Ｇ 地质矿产 ｅｏｌｏｇｙ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｍｉｎｅｓ 煤矿地层三维可视化研究与实现 代 琦 （安阳鑫龙煤业，河南安阳４５５１３３） 摘要：煤矿地层三维可视化是运用三维地学模拟方法对现实矿山的三维空间实体在计算机系统中进行三维模 拟，文章研究和分析了煤矿三维地质建模技术及相关算法，研究了分别基于面、体和混合结构的数据模型， 平面的剖分算法、地质界面的插值方法和基于三棱柱的地质体剖切算法，模型的三维可视化技术等，根据煤 矿三维可视化系统的要求，设计实现三维地质模型显示的实验系统。 关键词：煤矿地层；三维可视化；三维地质建模 中图分类号：ＴＰ３９１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９－２３７４（２０１２）１８ 数字矿山是以矿山系统为原型，以地理坐标为 现三维地质空间的可视化有助于更好的了解地下地 参考系，综合矿山科学技术、信息科学、人工智能 质体形态和三维空间关系等。本文将从数据模型和 和计算科学，建立数字化、信息化、虚拟化、智能 软件开发两方面分析三维地质建模研究现状。 化、集成化等综合自动化的现代矿山系统。煤矿 东滩煤矿是我国目前井工开采生产规模最大的 地层三维可视化就是运用三维地学模拟对现实矿山 现代化特大型矿井之一，位于山东省邹城、兖州、 的三维空间实体在计算机系统中进行三维模拟显 曲阜三市接壤地区，兖州向斜的核部和深部，地质 示，如三维地层、断裂、矿体和巷道的真三维动态 构造复杂程度属中等，以宽缓的褶皱为主，伴有一 显示、三维巷道的空间拓扑分析、三维矿体的体 定数量的断裂构造，断层的发育有明显的分区性。 积、储量的计算等。论文将通过Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｏｆｆｉｃｅ 本文基于东滩煤矿十四采区内的钻孔基础数据，主 ＡｃＣｅＳＳ２００３建立钻孔数据库作为后台地质基础信 要选取了煤层厚度相对较大的３上煤层及其顶板砂 息，在ＶＳ２００５开发环境下，利用ＯＧＲＥ图形库函数标 岩和底板泥岩在十四采区中的部分地层数据。 准，实现格网一三角网混合数字高程面模型（Ｇｒｉｄ— ＴＩＮ）和三棱柱（ＧＴＰ）体模型三维可视化，然后填 ２模型算法研究 充各种岩性的纹理、加入对三维模型的操作功能， ２．１ 煤矿三维地质建模技术研究 最终建成三维地质模型的三维可视化系统。 在计算机中进行二维显示或三维虚拟显示时， 需要把地下复杂的、难以全面获取信息和直接表示 １ 研究背景及试验区概况 的地质实体进行抽象，提取实体的主要特征元素进 目前，我国很多煤矿在生产信息化方面比较薄 行量化，利用一定的有效数据模型进行近似模拟， 弱，对矿井信息的存储管理多借助于纸质的图、表和 逼近表达。在不同的应用领域，根据不同模型的表 二维的ＧＩＳ软件，这些信息不能直观的反映在煤矿生 达优势，需要不同的模型来对地质实体进行逼近显 产过程中所遇到的一些地质现象和工程问题。另外煤 示。根据国内外的研究现状，煤矿三维地质体的模 矿的稳定、安全的生产对我国的经济建设具有很重要 拟方法概括有三种，即基于曲面模拟、体元模拟和 的作用，但频繁发生的煤矿安全事故（例如瓦斯爆 混合结构模拟。 炸、突水等）严重影响着我国煤矿工业的安全生产和 ２．１．１ 曲面模拟 发展。基于以上问题的提出，在数字矿山的建设中实 基于面的煤矿三维数据模型主要用于对三维地 ２０１２ ０６ ｏ中阎高新技扣 址、１３５ 质实体的表面进行表示，像地表地形、某一地层 顶底板层面、构筑物或工程的空间框架和轮廓。目 前，常用的基于曲面的煤矿三维地质模型有线框模 型（Ｗｉｒｅ Ｆｒａｍｅ Ｍｏｄｅ１）、样条曲面模型（Ｓｐｌｉｎｅ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｄｅ１）、形状模型（Ｓｈａｐｅ）、面片 模型（Ｐａｔ ｃｈ Ｍｏｄｅ１）、边界模型（Ｂｏｕｎｄａｒｙ Ｍｏｄｅ１）、断面模型（Ｓｅｃｔｉｏｎ Ｍｏｄｅ１）和多层ＤＥＭ 模型（Ｍｕｌｔｉ—ＤＥＭ Ｍｏｄｅ１）。 ２．１．２体元模拟 在实际应用中，规则体元通常用于对水体和污 染等环境问题进行建模；非规则体元则是有采样约 束的、基于地层界面和地质构造的面向实体的三维 数据模型，所以在三维地质建模中主要采用非规则 体元模型。常用的体模型方法有结构实体几何模型 方法（ＣＳＧ）、三维栅格模型方法（Ａｒｒａｙ）、块模 型方法（Ｂ１ｏｃｋ）、八叉树模型方法（Ｏｃｔｒｅｅ）、 三棱柱模型方法（Ｔ Ｐ）和四面体模型方法 （ＴＥＮ）等。 ２．１．３混合结构模拟 利用面模型和体模型的优点，各自的缺 点，文章采用混合结构的三维数据模型，混合结构 的三维数据模型有Ｇｒｉｄ－ＴＩＮ混合模型、ＴＩＮ＋Ｏｃｔｒｅｅ 混合模型、ＴＥＮ＋Ｏｃｔｒｅｅ混合模型及面向对象的数据 模型（Ｏ０３Ｄ）。 ２．２三维数据模型相关算法研究 在三维地质实体建模过程中需要用到许多的地 质数学算法问题，例如根据有限的采样点数据插值 生成任意一点的空间位置信息或属性信息的方法、 地层的构模算法、切割算法、挖掘算法等。 ２．３模型的三维可视化技术 文中用到了ＯＧＲＥ图形绘制 引擎，即面向对象 的图形渲染引擎（ＯｂＪ ｅｃｔ—Ｏｒｉｅｎｔｅｄ ＧｒａｐｈｉｃＳ Ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅ），它是一个完全开源的、 跨平台的图形绘制引擎，以插件的形式调用其它 图形行库的图形渲染接口（目前主要为ＯｐｅｎＧＬ和 Ｄｉｒｅｃｔ３Ｄ）。ＯＧＲＥ利用高度的抽象方法，以更加直 观的、简洁的、灵活的方法接口把不同类型的３Ｄ应 用程序接口封装起来，实现３Ｄ场景的渲染。 ２．４建立地质数据库 本文通过整理原始钻孔勘探资料，基于 Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ａｃｃｅｓｓ ２００３建立三维地质模型可视化 系统的后台地质属性数据库。地质数据库系统包括 １３６ ｏ中闽高新技：鼢 ２０１２ ０６ 煤矿钻孔基本属性表、煤矿钻孑Ｌ综合确定成果表、 岩层顶底板ＤＥＭ信息表和岩层属性表等。 ３三维地质模型显示实验系统设计与实现 ３．１ 系统设计定位与开发环境 本文的研究目的主要在于对煤矿三维地层建模 的理论方法和操作算法进行研究，与其同步进行 的实验系统定位在建立数字矿山系统中三维地质空 间可视化系统。实验系统的程序开发是在Ｗｉｎｄｏｗｓ 系统下，使用ＶＳ２００５环境中的ＶＣ＋＋程序设计语 言作为开发语言，并利用ＯＧＲＥ图形引擎和简单的 Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ａｃｃｅｓｓ２００３数据库技术集成开发实现系 统的实验功能。 ３．２系统功能设计与实现 在研究有关三维地质模型的理论方法的基础 上，开发的实验系统功能主要包括：地质数据库的 管理与查询、钻孔的虚拟显示、地质界面的模拟显 示、地质体的模拟显示、三维场景操作、模型的 操作。 在运行时，实验系统首先以创建的地质数据库 作为数据来源，加载钻孔基础数据信息，以编码生 成的纹理库作为岩性纹理图案的绘制来源。然后基 于这些离散的钻孔数据进行插值。最后创建并生成 整个实验区内的基于格网一三角网混合数字高程面 模型（Ｇｒｉｄ—ＴＩＮ）和基于三棱柱（ＧＴＰ）的地层体 模型。实验系统运行过程如图ｌ所示： 图１数据库连接界面和三维模拟界面 ４结论 本文深入并系统地研究了基于面、体和混合结 构的煤矿三维数据模型及其可视化技术，同时有针 对性地对地质界面的插值算法、平面剖分算法和基 于三棱柱的地质体剖切算法进行了研究；研究了钻 孔基础数据的特征和处理方法，并根据数据库技术 建立了论文需要的后台地质数据库；根据煤矿三维 地质模型的模拟和可视化技术的要求以及软件系 统的开发原则，在ＶＳ２００５环境下，利用Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ａｃｃｅｓｓ２００３作为后台数据库和ＯＧＲＥ图形引擎为显示 台山电厂露天煤场防塌方研究 畅学辉 （神华广东国华粤电台山发电有限公司，广东台山５２９２２８） 摘要：电能是国民经济的主要动力，电力生产消耗的能源在我国能源总消耗中占得比重很大，因此提高电能 生产的经济性具有十分重要的意义。文章总结了神华广东国华粤电台山发电有限公司近几年来煤场防塌方的 经验，以提升煤场管理水平，降低燃煤存储损耗，提高火电企业的核心竞争力。 关键词：存储能力；干煤棚；防雨布；周转率；煤包固定法；绳索固定法 中图分类号：ＴＭ６２１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９—２３７４（２０１２）１８ １ 煤场概况 ２天气特点 神华广东国华粤电台山发电有限公司（以下简 ２．１降雨量大，持续时间长 称台电）位于广东省西南沿海台山市铜鼓湾，一期 台电所处地域暴雨天气主要有两种：一是每年 工程建设规模为５ Ｘ ６００ＭＷ亚临界机组，煤场有效 端午节前后，广东地区冷暖空气交汇，往往会出现 堆煤面积为１０１８８０ｍ ，最大存储能力为５５万吨，按 大而集中的降水天气，俗称“龙舟水”；二是５～９ 照日耗煤量２．７万吨计算，可满足五台发电机组２０ 月份的强对流天气带来强降雨，下表是台电重件码 天的耗量要求，煤场配置三台堆／取料出力分别为 头海洋观测站记录的近两年降雨量数据： ３Ｏ００／１６０Ｏｔ／ｈ的斗轮堆取料机，建有干煤棚一个， 储存能力为５万吨，仅能满足五台发电机组２天干煤 耗量，根据多年观测数据显示，厂区多年平均降水 量为２１８２．５ｍｍ，最大单日降水量达Ｎ５５ｏ．７ｍｍ，雨 季如何防止煤场大面积塌方，保障机组干煤供应问 题多年以来一直困扰着台电。 工具，设计了三维地质模型可视化实验系统。ｏ ［４］徐能雄，段庆伟，等．三维地质建模方法及程序实现［Ｍ］ 地质出版社，２０１１． 参考文献 【５】冯兴隆，李德，等．淌塘铜矿三维可视化建模及应用Ｕ］ 【１】 陈学习，吴立新．三维地学模拟现状与发展趋势Ⅱ】＿华 中国矿山工程，２０１１，（６）． 北科技学院学报，２００３，５（２）． ［２］李梅，董平，毛善君．地质矿山三维建模技术研究［Ｉ】．煤 作者简介：代琦（１９８６一），男，江苏丰县人，安阳鑫龙煤业 炭科学技术，２００５，３３（４）． 助理工程师，研究方向：瓦斯地质。 【３］ 陈莉娟．三维巷道模型生成系统的研究与开发【Ｄ】．安 徽理工大学，２００９． （责任编辑：叶小坚） ２０３２ ０６ ｏ中闯高新技ａ 址１３７
