（固体力学专业论文）地下铁矿开采三维SURPAC建模与采矿过程稳定性数值分析.pdf

c l a u s s i f i o di n d e x ： t d 8 5 3 u d c ： m y 1 8 0 3 j i ：j i 诺岑 d i s s e r t a t i o nf o rm em a s t e rd e 伊e ei 1 1e n g i l l e e 血g 3 dm o d e l i n gf o ri r o nm i n eu n d e r g r o u n d b a s e do ns u r p a ca n dn u m e i u c a la n a l y s i so f t h es t a b i l i t yo ft h em i n i n gp r o c e s s c a n d i d a t e ： z h a n g n g h u i s u p e n r i s o r ： p r o 、 l a n gz a i q u a n a c a d e m i c d e g r e ea p p l i e df o r ：m a s t e r o fe n g i n e e r i n g s p e c i a l 够： s o l i dm e c h a n i c s d a t eo fo r a le x a m i n a t i o n ：j u n e2 010 u n i v e r s i 够：q i n g d a ot e c h n 0 1 0 9 i c a lu n i v e r s i t y 硕士学位论文 地下铁矿开采三维s u r p a c 建模与采矿 过程稳定性数值分析 学位论文答辩日期： 指导教师签字： 答辩委员会成员签字： 动多t 为 青岛理工大学工学硕士学位论文 目录 摘要i a b s 仃a c t i i 第1 章绪论1 1 1 研究的目的和意义1 1 2 古家台矿区简介2 1 3 三维可视化地质建模技术研究现状4 1 4 采矿方法研究现状5 1 5 本文研究内容和技术路线。6 第2 章古家台矿区地质及采矿三维s u r p a c 建模9 2 1s 1 瓜p a c 软件系统简介9 2 2 古家台地质数据库1 0 2 2 1s u 砌) a c 地质数据库简介1 0 2 2 2 古家台地质资料的整理1 1 2 2 3 古家台矿区地质数据库的建立1 2 2 2 4 古家台井下钻孔地质数据库15 2 3 古家台矿区三维地质实体模型1 7 2 3 1 实体模型的原理与构建方法1 7 2 3 2 古家台矿区地表模型2 0 2 - 3 3 古家台矿区矿体模型。2 l 2 3 4 古家台矿区围岩的实体模型2 6 2 4 基于地下钻孔的三维地质实体模型2 7 2 4 1 基于地下钻孔的三维地质模型的建立2 7 2 4 2 基于地下钻孔的三维地质模型的有效性验证2 9 2 5 古家台矿区地质及采矿工程三维s u 砒) a c 模型3 1 2 5 1 水平巷道模型的建立3 1 2 5 2 主井、副井、风井和斜井建模3 2 2 5 3 古家台矿区地质及采矿三维可视化模型3 5 2 6 基于s u 砌) a c 的矿山工程三维可视化的实现3 7 2 7 本章小结3 9 第3 章采矿方法介绍及数值模拟模型的建立4 l 3 1 古家台铁矿采矿方法简介4 1 3 2f l a c 3 d 数值模拟软件简介一4 2 3 3 基于s u r p a c 的f l a c 3 d 模型的建立4 3 3 - 3 1 模型转换的意义4 3 3 3 2 基于s u 砌) a c 平台的f l a c ) d 模型建立方法4 3 3 4 采矿数值模拟模型的建立4 8 青岛理工大学工学硕士学位论文 3 5 关于矿房离层模拟的处理5 7 第4 章古家台铁矿充填开采过程稳定性模拟及分析5 8 4 1 自重作用模拟及分析5 8 4 2 开采充填过程应力变化及规律分析5 9 4 2 1 矿柱应力分析5 9 4 2 2 顶板应力分析6 2 4 2 3 充填体应力分析7 1 4 3 开采充填过程位移变化分析7 3 4 3 1 顶板位移分析7 3 4 3 2 充填体位移分析8 0 4 4 开采充填过程塑性区变化分析8 2 4 4 1 矿柱塑性区分析8 2 4 4 2 顶板塑性区分析8 4 4 4 3 充填体塑性区分析8 7 4 5 结论8 8 4 6 矿房离层模型与无矿房离层模型的结果比较9 2 第5 章结论与展望9 6 5 1 主要结论9 6 5 2 展望9 7 参考文献。9 8 攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研工作1 0 0 致 射1 0 1 青岛理工大学工学硕士学位论文 摘要 本文以古家台铁矿为工程背景，在对古家台铁矿大量地质资料收集和整理的 基础上，采用大型矿山软件s u 砌) a c 构建了古家台铁矿三维可视化地质模型和 采矿模型，通过采集和录入矿区内钻孔的数据信息，建立古家台铁矿地质数据库； 实现了矿区的三维可视化，建成了古家台铁矿三维矿山模型数字化平台。然后把 所建成的三维可视化地质模型生成块体模型，导入到有限差分法数值模拟软件 f l a c 3 d 中，模拟了现有开采参数条件下三维采场采矿及充填过程，并进行了力 学分析，得到了采场结构的应力、位移和塑性区的分布规律。 本文的主要研究工作如下： ( 1 ) 通过对古家台铁矿地质资料的收集和整理，运用s u 砒 a c 软件建立了 古家台铁矿地质数据库，建立了古家台铁矿三维可视化地质模型和采矿模型，实 现了矿区的三维可视化。 ( 2 ) 通过对大型矿山软件s i 瓜p a c 和数值模拟软件f l a c 3 d 的使用，并参 考相关资料，把s i 瓜p a c 软件建立的三维模型转换到数值模拟软件f l a c 3 d 中进 行力学数值模拟，使f l a c 3 d 建模快捷化，并且建立的模型更符合地下的实际形 态，提高了数值模拟的准确度。 ( 3 ) 初步探索了一套利用s i 瓜p a c 软件建立多网格高仿真复杂f l a c 3 d 模 型的方法。在对s i 瓜p a c 软件的块体模型赋属性时，利用矿房的实体模型和约 束组合来划分矿房，从而在复杂f l a c 3 d 模型中实现矿房的分组，并真实地模拟 了充填过程中出现的矿房离层问题。 ( 4 ) 使用转换后的f l a c 3 d 仿真模型，依据古家台铁矿的采矿方法，采用 古家台现行采矿参数，对真实的开挖过程进行了力学数值模拟。通过对顶板、矿 柱和充填体的力学分析，得到了它们的应力、位移和塑性区的分布规律，为矿山 的安全和合理开采提供了理论依据。 关键词古家台铁矿；三维可视化；地质模型；s u 砒 a c f l a c ；模型转换 青岛理工大学工学硕士学位论文 a b s t r a c t i nt 1 1 i sp a p ( 沁j i at a ii r o no r ea l s 西n e d n gb a c k g r o u n d ，b a l s e d0 nt 1 1 ea1 a r g e n u m b e ro fg e o l o 西c md a t a c 0 1 l e c t i o no fg uj i at a i 打o n ，b yu s i n go f 也em i n i n g s o 胁a r es u 弛c ，w eb u i l tg uj i at a i 沛no r eg e 0 1 0 百c a lm o d e l 趾i dm 碰n gm o d e lo f t h i e e d i l i l e i l s i o n a l 访s u a l i z a t i o n t h r o u 曲也ec 0 1 l e c t i o na n de i l t 巧o fd a t am i n i n go f m eb o r e h 0 1 e ，w ee s t a l ) l i s h e dt l l eg u j i at a ii i - o no r eg e 0 1 0 百c a ld a t a b a s e ，t 0a c h i e v et h e 衄e e d i i n e l l s i o n a lv i s u a l i z a t i o no fm em 洫n ga r e aa 1 1 db u i l tg uj i at a i 的no r em o d e l o ft h r e e d i m e n s i o n a ld i 百t a lp l a t f 0 皿s a n dm e nc o n v e r t e dt h et 1 1 r e e d i m e n s i o n a l 、r i s u a 】m o d e io ft 1 1 eg e 0 1 0 百c a lt 0b l o c km o d e l ，a n di m p o r t e di 1 1 t o 也es o 撕a r e f l a c 3 d ，c a r r i e do u tm e c h a i l i c sa n a l y s i so f 也em i n i n ga n df i l l i n gp r o c e s so ft h e t h r e e d i i l l e n s i o n a ls t o p ew i t h 也ep a r a m e t e r so fs t a t u sq u o ，t 0g e tt h el a wo ft 1 1 e d i s t r i b u t i o no fs 仃e s s ，d i s p l a o 锄e n ta i l dp l a s t i cz o n eo fs t o p es t n l c t u r e s n l i ss t u d yw o r ki sa u sf o l l o w s ： ( 1 ) b a s e do nt h ea1 a r g en 啪b e ro fg e 0 1 0 西c a ld a t ac o l l e 以o no fg uj i at a i i r o n ， b yu s i i l go f 也em i 血gs o 胁a r es u r p a c ，w eb u i l tg uj i at a i 的no r eg e o l o 舀c a l m o d e la n dm i n i n gm o d e lo fm r e e d i m e n s i o n a l 、，i s u a l i z a t i o n ( 2 ) b yu s i i l go f 也em i n i l l gs o 胁a r es u 砧) a ca n dt 1 1 es o 胁a r ef l a c 3 d ，w e i n l p o r t e d t h em o d e lo fs l 服p a ci n t 0 也es o 胁a r ef l a c 3 d a n dc a 】c u l 撕o n f a s t m o d e l i i l go ff l a c 3 da i l di m p r o v e 也ea c c 眦a c yo ft h en 啪e r i c a ls i m u l a t i o n ，a 1 1 dt h e m o d e l i sm o r ea c c o r d a n tt ot h e 枷a ls h a p e ( 3 ) an c wm e t h o do ff l a c 3 dm o d e l i n go fm u l t i 鲥d s a 1 1 ds h u l a t i o ni s p r o p o s e db a s e do ns u 鲇 a cs o 胁a r e t 1 1 es t o p ei s d i v i d e db ys 0 1 i dm o d e l sa n d c o n s 仃a i n tc o m b i n a t i o ni ns u 砒) a c ，s ow ec a nd i v i d em es t o p ei nf l a c 3 d 1 1 1 es t o p e s 印删i o np - 0 b l c m so f 丘1 1 i n gp r o c e s s a r ea l s o r e a l l y s i n l u l a t e d a n dn u m 甜c a l s i i n u l a t i o ni sc 捌o do u t ( 4 ) u s i n gt h ec o n v e n e ds i m u l 撕o nm o d e lo ff l a c 3 d ，a c c o r d i n gt 0m em i n i n g m 矾1 0 do fg uj i at a ii r o no r e ，w ec 积e do u tm e c h a i l i c sn u m 鲥c a ls i n l u l a t i o no f e x c a v 撕o np r o c e s sw i 也也em i n i i l gp a r 锄e t e r so fs t a t u sq u 0o fg uj i at a i 衲no r c b y i i 青岛理工大学工学硕士学位论文 m em e c h a n i c a la n a l y s i so fm er o o p i l l a ra n df i l l i i l g ，w ec a ng e tt 1 1 e1 a wo fm e d i s t r i b 嘶o no fs 仃e s s ，d i s p l a c e i i l e 芏l ta n dp 1 2 l s t i cz o n e s oa 也e o r e t i c a lb a s i sc a nb e p r 0 v i d e df o r 也em i n e ss a f e 锄dr a t i o n a le x p l o i t a _ t i o n k e y w o r dg uj i at a ii r o no r e ；3 dv i s u a l i z a t i o n ；g e 0 1 0 西c a lm o d e l ；s u r p a c f l a c ； m o d e lt r a l l s f - o m a t i o n i i i 青岛理工大学工学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 研究的目的和意义 随着国民经济的发展，国内钢铁市场对铁矿石的需求日益强劲，但国内铁矿 石已不能满足钢铁工业发展的需求，目前我国铁矿石一半以上依赖进口。另一方 面，我国开采技术条件较好的资源已接近枯竭，复杂大水矿床【l 7 】在我国分布广 泛，矿石储量大、种类多，加快复杂大水矿床资源的勘探和开发成为必然的发展 趋势。由于复杂大水矿床含水情况复杂多样，矿山情况各异，取得成果的通用性 较差。工程技术人员往往根据自身经验和参考类似矿山，确定采场参数进行开采。 这样可能导致开采参数偏于保守、经济效益差，也可能导致开采存在一定得危险 性。因此，有必要对矿山现行开采参数进行力学数值模拟，从而增强矿山的安全 性和提高经济效益。 由于地质条件的复杂性，传统的人工建立数值模型的方法己不太符合实际的 情况，因而应当尝试新的建模方法。建立三维地质可视化模型，可以清楚地查明 地下空间的基本结构特征，增强对地质结构的认识，方便开展矿产资源评价和地 下空间管理。以往地质资料对地下空间的表达一般都是以平面图、剖面图的形式。 它们所反映的数据是离散的、有局限性的。而建立三维地质可视化模型可以弥补 这一缺点，三维地质可视化模型是利用计算机图形学及可视化技术，将二维的地 质信息以三维可视化的图形效果直观形象地表达出来，建立逼真的空间立体模 型，并可任意剖切所建立的地质模型，对三维地质模型进行信息查询等。从而大 大加快专业技术人员对地质形态的认识，提高了工作效率，充分利用了地质资料。 以往用于数值模拟的模型只是简化的、理想情况下的模型，模型往往过于简 单，和地下空间的实际形态有很大差异，因此影响了数值模拟的准确度，减少了 其参考价值。用s i 瓜p a c 软件建立的三维可视化地质模型，更符合地下的实际 形态，各个岩层的分布可以真实的建立起来。而将s i 瓜p a c 软件建立的三维可 视化地质模型导入到f l a c 3 d 软件中进行计算可以解决这一不足。这样可以把 s u 砌) a c 软件在三维建模方面的优势和f l a c 3 d 软件在数值计算方面的优势结合 起来，使数值模拟更符合实际情况，提高了其模拟的准确度，使其更有参考价值。 青岛理工大学工学硕士学位论文 1 2 古家台矿区简介 谷家台铁矿为莱钢集团莱芜矿业有限公司下属的一个主要矿区。和莱钢集团 同时始建于1 9 7 0 年，地质储量7 9 0 2 万t ，平均地质t f e 品位为4 7 9 8 ，并伴生 铜、钴元素【1 0 1 。是目前国内不可多得的优质铁矿石资源之一。 谷家台铁矿位于山东省莱芜市西约1 0 k m 的方下镇东1 妇处。矿体赋存于莱 芜矿山弧形背斜构造的南端，矿体的中部有嘶马河通过，矿体西端有方下河通过， 两条河均汇入汶河。矿区地面为平原，矿区周围以农业为主。 图1 1 古家台铁矿总平面图 如图1 1 所示，绿色的部分是耕地，红色的部分便是古家台铁矿工业区，有 主井、副井和斜井三个工业场地。 矿区按岩土体的岩性特征主要分为如下几个岩组： 1 ) 第四系岩组 该岩组广泛分布于矿区，主要为棕黄色松散冲积、洪积物，厚度一般为7 1 2 m ，局部有1 8 m 的厚的流沙层。 2 ) 第三系砂岩、砾岩岩组 上部为棕红色细砂岩、粉砂岩，下部为砂砾岩、砾岩。矿区范围内广泛分布。 3 ) 灰岩岩组 主要为奥陶系中统马家沟组灰岩，厚层青灰色结晶灰岩。 4 ) 岩浆岩岩组 2 青岛理工大学工学硕士学位论文 岩性为闪长岩，主要见于矿体底板。 5 ) 蚀变岩岩组 矿体围岩由于经受热变质、接触交代等变质作用，在矿体周围形成厚十几至 几十米的蚀变岩，主要为矽卡岩，蚀变闪长岩。 6 ) 铁矿体 矿石主要为磁铁矿，赋存于接触带处，矿体主要顶板为大理岩，局部为薄层 矽卡岩。矿体走向南东北西，全长约2 3 0 0 m 。主矿体倾角一般在3 0 4 0 。之间， 埋深5 6 9 6 2 m 。矿体呈似层状，局部为囊状。床矿体分布在1 4 5 线间，全长 2 3 0 0 m 左右。其空间分布如图1 2 所示： 图1 2 古家台纵剖面图 图1 3 古家台1 5 0 m 水平大巷实测平面图 如图1 2 和图1 3 所示，红色的部分便是矿体轮廓线。 谷家台铁矿水文地质条件复杂，经过前后多次水文地质勘探，已基本上查清 3 青岛理工大学工学硕士学位论文 水文地质特征。地面有汶河的支流嘶马河和方下河流过。矿区内有两个主要含水 层：第四系冲洪积潜水含水层；灰岩或大理岩岩溶裂隙含水层。第四系含水层在 矿区范围内分布均匀，下部虽然有第三系粘土质红板岩隔水，但局部缺失，致使 第四系含水砂砾石层和下伏的灰岩含水层直接接触。大理岩、灰岩岩溶裂隙发育， 地下水静储量大，径流条件和连通性好。灰岩、大理岩为矿体的直接顶板。水文 地质条件对采矿开采不利。 1 3 三维可视化地质建模技术研究现状 青岛理工大学工学硕士学位论文 对于三维地质建模软件国内也进行了研究开发，但性能差距较大，目前，国 内矿业采用国外软件较多。如铜陵有色金属公司冬瓜山铜矿采用d 朋a m i n e 及 m i n e 2 4 d 系列软件，金川有色金属公司使用了s i 瓜p a c 软件，江西铜业公司 使用m i n t e c 软件，西部矿业、云铜大红山、国土资源管理部门等使用m i c r o m i n e 系列软件。 目前，三维可视化建模技术在国内已得到越来越广泛的应用，但大多都用于 确定矿床的盈亏平衡品位、综合品位，并建立矿床的数学经济模型，对矿床进行 经济评价。而在力学仿真数值计算方面应用的较少，尤其是将三维可视化地质模 型导入到大型有限元软件中进行仿真数值模拟为之不多。另一方面，目前国内的 大部分数值模拟计算所采用的模型比较简单，大部分都是在理想情况下的建模， 与真实的地质形态存在较大的差异，这就影响了数值模拟的准确度和参考价值。 1 4 采矿方法研究现状 随着勘探、采矿和地压技术监控技术的发展和完善，我国复杂大水矿床的开 采技术取得了显著的进步。崩落采矿法、空场法和充填法三类采矿方法在我国金 属矿山复杂大水矿床的开采中均有应用，但应用所占比例不同。充填法应用的最 为广泛，在新建的矿山中也主要采取的是充填法。充填法中主要分为上向水平面 分层充填采矿法和空场嗣后充填采矿法，如凡口铅锌矿、水口山铅锌矿和南京铅 锌银矿等采用的是上向水平面分层充填采矿法，张马屯铁矿、油麻坡钼矿和新桥 硫铁矿等采用空场嗣后充填采矿法。 谷家台铁矿地质储量7 9 0 2 万t ，平均地质t f e 品位为4 7 9 8 ，地表水系发 育，位于矿区南侧的汶河自东向西纵贯全区，为区内主干河流，两侧分布着多条 支流，嘶马河自北向南横贯矿区中部，方下河位于矿区西侧边缘。矿区内分布的 地层较简单，除北部见石炭二叠系的砂页岩夹薄层灰岩系外，其他大部分地区均 为中奥陶系灰岩及其上覆的第三系红色砂砾岩和第四系冲洪积砂砾石层以及燕 山期闪长岩侵入体。铁矿体即赋存于灰岩与闪长岩体接触带中，由于第三系红色 粘土质砂岩粉砂岩隔水层局部地段缺失，致使上部第四系含水层直接与下伏灰岩 含水层接触而形成所谓的“天窗”。1 9 7 0 年初该矿采矿方法以崩落法为主，治 水方案为堵排结合，以排水为主的方案。1 9 9 2 年改用了近矿体项板灰岩预注浆 5 青岛理工大学工学硕士学位论文 堵水方案，配合采用全尾砂胶结充填采矿法，取得了比较显著的成梨1 0 】。 矿区地下工程的稳定性不但与采矿方法有关，矿床的赋存条件、矿岩的物理 力学性能、采场的形状和开挖顺序等因素也对其产生了决定性的影响。因此，确 定合理的采矿参数对矿山的安全生产和高效生产意义重大，直接影响了矿山的稳 定性和技术经济指标的高低。确定采场参数有很多方法，比较常用的有经验类比 法、现场实验法和数值分析法等【l l 】。 数值分析法一般是利用大型数值分析软件，通过建立矿岩的数学模型，限定 特定的边界条件，进行数值模拟，求出各个情况下的解。一般说来，数值模拟的 准确度与所建立的矿岩模型、约束条件和收敛准则有关。在约束条件和收敛准则 相同的条件下，矿岩模型的模拟准确度对数值模拟的准确度有着直接的影响。矿 岩模型的模拟准确度是指所建立矿区地质模型与真实地质形态的相似度。目前， 大部分进行数值模拟的模型是简化了的模型，是在理想情况下的模型，往往与实 际的地质形态有很大的差异，这就影响了数值模拟的准确性。 由于矿山情况复杂多样，确定采矿参数没有统一的标准，需要从实际出发， 因地制宜。不过很多专家学者还是给出了有建设性的建议【1 2 j 4 1 。 目前，对进行采矿参数优化的地质模型大部分是简化的模型，是在理想状态 下的模型，和实际的地质形态有很大的差异，这就影响了数值模拟的准确性和可 信度。因此，建立能真实模仿实际地质形态的数值计算模型有着极其重要的意义。 对于这种能真实模仿实际地质形态的数值计算模型，我们不妨暂称为仿真地质模 型，对于其的建立方法并不多，因为常用的数值模拟软件的建模功能比较有限， 如f l a c ，一般常建立简化的模型，而专业的矿山软件可以建立这种复杂的仿真 地质模型，但不能进行数值模拟计算。 1 5 本文研究内容和技术路线 本文以古家台铁矿为工程背景，在对古家台铁矿的大量地质资料收集和整理 的基础上，通过采集和录入矿区内钻孔的数据信息，使用大型矿山软件s i 瓜p a c 建立古家台铁矿地质数据库，构建了古家台铁矿三维可视化地质模型和采矿模 型，实现了矿区的三维可视化，建成了古家台铁矿三维矿山模型数字化平台。然 后把所建成的三维可视化地质模型生成块体模型，导入到有限差分法数值模拟软 6 青岛理工大学工学硕士学位论文 件f l a c 3 d 中，依据古家台铁矿的采矿方法，采用古家台现行采矿参数，对真实 的开挖过程进行力学数值模拟。通过对顶板、矿柱和充填体的力学分析，得到了 它们的应力、位移和塑性区的分布规律。 本文的研究工作如下： 1 通过对古家台铁矿地质资料的收集和整理，运用s i 瓜p a c 软件建立古家 台铁矿地质数据库，建立了古家台铁矿三维可视化地质模型和采矿模型，实现了 矿区的三维可视化。 2 通过对大型矿山软件s i 瓜p a c 和数值模拟软件f l a c 3 d 的使用，并参考相 关资料【2 3 3 2 】，把s i r p a c 软件建立的三维模型转换到数值模拟软件f l a c 3 d 中进 行计算，使f l a c 3 d 建模快捷化，并且建立的模型更符合地下的实际形态，提高 了数值模拟的准确度。 3 使用转换后的f l a c 3 d 仿真模型，依据古家台铁矿的采矿方法，采用古家 台现行采矿参数，对真实的开挖过程进行数值模拟。通过对顶板、矿柱和充填体 的力学分析，分别得到了它们在应力、位移与塑性区的分布规律与影响范围。 古家台铁矿的资料主要分成三部分：地面钻孔资料、井下钻孔资料和实测地 质平面图。其中地面钻孔资料涵盖的信息最多，我们通过它建立整个矿区的 s u 砌) a c 三维地质模型：井下钻孔资料含有采区矿体的信息较丰富，通过它建立 采区的s i 瓜p a c 三维地质模型，并由以上两个模型建立s i 瓜p a c 块体模型，导 入到f l a c 3 d 软件中对开采过程进行力学模拟：通过实测地质平面图建立矿区的 巷道和竖井的实体模型。本文技术路线图如图1 4 所示： 7 青岛理工大学工学硕士学位论文 图1 4 本文研究路线 8 青岛理工大学工学硕士学位论文 第2 章古家台矿区地质及采矿三维s u r p a c 建模 2 1s u i 冲a c 软件系统简介 古家台铁矿三维可视化采用s u a c 软件，下面对该软件做简要的介绍。 s u 砌) a c 软件是由澳大利亚s s i ( s u 对) a cs o 觚a r ci i l t e n l a t i o n a lp t yl t d ) 公 司开发的大型矿山工程软件。从创建之始，s i 瓜p a c 就致力于为矿产资源业开发 采矿规划和管理软件系统，并且逐步将业务领域从澳大利亚拓展至全球，已从最 初的测量工程软件，发展成为一个综合的大型矿山环境软件。 s u 砌) a c 以其独创的数据库技术、最新的网络技术、功能强大的三维可视化 图形工具以及基于j a 、，a 的图形用户界面等特点服务于开发资源项目的每一个 环节。矿山是s u 砌) a c 的主要研究和应用领域，与其它矿山工程软件相比， s u 砒) a c 特点之一就是面向矿山的三维可视化。该产品主要用途包括：勘探、钻 孔编录、地质建模、露天和地下矿山设计、采矿生产进度计划和尾矿库设计等。 迄今s u 刚狐c 在全世界9 0 多个国家拥有4 0 0 0 多个软件授权用户【1 5 】。 s 1 瓜p a c 软件系统技术先进，功能强大，可以用于资源估算、矿山计划和生 产的各个阶段乃至矿山闭坑后的现场修复的整个矿山生产过程中。主要的核心功 能包括：钻孔编录、地质数据库、数据分析工具、数字地形的建模、矿体建模、 岩体建模、基础的和高级的地质统计学分析、格状解释模型、等值线绘制、块模 型和断层建模等。s i 瓜p a c 中的三维可视化模块( 3 dg r a p b j cs y s t e m ) 是利用计算 机图形图像技术对大量数据进行处理，并用图形图像格式具体形象地将数据处 理过程和结果进行显示，为用户提供直观的结果。采矿设计功能和其他功能是在 其核心功能的基础上的直接应用或拓展引用，并提供了和许多软件( 如a u t o c a d 、 a r c 斟f o 、d 砒灯订i n e 、m o s sg e n i o 和m i c r o 咖【等) 和图形系统( 如w h i t t l e 3 d 、 m i t t l e 4 d ) 的接口，目前已计划研发扩展和m i c r o m i n e 软件的接口。矿山是三维 空间中典型的生产活动过程，在应用计算机辅助实施矿山生产规划和管理时，充 分利用三维可视化空间信息具有重要的意义。 9 青岛理工大学工学硕士学位论文 2 2 古家台地质数据库 2 2 1s i 瓜p a c 地质数据库简介 s i 瓜p a c 地质数据库拥有强大的功能，将地质数据存放在其它的数据库软件 内，通过s i 瓜p a c 数据库引擎来访问数据库信息。s u 砌) a c s i o n 吸收了多用 户的开放数据库技术( o d b c ) 的技术优势，用大范围的管理力量来存储和操作地 质信息，如a c c e s s 、s q ls e r v e r 和o r a c l e 等。使用拖动或者简单的打开连接方 式便可和存在的数据库相连接。 图2 1s u r p a c 地质数据厍操作流程 如图2 1 所示，便是s i 瓜p a c 地质数据库的操作流程。s i 瓜p a c 地质数据库 包含软件自动建立的四个强制性表，分别为c o l l a r 、s u r v e y 、仃a n s l a t i o n 和s t y l e 表。而根据用户的实际需要，可手动加入选项表，其中选项表有三种类型，分别 为间隔型、点型表和离散型表三种。 当地质数据库建立了以后，就可以把地质工程以三维的形式显示出来，如钻 孔轨迹线、坑道取样轨迹、断层、品位和岩性等。在s u 砒 a c 软件中，可以直 接查看、编辑和追加数据，对数据进行批量处理，还可以提取各类信息，包括剖 面图、钻孔柱状图、地质统计和组合样等。 1 0 青岛理工大学工学硕士学位论文 2 2 2 古家台地质资料的整理 在建立古家台地质数据库之前，需要收集古家台矿区的必要信息。本文所需 要的古家台资料分成了三类，第一类是古家台地面钻孔资料，用于建立古家台矿 区地质数据库，以及以后要说的古家台矿区三维地质实体模型，这部分资料包括 4 7 张勘探线剖面图，从3 线到4 5 线。勘探线剖面图中有所需要的地面钻孔信息 ( 孔号、开孔坐标、测斜深度、倾角、方位角、岩性和品位值等) ，需要把这些 信息从c a d 中提取出来放到e x c e l 表格中，如图2 2 所示。 c k 。4 c k 。5 c k 4 3 c k 3 c k 4 3 c k 4 3 c k 4 3 c k 4 3 c k 4 3 c k 4 3 c k 4 3 c k 4 3 c k 4 3 c k l 5 1 5 8 6 3 6 2 1 9 7 3 9 2 7 6 8 3 7 7 7 5 7 9 7 s 8 1 1 9 8 3 8 9 8 6 6 6 8 9 2 4 9 3 1 1 7 8 7 6 1 8 0 7 6 1 1 0 i 7 1 5 9 2 5 6 5 0 8 7 6 8 3 7 7 7 5 7 9 7 5 8 1 1 9 8 3 8 9 8 6 6 6 8 7 6 9 9 1 0 2 9 6 1 1 8 0 7 6 1 8 1 9 l l i o 8 2 2 了3 3 1 1 9 9 8 1 1 0 1 2 1 0 7 2 1 1 0 6 2 9 1 0 4 2 9 1 0 2 8 5 1 0 0 1 5 9 7 3 8 9 4 8 0 9 0 9 4 5 4 4 3 4 5 7 4 2 i 2 6 7 1 1 1 7 0 9 1 0 7 2 1 1 0 6 2 9 1 0 4 2 9 1 0 2 8 5 1 0 0 1 5 9 7 3 8 9 6 3 5 9 3 0 2 8 7 9 4 3 4 5 2 3 0 7 3 5 6 o 6 2 2 8 9 2 9 1 0 9 2 2 1 4 4 2 7 2 7 7 1 0 3 1 7 8 3 2 1 1 5 0 6 5 t f es血 3 5 7 2 5 0 9 3 4 5 7 5 9 6 2 2 3 2 2 3 5 2 2 4 4 9 1 9 0 8 2 6 5 6 2 9 3 3 3 5 9 3 3 9 8 6 3 4 5 2 3 2 1 8 1 1 1 9 o 0 2 5 0 0 0 5 0 2 3 4 0 0 0 4 0 0 0 丁 0 0 0 8 0 0 1 3 0 0 0 7 0 0 1 1 0 0 0 7 2 7 5 3 2 7 5 5 0 0 2 7 0 0 3 3 0 0 0 9 0 0 0 7 0 0 4 5 0 0 1 7 0 0 3 4 0 0 8 0 0 1 2 o 0 7 5 o 0 5 7 0 1 3 7 0 0 9 2 0 0 6 8 c o 0 0 0 0 0 o 0 0 6 0 凡口坐标x 4 0 0 9 9 4 4 0 0 9 s 。o s 3 4 0 0 9 9 1 1 6 4 0 0 9 9 1 j 6 4 0 0 9 9 l l6 4 0 0 9 9 1 1 6 4 0 0 9 9 1 16 4 0 0 9 9 1 1 6 4 0 0 9 9 1 1 6 4 9 9 1 1 6 4 0 0 9 9 11 6 4 0 0 9 9 1 1 6 4 0 0 9 9 n 6 4 0 0 9 9 4 。1 i 口坐棱 图2 2 古家台地面钻孔资料数据 第二类是古家台井下钻孔资料，用于建立古家台井下钻孔地质数据库，和以 后的基于古家台井下钻孔的三维地质实体模型，这部分资料包括3 3 张水平地质 平面图，从1 0 m 水平一直到15 0 m 水平的水平地质平面图。这些水平地质平面 图中包含有井下钻孔的信息，如孔号、开孔坐标、测斜深度、倾角、方位角、岩 性和品位值等，需要利用c a d 的查询命令，将这些有用信息提取出来放到 e x c e l 表格中，如图2 3 所示。 孔号孔口坐标y 孔口坐标i 孔口蒿程z 孔深孔迹类型铡斜深度倾角 葺0 1 0 i 哇0 3唾0 1 0 5 3 l5 5 3 0 6 81 05 3 1 8c 旺【、，e d5 3 1 8 h 0 1 0 1 4 0 4哇0 1 0 5 3 75 5 3 0 5 9 31 0哇b 0 2c u r 、r e d哇8 0 2 h 0 1 0 1 4 0 54 0 1 0 5 哇15 5 3 0 5 0 6一1 05 1 6 9c u r v c d5 1 6 9 h 0 1 0 1 5 0 l4 0 1 0 5 哇65 5 3 0 4 1 哇一l o6 l3c u r v e d6 1 3 矗0 1 0 1 5 0 2哇0 1 0 5 5 15 5 3 0 3 3 t1 06 2c u r v e d6 2 h 0 1 0 1 5 0 34 0 1 0 5 5 55 5 3 0 2 t 21 06 5 1 4c u r v e d6 5 1 4 h 0 1 0 1 5 0 44 0 1 0 5 5 85 5 3 0 1 3 8一1 07 1 1 4c t n e d7 1 1 4 h 0 1 0 1 5 0 50 1 0 5 6 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3 3 3 3 青岛理工大学工学硕士学位论文 第三类资料是古家台的各个水平的水平大巷实测平面图，从1 0 m 水平一直 到1 5 0 m ，包括3 3 张水平地质平面图，和第二类资料相同。这部分资料蕴含了 各个水平巷道、主井、斜井和副井的信息，包括坐标、巷道宽度和长度等，主要 用于建立水平巷道模型、主井模型、斜井模型和副井模型，从而构建采矿工程模 型。 2 2 3 古家台矿区地质数据库的建立 本文所建的古家台地质数据库包括两部分内容：一类是基于地面钻孔资料建 立的地质数据库，因为这部分钻孔资料比较详细，几乎涵盖了整个矿区，所以称 之为古家台矿区地质数据库，是本节将要阐述的部分；另一类是基于井下钻孔资 料建立的地质数据库，这部分资料只是井下钻孔的数据，钻孔范围不是太大，资 料有限，没有矿石品位资料，但有注浆灰岩的资料，称之为井下钻孔地质数据库， 这部分内容将在下一节阐述，建立井下钻孔地质数据库是为了以后建立s