，以達(dá)到邊界曲面的重構(gòu)的可視化的目標(biāo)。

在對(duì)礦區(qū)進(jìn)行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的過(guò)程中也可以利用三維可視化礦山地質(zhì)模型可以對(duì)露天礦邊坡工程進(jìn)行任意剖切，從而在礦區(qū)開(kāi)采初期階段通過(guò)對(duì)三維模型的剖面圖和工程平面圖對(duì)礦區(qū)地質(zhì)儲(chǔ)量進(jìn)行計(jì)算，并根據(jù)剖面圖對(duì)邊坡的整體邊坡角等進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析從而指定開(kāi)采計(jì)劃。以避免工程進(jìn)行中存在的潛在問(wèn)題，有效地防治工程地質(zhì)災(zāi)害，及時(shí)采取預(yù)防和治理措施。

采用三維可視化技術(shù)對(duì)礦區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行建?？删_采集量，專定位產(chǎn)工作場(chǎng)地、提高工作效率、設(shè)計(jì)科學(xué)的采掘進(jìn)度計(jì)劃，從而全面高效的完成礦山挖掘和開(kāi)發(fā)工作，實(shí)現(xiàn)工程計(jì)劃的經(jīng)濟(jì)適應(yīng)性、可實(shí)現(xiàn)性和直觀可視性，因此要積極推動(dòng)三維可視化技術(shù)的完善和發(fā)展，促進(jìn)三維可視化技術(shù)從單純的地質(zhì)建模走向生產(chǎn)設(shè)計(jì)和技術(shù)管理的必由之路。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，三維可視化技術(shù)以其直觀、形象、精準(zhǔn)等優(yōu)點(diǎn)在金屬礦山開(kāi)發(fā)過(guò)程中逐漸得到應(yīng)用和普及，有效避免了礦區(qū)定位數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率較低等問(wèn)題，大幅度提高了礦山開(kāi)發(fā)的工作效率，減少了工程開(kāi)發(fā)過(guò)車中的資源消耗和競(jìng)價(jià)損失。將三維可視化技術(shù)應(yīng)用于金屬礦山地礦工程中可精準(zhǔn)快速地對(duì)礦區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)與采礦工程三維信息進(jìn)行展現(xiàn)，從而幫助相關(guān)工作人員對(duì)礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造要素空間關(guān)系進(jìn)行了解和掌握，保障對(duì)礦區(qū)開(kāi)發(fā)步驟進(jìn)行科學(xué)合理的分析和設(shè)計(jì)，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)證實(shí)該方法全面實(shí)現(xiàn)了對(duì)金屬礦山地礦儲(chǔ)量間科學(xué)估算、準(zhǔn)確測(cè)量、合理開(kāi)采的設(shè)計(jì)目標(biāo)，提高了礦山勘查的工作效率，為地下礦開(kāi)發(fā)方法提供可靠的技術(shù)支撐。三維可視化技術(shù)作為對(duì)礦區(qū)開(kāi)發(fā)的穩(wěn)定評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)提供了重要的參考依據(jù)。隨著三維可視化理論與技術(shù)的成熟，必將在礦產(chǎn)勘探工程的施工過(guò)程中起到不可替代的積極的作用。

[1]荊永濱,孫光中,畢林．地下金屬礦山三維可視化采礦設(shè)計(jì)研究[J]．金屬礦山,2017，24(4)：132-136．

[2]劉永剛．基于三維可視化技術(shù)的礦山工程技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用[J]．山東工業(yè)技術(shù),2017，74(14)：120-121．