一种矿山开采三维仿真系统的设计方法

摘要

本发明的一种矿山开采三维仿真系统的设计方法，它解决了矿山开采过程三维仿真技术的质量、精度和智能成图程度不足的缺陷。它包括下述步骤：采用旋转配套TIN网和距离与夹角双权内插法的地形图测绘方法制作地表实体；采用旋错机动网非剖面法直接制作地质勘查成果平、立面图的地质勘查方法制作勘查区地质图件；合成矿山地质三维立体可视化模型；进行露天矿采剥设计或地下矿井的建井、掘进和开采设计，依据建井、采掘或采剥中的原始地质数据求断层两盘断矿(岩)交线的位置和方向，将其增添到矿山地质及开采工程的三维立体可视化动态模型、井巷工程布置平面图和矿(岩)层(体)底板等高(厚)线图中；建立矿山地质及开采管理模块。

主权项

1.采用本发明的矿山开采三维仿真系统的设计方法，以解决由于现有矿山开采三维仿真系统中地表实体数据结构间的呼应、配合不足，没有对相邻数据间组成的相邻三角形平面间夹角的影响予以直接考虑，勘查区地质图件的质量和精度不足，矿山开采过程中地质数据的二次开发不足，地质部分智能成图程度不足的缺陷，它包括以下步骤：(1)、采用旋转TIN网和距离与夹角双权内插法的地形图测绘方法制作三维地形，(2)、采用旋转TIN网和非剖面法直接制作平、立面图的地质勘查方法制作勘查区三维勘查图件，(3)、用前述一和二的内容合成勘查区地质三维立体可视化系统，(4)、在前述三中所述勘查区地质三维立体可视化系统的基础上进行露天矿的采剥设计或地下矿井的建井、掘进和开采设计，依据建井和采掘(采剥)中所揭露原始地质数据求得断层两盘断矿(岩)交线的位置和方向，并将其及时增添到矿山地质及开采工程的三维立体可视化动态模型、井巷工程布置平面图、矿层底板等高线及储量计算图中，形成矿山(或矿井)地质和开采(采掘或采剥)三维立体可视化仿真系统，1)、求在垂直于本盘矿(岩)层走向的剖面内自见断层点到断失盘矿(岩)层的垂直距离Δz_m式中h_o是遇断层点的地层断距，是两盘矿(岩)层走向间夹角，α₃为断失盘矿(岩)层真倾角为，2)、求井巷工程中遇断层点沿垂直于r₃方向到另一盘断矿(岩)交点的距离L_f$L_f=\left|\frac{\Delta z_m}{\tan \beta ·\cos |Q_f-r_3|+\tan {\alpha }_3·\cos |Q_m-r_3|}\right|---\left(3\right)$式中Δz_m是在垂直于本盘矿(岩)层走向的剖面内自见断层点到断失盘矿(岩)层的垂直距离，r₃是过断层点不平行于断失盘断矿(岩)交线的任意方向，α₃为断失盘矿(岩)层真倾角为，β是断层倾角，Q_f是断层倾向，Q_m是断失盘矿层倾向，式中，断层倾向与矿层倾向相反时分母中取+号，断层倾向与矿(岩)层层倾向相同时分母中取-号，当r₃＝γ_o时，平面上过井巷工程中截断层点到断矿(岩)交点的距离最短，3)、求井巷工程中遇断层点沿垂直于r₃方向到另一盘断矿(岩)交线的方向ω₃ω₃＝γ₃±90°           (4)式中r₃是过断层点不平行于断失盘断矿(岩)交线的任意方向，在下列情况时式中取-号①z_f＞z_m、Q_f-δ＞90°、r_o＜Q_m、r_o＞Q_f(或r_o＜Q_f、r_o＞Q_m)②z_f＞z_m、Q_f-δ＞90°、r_o＜Q_m、r_o＜Q_f(或r_o＞Q_f、r_o＞Q_m)、β₂＞α₂③z_f＞z_m、Q_f-δ≤90°、r_o＜Q_m、r_o＜Q_f(或r_o＞Q_f、r_o＞Q_m)、α₂＞β₂④z_m＞z_f、Q_f-δ＞90°、r_o＜Q_m、r_o＜Q_f(或r_o＞Q_f、r_o＞Q_m)、α₂＞β₂⑤z_m＞z_f、Q_f-δ≤90°、r_o＜Q_m、r_o＞Q_f(或r_o＜Q_f、r_o＞Q_m)⑥z_m＞z_f、Q_f-δ≤90°、r_o＜Q_m、r_o＜Q_f(或r_o＞Q_f、r_o＞Q_m)、β₂＞α₂在下列情况时式中取+号①z_f＞z_m、Q_f-δ＞90°、r_o＜Q_m、r_o＜Q_f(或r_o＞Q_f、r_o＞Q_m)、α₂＞β₂②z_f＞z_m、Q_f-δ≤90°、r_o＜Q_m、r_o＞Q_f(或r_o＜Q_f、r_o＞Q_m)③z_f＞z_m、Q_f-δ≤90°、r_o＜Q_m、r_o＜Q_f(或r_o＞Q_f、r_o＞Q_m)、β₂＞α₂④z_m＞z_f、Q_f-δ＞90°、r_o＜Q_m、r_o＞Q_f(或r_o＜Q_f、r_o＞Q_m)⑤z_m＞z_f、Q_f-δ＞90°、r_o＜Q_m、r_o＜Q_f(或r_o＞Q_f、r_o＞Q_m)、β₂＞α₂⑥z_m＞z_f、Q_f-δ≤90°、r_o＜Q_m、r_o＜Q_f(或r_o＞Q_f、r_o＞Q_m)、α₂＞β₂4)、求井巷工程中遇断层点沿垂直于r₃方向到另一盘断矿(岩)交线距离处断矿(岩)交点A的高程Z_mfZ_mf＝Z_f±L_f·tanβ₂＝Z_f±L_f·tanβ·cos|Q_f-r₃|    (5)式中Z_f见断层点的高程，r₃是过断层点不平行于断失盘断矿(岩)交线的任意方向，β是断层倾角，Q_f是断层倾向，在下列情况时式中取-号①z_f＞z_m、Q_f-δ＞90°、r_o＜Q_m、r_o＞Q_f(或r_o＜Q_f、r_o＞Q_m)②z_f＞z_m、Q_f-δ＞90°、r_o＜Q_m、r_o＜Q_f(或r_o＞Q_f、r_o＞Q_m)、β₂＞α₂③z_f＞z_m、Q_f-δ≤90°、r_o＜Q_m、r_o＞Q_f(或r_o＜Q_f、r_o＞Q_m)④z_f＞z_m、Q_f-δ≤90°、r_o＜Q_m、r_o＜Q_f(或r_o＞Q_f、r_o＞Q_m)、β₂＞α₂⑤z_m＞z_f、Q_f-δ＞90°、r_o＜Q_m、r_o＜Q_f(或r_o＞Q_f、r_o＞Q_m)、α₂＞β₂⑥z_m＞z_f、Q_f-δ≤90°、r_o＜Q_m、r_o＜Q_f(或r_o＞Q_f、r_o＞Q_m)、α₂＞β₂在下列情况时式中取+号①z_f＞z_m、Q_f-δ＞90°、r_o＜Q_m、r_o＜Q_f(或r_o＞Q_f、r_o＞Q_m)、α₂＞β₂②z_f＞z_m、Q_f-δ≤90°、r_o＜Q_m、r_o＜Q_f(或r_o＞Q_f、r_o＞Q_m)、α₂＞β₂③z_m＞z_f、Q_f-δ＞90°、r_o＜Q_m、r_o＞Q_f(或r_o＜Q_f、r_o＞Q_m)④z_m＞z_f、Q_f-δ＞90°、r_o＜Q_m、r_o＜Q_f(或r_o＞Q_f、r_o＞Q_m)、β₂＞α₂⑤z_m＞z_f、Q_f-δ≤90°、r_o＜Q_m、r_o＞Q_f(或r_o＜Q_f、r_o＞Q_m)⑥z_m＞z_f、Q_f-δ≤90°、r_o＜Q_m、r_o＜Q_f(或r_o＞Q_f、r_o＞Q_m)、β₂＞α₂在矿山地质及开采工程的三维立体可视化模型中重新进行断层和矿(岩)层(体)作对比，重新确定断层交截关系和断层尖灭关系，并重新进行断层和矿(岩)层(体)的统一编号，更正勘探阶段错误的相邻钻孔中断矿(岩)交线的连接，依据断层交截关系和断矿(岩)交点处断矿(岩)交线的方向进行两断层或多断层交截处断矿(岩)交线的连接，依据断层尖灭关系和断矿(岩)交点处断矿(岩)交线的方向连接尖灭处断层的断矿(岩)交线，在断层分割后的同一断块内的勘查网中三角形边上内插制作矿(岩)层底板等高线所用高程点的高程，用内插高程点所在三角形边上两端点处矿(岩)层(体)走向值进行加权平均求得内插高程点处矿(岩)层(体)走向，在断层分割后的同一断块内依据高程点处矿(岩)层(体)走向用曲线圆滑连接相邻的同一高程值的高程点，重新圈定储量级别，并进行储量计算，制作矿山压力与岩移、矿(岩)体等厚线图、围岩等厚线图、矿(岩)层层间距等值线图、矿化指标等值线图、瓦斯等值线图、岩系地层等厚线图、水文地质图、潜水位等值线图、承压水位等值线图、岩相图、岩相古地理图、矿(岩)层或矿(岩)体顶底板岩性分布图、岩浆岩分布图、地形地质图、地层综合柱状图、构造地质图，利用地质学理论、地质统计学方法、分形理论配合矿山地质和矿山开采的二维图件和三维立体图件及模型进行探采对比研究，并进行认知性地质规律的定性和定量总结，用以指导其它勘查区的勘查设计、地质研究或矿井的设计、建井和开采工作，(5)、矿山开采三维仿真系统管理模块设计在前述四中所述矿山(或矿井)地质和采掘(或采剥)三维立体可视化仿真系统的基础上进行1)、矿山地形原始数据的查询和管理，2)、勘查的原始地质资料、二次开发数据和勘查成果资料的查询和管理，3)、测量数据的查询和管理，4)、井巷工程资料的查询和管理，5)、建井时原始地质资料、二次开发数据和修改后矿山地质资料的查询和管理，6)、采掘或采剥时原始地质资料、的二次开发数据和修改后矿山地质资料的查询和管理，7)、建井、采掘或采剥计划的编制和管理，8)、矿山或矿井地质图件的制作和管理，9)、矿山或矿井地质和采掘(或采剥)说明书的编制，10)、矿山或矿井机械设备及使用情况的查询和管理，矿井通风系统的查询和管理，11)、矿山或矿井水文资料的查询和管理，12)、矿井瓦斯资料的查询和管理，13)、矿山或矿井压力资料的查询和管理，14)、矿山或矿井岩移资料的查询和管理，15)、采空区资料的查询和管理，16)、生产进度资料的查询和管理，17)、矿山土地复垦资料的查询和管理，18)、矿山或矿井电力资料的查询和管理。