专利名称：一种矿山开采三维仿真系统的设计方法
技术领域：
本发明涉及ー种矿山开采过程的三维仿真技术。
背景技术：
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，勘査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，使矿山开采过程的三维仿真技术的质量和精度一直滞留于较低的程度和水平。
发明内容
本发明的目的是提供ー种矿山开采三维仿真系统的设计方法，以解决现有矿山开 采过程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，勘査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。它包括以下步骤一、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。ニ、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査区三维勘查图件。三、用前述一和ニ的内容合成勘查区地质三维立体可视化仿真系统。四、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。I、求矿(岩)层走向与断层走向之间所夹锐角《见不意图1，设Wml为矿(岩)层走向中小于180°的那ー个，《 m2为矿(岩)层走向中大于180°的那ー个。设0^为原始数据中断层走向，《fl为断层走向中小于180°的那ー个，《f2为断层走向中大于180°的那ー个。ル为Wnil和(Ofl之间的夹角，(O2为 m2与《fl或《ml与《f2之间夹角，《为矿(岩)层走向与断层走向之间所夹锐角。a为矿(岩)层倾角，0为断层倾角。矿(岩)层倾向为Qm，断层倾向为Qf。当断层倾角大于矿(岩)层倾角吋，r是断矿(岩)交线在平面图上的投影与断层走向线间夹角。当断层倾角小于矿(岩)层倾角吋，r是断矿(岩)交线在平面图上的投影与矿(岩)层走向线间夹角。r。是断矿(岩)交线在平面图上投影的方位角。(1)、A、如果 Om ^ 180，则
_] mi = mcom2 = m+180
B、如果《m >180，则wml = wm-180Wm2 = wm(2)、A、如果 wf 彡 180,则o fi — OJ fcof2 = cof+180B、如果 wf >180，则cofl = cof-180cof2 = co f(3), GJ1 = I COml-OflW2=I Wfl—Wm2 或 w2 = I Wml —W f 2(4)、A、如果 W1 ^ W2，则co = co 1B、如果(O1 > W2，贝Ijco = CO02、求断矿(岩)交线的方位角Y O·
见示意图I。I)、如果断层与矿(岩)层倾向相反，即IQm-QfI彡90(I)、断层倾角大于矿(岩)层倾角，即^ >ん则y = arctan {sin co X tan a + (tan 3+cos co X tan a )} (I)① co ! < O2A、wml > fl，见不意图 I —aY0= wfl+ YB、wml < fl，见不意图 I —bY0= ofl- y(2) O1 > O2A、wm2 > fl，见不意图 I—cY0= ofl+ yB、wf2 > oml,见不意图 I—dY0= wfl- Y③w ml — co flY0= Ofl(2)如果矿(岩)层倾角大于断层倾角，即a > ^y = arctan {sin co X tan 3 + (tan a +cos co X tan 3 )}①如果Co1-Co2JlJA、wml > fl，见不意图 I—eY0= ml-YB、wfl > wml，见不意图 I--f
②如果O1 > 2A, Om2 > Ofl，见示意图 1—gY0= Wm2-Y B、of2 > Onil，见示意图 1—hY0= Oml+ y③如果Onil =WflY0= cofl2)、如果断层与矿(岩)层倾向相同，即IQm-QfI < 90(I)、断层倾角大于矿(岩)层倾角，即P > ay = arctan {sin co X tan+(tan P—cos co X tan a )}① co ! < O2A、wml > fl，见不意图 I—iY0= ofl- yB、cofl > GJ1111，见示意图 1—jY0= ofl+ y② co ! > co 2A, Om2 > Ofl，见示意图 I—kY0= Qfl- yB、of2 > Onil，见示意图 1—1Y 0 = Wfl+ Y③如果COnil =OflY0= w f I(2)、如果矿(岩)层倾角大于断层倾角，即a > ^y = arctan {sin co X tan 3 + (tan a +cos co X tan 3 )}① co ! < O2A、oml > ofl，见示意图 l--mY0= Oml+ yB、ofl > Onil，见示意图 1—nY0= Oml- y② O1 > O2A、wm2 > fl，见不意图 I—oY0= Oml+ yB、of2 > Onil，见示意图 1—pY0= ml-Y③如果Onil =OflY0= w f I当断层两盘矿层产状变化较大时，分别用两盘的矿层产状求得用两盘的断矿(岩)交线相对于断层走向或相对与矿层走向的夹角Y及断矿(岩)交线的方位角Y。。3、求平面上井巷工程中遇断层时自见断层点到断失盘矿(岩)层的距离及方向
I)、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AzmB示意图2-a，剖面为过井巷工程中遇断层点F垂直于1~3方向的剖面(r3方向可以是矿(岩)层走向、断层走向、也可以是任意方向)，设h。是遇断层点的地层断距，%是两盘矿(岩)层走向间夹角，A2点是断失盘矿(岩)层与断层的交点，B点是断失盘矿(岩)层在过F点的垂线上的交点,C点是为过B点的水平线与过A2点垂线的交点,D点是为过A2点的水平线与过F点垂线的交点，Ci2为本盘矿(岩)层伪倾角，03为断失盘矿(岩)层真倾角为，a4为断失盘矿(岩)层伪倾角为，@2为断层伪倾角，设F与D点间的距离为AZni。
‘ —h0 sin[arctan(tan a3 cos m0)] cos[arctan^tan a3. cos m0)]
COSCT0 -Sinor3⑵2)、求井巷工程中遇断层点沿垂直于r3方向到另ー盘断矿(岩)交点的距离见示 意图2—a,设F与A2点间的水平距尚AD为Lf。
AzLf =-1--1---(3)
tan P Co^Qf -r3 + tan cc'. cos\Qm _ ハ |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= Y。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方向到另ー盘断矿(岩)交线的方向见示意图2—b (平面图)，先标注上F点的平面坐标位置,设F点到A2点的方向为《3。CO3 = Y3±90。 (4)在下列情况时式中取-号①zf > zm、Qf- 6 >90。、！■。く Qm> r。> Qf (或;r。く Qf、r0 > Qm)②zf > zm、Qf- 6 >90。、！■。く Qm> r。< Qf (或;r。> Qf、r。> Qm)、@ 2 > a 2③zf > zm、Qf- 5 彡 90。、！■。く Qm、r。< Qf (或;r。> Qf、r。> Qm)、a 2 > ^ 2④zm > zf、Qf- 6 >90。、！■。く Qm> r。< Qf (或;r。> Qf、r。> Qm)、a 2 > ^ 2⑤zm > zf、Qf- 6 彡 90。、！■。く Qm> r。> Qf (或;r。く Qf、r0 > Qm)⑥zm > zf、Qf- 6 彡 90。、！■。く Qm> r。< Qf (或;r。> Qf、r。> Qm)、@ 2 > a 2在下列情况时式中取+号①zf > zm、Qf- 6 >90。、！■。く Qm> r。< Qf (或;r。> Qf、r。> Qm)、a 2 > ^ 2②zf > zm、Qf- 6 く 90。、r0 < Qm、r0 > Qf (或;r0 < Qf、r0 > Qm)③zf > zm、Qf- 6 彡 90。、！■。く Qm、r。< Qf (或;r。> Qf、r。> Qm)、3 2 > a 2④zm > zf、Qf- 6 >90。、！■。く Qm、r。> Qf (或;r。く Qf、r0 > Qm)⑤zm > zf、Qf- 5 > 90。、！■。く Qm、r。< Qf (或;r。> Qf、r。> Qm)、3 2 > a 2⑥zm > zf、Qf- 5 彡 90。、！■。く Qm、r。< Qf (或;r。> Qf、r。> Qm)、a 2 > ^ 24)、求井巷工程中遇断层点沿垂直于1*3方向到另ー盘断矿(岩)交线距离处断矿(岩)交点A的高程ZmfZmf = Zf ±Lf tan @ 2 = Zf ±Lf tan @ cos | Qf~r3 (5)
在下列情况时式中取-号①zf>zm、Qf-S >90。、r0 < Qm、r0 > Qf (或;r0 < Qf、r0 > Qm)②zf > zm、Qf- 5 > 90。、！■。く Qm、r。< Qf (或;r。> Qf、r。> Qm)、@ 2 > a 2③zf > zm、Qf- 6 く 90。、r0 < Qm、r0 > Qf (或;r0 < Qf、r0 > Qm)④zf > zm、Qf- 5 彡 90。、！■。く Qm、r。< Qf (或;r。> Qf、r。> Qm)、3 2 > a 2⑤zm > zf、Qf- 5 > 90。、！■。く Qm、r。< Qf (或;r。> Qf、r。> Qm)、a 2 > ^ 2⑥zm > zf、Qf- 6 彡 90。、！■。く Qm、r。< Qf (或;r。> Qf、r。> Qm)、a 2 > ^ 2在下列情况时式中取+号 ①zf > zm, Qf-S >90。、！■。く Qm, r。< Qf (或 r。> Qf、r。> Qj、a 2 > ￠2②zf > zm、Qf- 6 彡 90。、！■。く Qm、r。< Qf (或;r。> Qf、r。> Qm)、a 2 > ^ 2③zm > zf、Qf- 6 >90。> r0 < Qm、r0 > Qf (或;r0 く Qf、r0 > Qm)④zm > zf、Qf- 6 >90。、！■。く Qm、r。< Qf (或;r。> Qf、r。> Qm)、3 2 > a 2⑤zm > zf、Qf- 6 く 90。> r0 < Qm、r0 > Qf (或;r0 く Qf、r0 > Qm)⑥zm > zf、Qf- 5 彡 90。、！■。く Qm、r。< Qf (或;r。> Qf、r。> Qm)、@ 2 > a 2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)的统ー编号，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ニ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。五、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I、矿山地形原始数据的查询和管理；2、勘査的原始地质资料、二次开发数据和勘査成果资料的查询和管理；3、測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)说明书的編制；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；12、矿山或矿井压力资料的查询和管理；13、矿山或矿井岩移资料的查询和管理；14、采空区资料的查询和管理；15、生产进度资料的查询和管理；16、矿山土地复垦资料的查询和管理；17、矿山或矿井电力资料的查询和管理。 发明的优点 由于现有矿山开采三维仿真系统中地表实体的控制方法较好地考虑了原始数据中第三维数据的方向性，较好地考虑了原始数据的方向性对插值数据的影响；勘査区地质图件的质量和精度较好；可以直接求出平面上井巷工程中遇断层时自见断层点到断失盘矿(岩)层的距离及方向，这ー方法及其 中的算法是本发明的ー个核心内容，是原创性成果，它适用于矿井开采中平巷、斜巷中遇断层的情况，也适用于露天矿开采，可使矿山开采过程的三维仿真技术的质量和精度有较大的提高。
图I是断矿(岩)交线方位与矿(岩)走向、断层走向关系示意图，图2-(a)是过F点垂直于1*3方向的剖面内断层与矿(岩)层交截示意图，图2—(b)是平面图上沿垂直于1~3方向井巷工程中见断层点与断矿(岩)交线间的距离及该距离的方向示意图，图3是实例示意图，图4上矿山开采三维立体可视化系统结构图，图5是求井巷工程中遇断层点沿垂直于1~3方向到另ー盘断矿(岩)交线的方向、距离算法流程图。
具体实施例方式具体实施方式
一步骤一中的具体实例见同日申请的，申请号是，申请专利名称是采用旋转TIN网和距离与夹角双权内插法的地形图测绘方法中的实例，步骤ニ中的具体实例见同日申请的，申请号是，申请专利名称是采用旋转TIN网和非剖面法直接制作平、立面图的地质勘查方法中的实例，步骤四中的具体实例是I、某孔西三采左九路倾斜上山巷道在A点遇断层，经井下实测，取得以下数据A点的高程是-100m,断层倾向与煤层倾向相反,A点的地层断距是16m,断层走向是10度,断层倾角是60度，本盘煤层走向是45度，断失盘煤层走向是70度，本盘煤层倾角是26度，断失盘煤层倾角是30度。设Y1是本盘断煤方向交线与断层走向线间的夹角，设￥2是断失盘断煤方向交线与断层走向线间的夹角。设Y1。是本盘断煤方向交线的方位角，设Y2。是断失盘断煤方向交线的方位角。Y1 = arctan {sin co X tan a + (tan 3 +cos co X tan a )}= arctan {sin35 X tan26+(tan60+cos35 X tan26)} 7.48°y 2 = arctan {sin co X tan a + (tan 3 +cos co X tan a )}= arctan {sin60 X tan30-i- (tan60+cos60 X tan30)}^ 13. 54°な= fl+Yl = 10。+7.48。=17.48。
权利要求
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，勘査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)、用前述一和ニ的内容合成勘査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Azm h0. sin[arctan(tan α,. cos m0)]. cos[arctan(tan a3. cos m0)],つ、in —.() cos m0 _ sin a3 式中h。是遇断层点的地层断距，％是两盘矿(岩)层走向间夹角，α 3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1*3方向到另ー盘断矿(岩)交点的距离Lf 1 tan β · cos^ -r3 + tan α3. cos|gm - r3| 式中Azmi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，ら是过断层点不平行于断失盘断矿(岩)交线的任意方向，Ci3为断失盘矿(岩)层真倾角为，β是断层倾角，Qf是断层倾向，Qm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= Y。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1*3方向到另ー盘断矿(岩)交线的方向ω3 ω 3 = Y 3±90°(4) 式中1"3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①zf > zm、Qf- δ >90。、!■。く Qm > r。> Qf (或;r。< Qf > r0 > Qm)②zf > zm> Qf- δ >90。、r0 く Qm > r。< Qf (或 r。> Qf、r。> Qj、β 2 > a 2③zf > zm> Qf- δ 彡 90。、r0 く Qm > r。< Qf (或 r。> Qf、r。> Qj、a 2 > β 2④Zni > zf、Qf- δ >90。、r0 く Qm > r。< Qf (或 r。> Qf、r。> Qj、a 2 > β 2⑤zm > zf、Qf- δ 彡 90。、!■。く Qm、r。> Qf (或;r。< Qf、r0 > Qm)⑥Zni > zf、Qf- δ 彡 90。、r0 く Qm > r。< Qf (或 r。> Qf、r。> Qj、β 2 > a 2在下列情况时式中取+号
全文摘要
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。
文档编号G06F17/50GK102760307SQ20111011020
公开日2012年10月31日 申请日期2011年4月29日 优先权日2011年4月29日
发明者冯彬, 杨德智, 董长吉, 赵建华, 黄桂芝 申请人:黄桂芝