维普资讯 http://www.cqvip.com 矿业快报 Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．４７３ ＥＸＰＲＥＳＳ ｌＮＦ０ＲＭＡ ｎ０Ｎ 总第４７３期 Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ．２００８ ０Ｆ ＭＩＮＩＮＧ ＩＮＤＵＳＴＲＹ ２００８年９月第９期 ＧＯＣＡＤ地质三维建模技术在矿山边坡工程中的应用 张夏欢高谦 （北京科技大学土木与环境工程学院） 摘要：介绍了ＧＯＣＡＤ地质三维建模技术建模思路及主要建模步骤，并成功利用ＧＯＣＡＤ软 件建立了白云鄂博东矿边坡的地质信息三维可视化模型，为矿山边坡工程地质分析和工程设计提 供可视化参考。 关键词：ＧＯＣＡＤ；三维地质模型；矿山边坡；白云鄂博东矿 中图分类号：ＴＤ８５４．６ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００９－５６８３（２００８）０８－０１１３－０２ １前言 绘数据和地质钻孔数据，生成地质分界面（如岩性 三维地质体可视化研究是当前数学地质、水文 分界面、断层面等），直观展示各地质单元间的空间 工程地质等研究的前沿和热点，也是快速、适时地再 关系和因果关系。 现地质体三维信息及综合分析的有效途径…。 （２）三维建模和网格剖分功能。简单快捷的建 地质信息三维可视化是将建立的三维数学模型 立复杂地质体的三维网格模型，剖分出形状理想的 拟合的地质信息进行图形化、直观化，以便显示任意 六面体网格，为工程数值分析（边坡稳定分析、坝肩 位置的切平面、剖面图及三维立体图。通过三维地 稳定分析等）提供良好的网格前处理。 质可视化建模，地质体的显示会更真实、直观、更准 （３）齐全的数据接口。提供了齐全的通用数据 确、清晰、更具有立体感，从而进一步丰富地质人员 接口，支持自由文本数据，可以直接和ＡＵ ＴＯＣＡＤ、 的空间想象力，有助于人们对该地区地质体形成和 ＥＸＣＥＬ及多种ＧＩＳ软件、图形软件进行数据共享， 发展有更深刻的认识。 ＧＯＣＡＤ生成的网格数据可导入ＡＢＡＱＵＳ、ＦＬＡＣ３Ｄ ２ ＧＯＣＡＤ软件介绍 等数值分析软件使用 。Ｊ。 ２．１ ＧＯＣＡＤ简介 ３应用实例 ＧＯＣＡＤ（Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｏｂｊｅｃｔ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅ－ ３．１场区地质条件 ｓｉｇｎ）是由法国ＥＮＳＧ Ｎａｎｃｙ地质学院（Ｍａｌｌｅｔ，１９８９） 包钢白云鄂博东矿是我国大型露天铁矿之一， 研制的地质造型软件。该软件特别适合模拟和研究 是包钢铁矿石的主要来源基地，位于内蒙古高原大 地质体。 青山北部，包头市以北约１５０ｋｍ。场区位于阴山．天 ＧＯＣＡＤ中的对象包括ＰｏｉｎｔＳｅｔ、Ｃｕｒｖｅ、Ｓｕｒｆａｃｅ、 山巨型纬向构造带中段，地质构造复杂，断层发育。 Ｓｏｌｉｄ、Ｖｏｘｅｔ、Ｓｇｒｉｄ、Ｗｅｌｌ Ｇｒｏｕｐ Ｃｈａｎｎｅｌ、２Ｄ—Ｇｒｉｄ Ｘ－ 构成东矿采场边帮的岩体主要为白云岩和长石 Ｓｅｃｔｉｏｎ、Ｆｒａｍｅ、Ｍｏｄｅｌ３ｄ等类型ｏ 板岩，其次是云母片岩和少量的煌斑岩脉。白云岩 ＧＯＣＡＤ软件具有强大的三维建模、可视化、地 岩组分布在采场西北部、北部的Ａ区、Ｂ区，岩层走 质解译和分析功能。它既可以进行表面建模，又可 向北东７Ｏ。，倾向南东，倾角６０。～７０。；长石板岩岩 以进行实体建模；既可以设计空间几何对象，也可以 组分布在采场南帮及东西端帮的Ｄ区、Ｅ区和Ｆ 表现空间属性分布。并且，该软件的空间分析功能 区，岩层走向北东东，倾向南东，岩层倾角从西向东 强大，信息表现方式灵活多样‘２ Ｊ。 由６０。一７０。逐渐变陡至直立；云母片岩岩组位于采 ２．２ ＧＯＣＡＤ的主要功能 场东北帮，单独构成Ｃ区，走向北东东，倾向南东， （１）自由曲面构建功能。直接利用测量得到的 层面倾角从地表到深部逐渐由陡变缓；煌斑岩脉分 地形数据点高效准确（满足工程要求）的生成三维 布于采场各分区，多呈东西向顺层产出，新鲜岩面岩 地形，并生成相应的等高线地形图；利用地质平面测 石呈块状，致密坚硬，但易风化，风化后的岩脉质地 松散，易分解滑塌，工程地质条件很差。 张夏欢（１９８３一），女，达斡尔族，在读硕士，１０００８３北京市。 ３．２建模思路 ｌ１ ３ 维普资讯 http://www.cqvip.com 总第４７３期 矿业快报 ２００８年９月第９期 要建立三维的露天开采几何模型。初始数据是 表示不同台阶的上部和下部的曲线段，先使用交互 式Ａｕｔｏｃａｄ绘图软件来画出边坡台阶的轮廓线以及 整个边坡从下到上的道路边界线，这些线由一系列 三维点组成，这些点皆有各自的空间坐标。根据此 类参量来设计露天边坡。 在两条相关线之间，用微小的三角形面建造每 一个面和台阶。然而露天轮廓线是相当复杂的，自 动连接三角形通常会出差错。因此，在连线以后，为 了得到协调和满意的三角网，必须给一些强制性的 特殊点。完成这些工作之后，为了得到一个完整模 型，将所有初始表面组合成一个整体。 地形表面由一系列地形线进行建造，然后完成 地形表面与露天坑的交线。从建立的模型中，可看 出露天坑在整个环境中的实际影响，这也可以取出 开挖体整体的形状。通过此模型可以非常直观的看 出此矿区开挖边坡的整体图形。通过对断层的模 拟，可以更好的了解各岩层在整个矿区的分布，可更 方便的对矿藏资源的开挖进行科学有效的指导。 ３．３建模步骤 （１）连接一系列具有空间坐标的点形成线模 型。为了避免形成的微型三角出现差错，得到协调 满意的三角网，对一些特殊点进行强制性的外理。 （２）对已经建好的线模型（边坡各台阶的轮廓 线和路面的边界线）进行优化处理，使其达到更加 精确模拟面的程度。 （３）通过面的构建操作使已建好的线形成完美 的曲面图形。该图形非常逼真的模拟了整个边坡， 各台阶可以从图中直观的表示出来。 （４）通过表面地形的轮廓线构建地形面，将地 形面的外轮廓线与边坡上轮廓线形成新的地形面。 （５）通过地形面的外轮廓线在四周构建新的侧 面和底面，将各面图形进行组合操作处理而构造出 整个矿区的总轮廓图形，可以方便的通过旋转、移 动、缩放等三维视图操纵多角度全方位的浏览整个 矿区。以便方便完成对矿区三维模型的观测。 ３．４采坑及断层建模 工区图是反映研究工区的位置、地形、地表构造 及其勘探布置情况等的重要图件之一。根据采场原 始数据，建立的采坑模型长６８０ｍ、宽５２０ｍ、高 ４５０ｍ，此模型由１０ ６４１个点组成，构成微型三角形 ２４ ８２９个。采坑模型部分视图见图１、图２。 剖面图是地质专家们应用的重要图件之一。利 用数据库的剖面信息、层位信息和地形信息与图形 １１４ 绘制功能相结合，完成了剖面线图的绘制和充填颜 色的剖面图绘制。见图３、图４。 图１采坑全景图 图２斜视采坑全景图 图３采坑正剖面图 图４采坑左剖面图 根据不同高程，可以采用不同颜色来表现出各 个台阶坡所处高程（图５）。 图５采坑全景图 根据Ｃ区断层的平面图形、剖（下转第１２１页） 维普资讯 http://www.cqvip.com 刘声雷：阶段矿房法在缓倾斜矿体回采中的应用 ２００８年９月第９期 统采用堑沟加运搬巷道系统。在一２４６ｍ水平施工 孔的段别，７ 孔的段别应高于６ 孔的段别，第一次爆 一条２７ｍ长的堑沟，沿矿房走向布置。堑沟底板标 破余下的孔口采用的段别应低于其它孔号的段别。 高为一２４３ｍ，在堑沟与脉外之间每间隔１２ｍ布置一 每两次爆破完成一个循环。 条出矿进路，进路与脉外布置在同一水平上。进路 ２．３效果 与堑沟之间通过一段极短的斜巷道（倾角在４５。以 在凿岩巷道内用ＹＧＺ－９０凿岩机施工上向扇形 上）相贯通。在堑沟端部布置切割上山。 中深孔。排面垂直矿体走向布置，孔径￣６５ｍｍ，最 堑沟的施工工艺：首先用７６５５风动凿岩机施工 小抵抗线１．３ｍ，孔底距２．０～２．５ｍ。采用后退式回 一条一定规格的凿岩巷道，为中深孔开凿堑沟提供 采。一２３３ｍ水平中深孔爆破应早于一２４６ｍ堑沟爆 施工空间，然后施工切割上山，为中深孔爆破堑沟提 破３排。爆破后，矿石通过堑沟溜到一２４６ｍ水平。 供爆破自由面。用ＹＧＺ－９０凿岩机在凿岩巷道施工 用电动铲运机挖矿运到溜井进行出矿。 上向中深孔。排面垂直堑沟走向布置，孑Ｌ径 ３结论 ￣６５ｍｍ，最小抵抗线０．７５ｍ，孔底距１００～７０ｒａｍ。每 （１）利用阶段矿房法回采安全性较高，落矿、出 一排布置７个孑Ｌ，从上盘方向开始编号依次为１ 、 矿等工作不用在顶板大面积暴露的空区下作业。 ２ 、３ 、４ 、５ 、６ 、７ 孑Ｌ。采用后退式爆破施工，每次 （２）每班的工效显著提高。有原先的５Ｏ一７０ 爆破４排，每排爆破中间的３ 、４ 、５ 孔，装药时只装 ｔ／／班，提高到１００～１５０ｔ／班。 孔底，每个孔留有不低于４ｍ的孔口。采用孑Ｌ内分 （３）回采率大大提高，回采率由原先的６０％提 段爆破技术，每排为一个段别，后一排比前一排高出 高到８０％，可以多出矿石２ ０００ｔ，爆破材料消耗明显 一个段别。第二次爆破时爆破前一次爆破剩余孔， 减少，直接创造经济价值１００多万元。 相同的孔号采用相同的段别１ 孔的段别应高于２ （收稿日期２００８－０３．１８） （上接第１１４页）面图，确定各断层剖面点的空问坐 需要不断探索。地质信息三维可视化可使不同方 标。再通过点来确定断层面，最终形成连续的断层 位、不同水平的地质信息迅速方便而又直观地显示 模型图，形成后的模型见图６～图７。 出来并输出各种图形，根据不断获得资料进行补充、 修改，以便动态地管理地质和施工信息。应用ＧＯ— ＣＡＤ技术，可以建立表达更为精确的三维地质体模 型，为工程中复杂地形面及地质岩体的表达提供了 新的技术途径，为地质人员的分析判断提供综合信 息，为工程勘察和设计人员的分析和设计提供了可 视化的信息参考和辅助，提高了工作效率。 图６ Ｆ３２断层展示图 参考文献： ［１］ 乔兰，李 远．露天矿山高陡边坡变形破坏的工程地质模 型．北京科技大学学报［Ｊ］．２００４，２６（５）：４６１～４６４． ［２］ 张菊明．三维地质模型的设计和显示［Ｊ］．中国数学地质进展， １９９５（７）：１８９—１９５． ［３］ 陈昌彦，张菊明，杜永康等．边坡工程地质信息的三维可视化 及其在三峡船闸边坡工程中的应用［Ｊ］．岩土工程学报。１９９８， ２０（４）：ｔ～６． 图７ Ｃ区各断层展示图 ［４ｊ 柴贺军，黄地龙．大型矿山岩土工程可视化模型与应用［Ｊ］．岩 ４结语 土工程学报，２００５，２４（１４）：２５２６～２５３０． 地质信息三维可视化建模是一个复杂的问题， （收稿日期２００８－０５－０５） ｌ２ｌ
