三维地质模型在矿山帷幕注浆施工工艺中的应用

孙 愚

(华北有色工程勘察院矿山注浆公司)

三维地质模型在矿山帷幕注浆施工工艺中的应用

孙 愚

(华北有色工程勘察院矿山注浆公司)

对基于3DSMAX三维操作平台的地质体三维可视化模型制作过程进行了分析，并结合工程实例，阐述了三维地质模型在矿山帷幕注浆施工工艺中的作用，为提高矿山帷幕注浆效率具有一定的参考作用。

三维可视化技术 3DSMAX 三维地质模型 帷幕注浆

三维可视化技术将复杂的地质学数据、符号创建成三维模型，使得地质工作人员更为直观的理解各种复杂的地质结构，有助于解决在工程应用中出现的各类地质问题[1-5]。以矿山帷幕注浆施工工艺为例，着重阐述了基于3DSMAX三维软件的地质体三维建模思路及其应用。

1 三维地质模型的创建及思路

3DSMAX软件是1套综合型三维模型与三维视频创建系统，利用MAX软件与AutoCAD软件兼容性的特点，将以AutoCAD软件为蓝本的平面图导入MAX软件中进行精确的三维模型创建、材质贴图及三维渲染，制作出还原度较高的三维地质模型及矿山注浆工程施工工艺三维视频，为地质研究提供了全新的三维新思路，为矿山防治水注浆施工工艺进行了直观的三维虚拟漫游，为施工中的隐蔽工程部分提供了三维可视化演示平台。

1.1 模型创建

在地形、地貌的创建过程首先将CAD文件导入MAX软件中，转换成“Edit Mesh”可编辑模式，然后严格参照CAD软件提供的等高线数据进行不规则几何形体创建，根据地质数据逐点、逐线、逐面进行计算、编辑力求与平面图符合，创建地质模型框架。

在地层的创建中，采用同样的方法根据二维的地层剖面图及相关的实际地质数据，创建面转换成“Edit Mesh”可编辑模式，严格参照数据逐点、逐线、逐面进行计算、编辑，最终完成三维地质模型的创建，结果如图1所示。

1.2 材质贴图

自然环境复杂多样的，仅依靠模型不足以对其进行充分表达，为了使得三维地质模型达到还原真实情况的效果，在三维地质模型表面进行材质贴图是不可缺少的一环节。

图1 三维地质模型创建

(1)地表部分。采用真实的绿地、森林效果贴图为地形、地貌模型进行材质贴图。

(2)地层部分。选取有代表性(颜色、构造、文理等)的岩体新鲜断面照片作为地层材质贴图，逐点、逐面为三维地质模型进行材质贴图。也可根据钻孔编录、岩芯照片提供的有代表性的地层，对特殊地层进行特殊的材质编辑，以达到较高的真实度，为地质研究提供更有价值的地质模型。

1.3 渲 染

三维模型和材质贴图以数据的形式储存于MAX软件三维系统中，经过计算机渲染后可导出形成视图形式，见图2。若制作视频，需渲染大量连续性图片。

2 工程应用

2.1 工程概况

河北省邢台市沙河中关铁矿隶属于河北钢铁集团矿业有限公司，该矿探明总储量为9 345万t，为水文地质条件复杂大型矿山。华北有色工程勘察院提出了采用帷幕注浆，堵排结合，以堵为主的矿山防治水综合治理方案，该单位受业主委托于2004—2010年间对中关铁矿帷幕注浆工程进行了勘察、试验、设计以及施工，帷幕注浆实施后矿山已实现安全基建和生产。

图2 三维地质模型渲染后效果

2.2 应用结果分析

根据实际的地质资料，提取有效地质测量数据，创建了河北邢台中关铁矿矿区三维地质模型，该模型不仅包含了矿区主要地貌和地层，还包括项目部、注浆站、道路、村庄的全貌以及帷幕注浆施工工艺流程及地下隐蔽工程帷幕体形成堵水效果的三维视频演示，结果见图3。

图3 中关铁矿帷幕注浆施工工艺三维地质建模

综合分析三维地质模型在帷幕注浆施工工艺的应用情况，其作用主要有：①在竞标过程中，能够直观地演示帷幕注浆施工工程的全程及工程预期达到的效果，提高企业竞争力；②在帷幕注浆施工过程中，建立起标准化、理想化的三维地质模型，模型有利于统一施工思想、明确施工思路；③在帷幕注浆竣工后的科研阶段，采用该三维模型可因地制宜，体现当地工程特点，配合文本资料更直观、具象、清晰地进行阐述，并形成1套完整的、可视化的工程资料，为提高帷幕注浆效率等相关研究工作提供必要参考。

该三维模型清晰诠释了河北邢台中关铁矿帷幕注浆施工过程的方方面面，对注浆的施工工艺进行全面、多角度的解析，有利于各部门人员在统一平台上相互交流，分析工程施工的各环节。制作人员采取改变视点、灯光、透明度、质材、摄像机轨迹等参数，可以非常直观真实的显示地质体的空间形态与分布，从而避免不同专业背景的地质工作者由于空间想象力、理解能力和工作经验的差异造成对同一地质现象理解的偏差。通过技术手段对地层进行切割，方便地质工作者理解地质局部的特殊构造，以解决帷幕注浆施工中遇到的各种问题，提高工作效率。

3 结 论

(1)地质结构具有自然结构复杂性和人工作用的复杂性，传统的二维平面资料无法有效诠释地质工程的需求，三维地质模型将对地质现象和工程施工建立起规范化的数据模式，便于科学管理和精准的系统分析。

(2)利用二维CAD图形与3DSMAX软件具有兼容性的特点，采用3DSAMX软件平台创建三维模型，简述了MAX软件在地质模型中的创建及可行性，并展示了其三维效果。

(3)分析了三维地质模型在矿山帷幕注浆工程中的应用，三维地质模型不仅对于提高帷幕注浆效率具有一定的参考价值，而且对于树立工程形象也有一定的作用。

(4)三维地质建模与可视化是一门复杂的跨领域、跨学科的工程科学，具有涉及的交叉学科多、地学信息复杂、计算几何算法繁多等特点，要实现地质建模和可视化需要整合各专业、各领域的人员进行探索。要开发出一个有较强使用价值的矿山三维地质模拟系统，除了进行三维地质建模等基础性工作之外，还需要结合矿山的具体应用，获取大量相关的地质测量数据并开发出相关的软件配套功能。

[1] 徐 军，刘宏华，祁书恒.三维地质建模在露天采矿设计中的应用[J].现代矿业，2012(12):52-54.

[2] 刘 超，杨金强，李建荣.CATIA在三维地质建模中的应用[J].现代矿业，2012(3):40-41.

[3] 宋宇辰，刘占宁，孟海东.基于SURPAC的罕达盖铁铜矿三维可视化建模[J].现代矿业，2013(10):71-73.

[4] 张耀平，杨双有，卢志刚，等.某采空区地表沉降规律三维可视化处理与分析[J].金属矿山，2013(8):120-123.

[5] 向中林，王 妍，王润怀，等.基于钻孔数据的矿山三维地质建模及可视化过程研究[J].地质与勘探，2009(1):75-81.

2014-11-11)

孙 愚(1982—)，男，工程师，050000 河北省石家庄市汇通路39号。