摘要：随着煤矿生产工作的不断开展和进行，大多数地质信息数据在进行披露的过程中，地质数据信息也随之增多，并且随地质信息的披露程度而不断更新，这种情况的出现对煤矿三维地质模型的构建和发展造成了直接的影响，而且其本身是经过动态修正的过程来实现的。随着三维技术模拟模型和3D数字矿山的提出，促使国内外多数煤矿企业都针对三维地质模型的构建不断开展深入的研究工作，为三维地质模型动态修正关键技术的运用奠定了基础，并且开发了出多种类型的商业软件。其中，地质数据的变化属性直接影响了地质模型所需进行动态修正的主要特点，但是在煤矿行业当中，极少进行煤层或者是断层方面所开展模型动态讨论形式。
关键词：煤矿；三维地质模型；动态修正关键技术；
煤矿生产数据具有动态变化的特性，平面数据、剖面数据和三维地质模型需要随着矿山开采不断进行动态的修正和更新，使其对地下生产对象的表达越来越精确。但是，现阶段研究三维地质模型以静态建模为主，对模型数据更新处理的操作复杂，需要进一步深入研究三维模型的动态修正问题。
一、概述
随着三维技术的发展和数字矿山概念的提出，国内外对三维地质建模及应用进行了大量研究，已有成熟商业软件如Surpac，Micromine，DiMine等，主要研究与应用内容集中在地质建模、采矿设计、境界规划、经济效益评估等方面。其中地质建模以采用钻孔、剖面等数据构建静态地质体模型为主，地质数据的属性决定了地质体模型需要动态修正的特性，非煤矿领域已有针对地质体模型动态更新的相关研究，但煤矿行业仅有少量单独针对断层或者煤层动态建模的讨论。现阶段相关研究仍存在的主要问题有：（1）在煤矿三维研究中，主要以实现三维地质模型的静态建模为主，数据的变动往往需要重构整个三维模型；（2）很少有人充分考虑数据的动态特性，提出煤矿三维地质模型动态修正的系统性框架；（3）现有软件产品对三维模型的数据处理操作繁琐，实用性差。因此，结合煤矿地质数据特征，研究煤矿三维地质模型的动态修正技术及相关应用，是煤矿生产信息化建设过程中面临的新挑战和新课题。在对煤矿三维地质模型的研究基础之上，对三维地质模型动态修正的技术框架、相关核心技术等内容做了进一步的探索与实践。
二、三维模型动态修正技术构架
煤矿三维地质模型动态修正，是指利用煤矿原始数据资料构建三维地质模型之后，随着煤矿生产工作的不断推进，依据煤矿生产的实际情况，利用各类更新数据，对已经构建的三维模型进行局部动态更新修正。
1.模型动态修正数据来源。随着煤矿生产工作的开展，各类数据不断变化更新，根据获得更新数据的来源途径不同，将三维模型动态更新的数据分为两类：最新的生产数据、修正的模型数据。最新的生产数据是指伴随煤矿生产工作的不断推进，补充勘探、物探、巷道掘进、煤层回采等工作的开展，不断增多和更新的煤矿地质数据。在三维地质模型修正过程中，常用的生产数据包括：①巷道数据；②地质钻孔柱状图；③地质勘探线剖面图；④煤层底板等值线图；⑤地震地质剖面图；⑥陷落柱、采空区、异常区数据；⑦其他不断更新的地质成果等。修正的模型数据是对已有数据进行校验修正的结果。地质模型数据的准确性直接影响到基于其数据的决策判断，但是，由于矿山地质数据信息来源多样且具有灰色状态，以及地震勘探解释结果的概率性问题等原因，导致数据资料中难以避免错误数据的出现。如果直接从图纸或者单一数据中查询，并不容易发现其中的问题。通过在任意位置绘制预想剖面，利用平面和剖面的数据对应关系，用户可以容易的查找到多数据源之间矛盾的情况，或是数据不符合一般地质规律的问题，从而进行数据的修正，这就是获取修正的模型数据的核心。
图1三维模型动态修正框架
2.模型动态修正技术框架。煤矿三维地质模型的修正流程主要为：（1）利用原始数据建立基础三维地质模型。（2）在模型的任意位置绘制预想剖面图，通过平面-剖面对应等校验数据是否符合地质规律，对不符合地质规律的位置加以调整，获取修正的模型数据。（3）前面获取的修正数据与随着煤矿生产获取的最新数据，通过包含分析、膨胀搜索算法、样条曲面算法、平滑过渡算法等一系列操作，完成对三维地质模型的动态修正。（4）可以利用修正完成的三维地质模型补充与修正各类专题图形。煤矿三维地质模型动态修正技术框架如图1所示。
三、模型动态修正关键技术分析
1.动态修正数据的前期准备。具体表现在以下几个方面（1）矿井开采数据的前期准备，主要经过一系列掘采操作后，所使用过的掘采手段直接成为矿井开采数据进行收集的有效方式。我国煤矿地质开采工作的发展得以不断深入，多数相关的物理探测数据和相应的钻孔数据类型都得以显著提升。（2）三维动态修正地质模型数据的前期准备，预想剖面的绘制三维修正模型数据的最终形成，其具体过程主要是借助平面和剖面两者的关系来检验相应的额模型数据，并且及时修正不符合地质规律的数据，最终获得地质模型方面的有效修正数据。平面和剖面两者所对应的技术本身是用于取得地质模型修正数据的关键技术，其在进行数据检测方面，其中平面图都是以三角网的形式来呈现，剖面图地形线则是平面图中剖面线和三角网，两者交叉点集合起来的连线图，因此实施预想剖面图的绘制过程中，主要是通过以下方式来实现平面图和剖面图两者对应的数据点。
2.处理更新点影响范围的有效方式。在进行三维动态修正之后，其后续处理都是采用分析算法进行数据的获取，整个过程需处在的三角网显著位置，同时也可采用膨胀算法来获取更新点的影响范围，并结合样条曲面函数针对影响范围当中的所有数据点采取插值计算的方式来进行。其中，应当具备的核心技术主要包含了样条曲面插值算法和膨胀算法等多方面的内容。（1）膨胀搜索算法，由于构建地质体三角网所具备的数据量相对较大，因此不论数动态TIN或者是原始TIN所开展的进一步操作都直接关系到变动数据本身变化发展的插值点和原始点信息的整体过程。所以必须采用逐层向外的膨胀搜索算法来进行，这样才能真正为三角网所包含的信息，提供真正有效的索引速度及数据。搜索原理具体是：在建立好的模型当中，针对新加入的新点一级修正后的数据都将对某个范围内的数据造成影响，而在搜索的过程中通过对已经建立起来的TIN拓扑关系进行充分的运用，这样才能迅速获取到三角形毗邻的三角形，不但极大的减少了计算量，同时迅速加快了当前的搜索速度。（2）样条曲面拟合插值算法，模型数据点本身主要包含以下几点，一是无法产生变化的钻孔和见煤点等相应的原始点；二是借助插值算法能够直接获取到非原始的控制点。动态编辑原始数据的过程中，其周边的非原始数据和相应更新点的实际特征值都应做好重新的计算。而且为了能够完成插值计算，促使更新数据所处的位置能够更加真实的起到模拟的效果，就必须直接采取样条曲面函数来插值计算相应的数据点。
总之，提出了三维地质模型动态修正的流程及框架，为解决煤矿三维模型数据更新时的修正困难等问题提供了思路，进一步提高了煤矿三维地质模型数据更新的自动化程度及实用性。实践证明，动态修正后的三维地质模型可以应用到危险源预测预警、地质空间分析等功能之中，为其提供数据支撑，对于辅助煤矿生产决策、提高煤矿安全生产水平具有重要意义。
参考文献：
[1]武华.煤矿三维地质模型动态修正关键技术探讨.2018.
[2]陈梅.虚拟煤矿三维引擎架构设计及实现.2017.
论文作者:崔立波
论文发表刊物:《基层建设》2019年第6期
论文发表时间:2019/4/30
标签：地质论文; 模型论文; 数据论文; 煤矿论文; 动态论文; 剖面论文; 算法论文; 《基层建设》2019年第6期论文;