一种基于三维点云数据库的矿山数字模型建立方法

技术特征：
1.一种基于三维点云数据库的矿山数字模型建立方法，其特征在于：首先收集矿山数据资料，依据点云数据提取标准，提取有效岩层界面的坐标点位置信息，建立矿山三维点云数据库；然后利用矿山的三维点云数据构建岩层分界面、采区及巷道模型，构建地表的三维地质模型，进而构建矿山三维地质模型；在矿山三维地质模型上划分网格，得到还原了各标识岩层地貌、采区和巷道位置、断层形态及地表形态的矿山采掘反演数字模型，提高了模型的贴合性和准确性。具体步骤如下：s1、通过收集目标矿区地质资料，确定模型尺寸，并分析获取各岩层上下分界面空间坐标集、回采区段拐点空间坐标集、关键巷道拐点空间坐标集、地表等高线空间坐标集、断层位置、断层断距及断层角度；s2、处理各岩层上下分界面空间坐标集，提取有效坐标点位置信息，建立矿山三维点云数据库：s2.1、根据模拟需求确定模型精度ε(0＜ε＜1)；s2.2、确定矿山三维点云数据提取标准和岩层分界面空间坐标集被提取的最小重要系数；设共有m组岩层分界面空间坐标集和n条矿山三维点云数据提取标准，利用下式计算第k组岩层分界面空间坐标集的重要系数p
kk
其中，x
i
为n条矿山三维点云数据提取标准中标准i的重要系数，w
i
为标准i的权重，l为修正系数；根据模拟需求确定岩层分界面空间坐标集被提取的最小重要系数p
min
且满足p
max
为最大重要系数；s2.3、将满足p
k
≥p
min
的各岩层分界面空间坐标集直接提取到矿山三维点云数据库中并分别命名；s2.4、将剩余岩层分界面空间坐标集分为两类，即满足或的坐标集，其中α为可调系数且α∈(0,1)，然后将符合的岩层删去，将其与附近满足的岩层合并形成新的岩层分界面坐标集，并将其提取至矿山三维点云数据库中并分别命名；s3、构建还原断层形态、采区及巷道的三维地质模型的地下部分：s3.1、将包含各标识岩层上下分界面空间坐标集导入rhino软件，利用rhino软件由下到上的分层拟合岩层分界面；由模型尺寸建立长方体模型，并由各拟合得到的岩层分界面进行切割，对各岩层进行命名，此时初步得到长方体结构的地下三维地质模型；
s3.2、根据断层位置，建立断层分界线并根据断层角度，切割煤层；然后根据断层断距，调整被分割的煤层还原断层形态；s3.3、将包含回采区段拐点空间坐标集、关键巷道拐点空间坐标集输入rhino软件，分别拟合出工作面各回采区段和关键巷道并命名；s3.4、对岩层空间模型、回采区段及关键巷道进行布尔运算，去除岩层空间模型中的多余部分，形成全矿区三维地质模型的地下部分；s4、根据地表等高线空间坐标集，构建地表三维地质模型并命名，将两部分模型拼接在一起，由此全矿区三维地质模型建立完成；s5、利用rhino软件自带的网格划分工具对全矿区三维地质模型进行初步网格划分，网格尺寸根据实际需要设置，然后利用griddle插件对模型再次进行网格划分，通过限制网格形状和最大、最小边缘尺寸来修正网格，使网格变化均匀；最后将模型导出为flac 3d软件可识别的网格文件，在该模拟软件中导入网格文件，就得到全矿井采掘反演数字模型。2.根据权利要求1所述的基于三维点云数据库的矿山数字模型建立方法，其特征在于：在步骤s1中收集的地质资料包括目标矿区采掘工程平面图、工程地质剖面图、地勘钻孔柱状图、煤层底板等高线图。通过分析目标矿区的地质资料，获取各岩层上下分界面空间坐标集、回采区段拐点空间坐标集、关键巷道拐点空间坐标集、地表等高线空间坐标集、模型尺寸、断层位置、断层角度、断层断距。关键巷道主要指区段回风平巷、区段运输平巷。3.根据权利要求1所述的基于三维点云数据库的矿山数字模型建立方法，其特征在于：在步骤s1中所述的各岩层上下分界面空间坐标集是由地勘钻孔柱状图分析获得。每个钻孔的纬距和经距一定，可以直接获得该组钻孔坐标集的横坐标x和纵坐标y，根据岩层数量p和埋藏深度h
j
可以获得该组钻孔坐标集，由上到下分别为(x,y,h1)、(x,y,h2)、
……
(x,y,h
j
)、
……
(x,y,h
p 1
)，其中h
j
≤h
p 1
。将获得的所有坐标先按照地质单位“段”重新进行分类，进一步的在每“段”中，再按照不同岩层进行分类，这样便得到各岩层上下分界面空间坐标集。4.根据权利要求1所述的基于三维点云数据库的矿山数字模型建立方法，其特征在于：在步骤s2中所述的模型精度ε是根据模拟需求确定的仿真模型还原精细程度，既可以是局部某些连续岩层还原精度，也可以是整体地层还原精度。地质资料越丰富，地勘钻孔打钻越密集，模型最大还原精度越高，由于无法做到100％还原矿山地下样貌，所以ε＜1。5.根据权利要求1所述的基于三维点云数据库的矿山数字模型建立方法，其特征在于：在步骤s2中所述的矿山三维点云数据提取标准为根据仿真模拟需求、矿山地下岩层形态、地勘钻孔柱状图和岩层分界面空间坐标集确定的详细要求，该要求的精细程度直接影响矿山三维点云数据库的建立。6.根据权利要求1所述的基于三维点云数据库的矿山数字模型建立方法，其特征在于：在步骤s3中所述的标识岩层指矿山三维点云数据库中确定的岩层，模型精度越高且矿山三维点云数据提取标准越详细，标识岩层数量越多。在漫长的地质时期，由老到新逐渐形成的各标识岩层，可以在地质考查、钻孔勘探和矿井采掘过程中用于判别层位信息和地质年代。7.根据权利要求1所述的基于三维点云数据库的矿山数字模型建立方法，其特征在于：在步骤s3中，由于回采区段和关键巷道分别与岩层空间模型存在空间重复，故利用软件布尔运算功能中的差集运算，对岩层空间模型、回采区段及关键巷道进行差集运算，目的是在
岩层空间模型中切除回采区段及关键巷道，避免空间位置重复，这样岩层空间模型和回采区段及关键巷道就构成了全矿区三维地质模型的地下部分。

技术总结
本发明公开了一种基于三维点云数据库的矿山数字模型建立方法，属于矿山三维数字建模领域方法。收集矿山数据资料，依据点云数据提取标准，提取有效坐标点位置信息，建立矿山三维点云数据库；构建岩层分界面、采区及巷道模型，构建地表三维地质模型，进而构建矿山三维地质模型；划分网格，得到矿山采掘反演数字模型。依据该方法可获得矿山三维点云数据库，并能够还原各标识岩层地貌、采区和巷道位置、断层形态及地表形态，根据仿真模拟需求，利用本方法能够建立不同精度的矿山采掘反演数字模型，为地应力场反演奠定基础，为矿井灾害防治提供可靠的依据。提供可靠的依据。提供可靠的依据。


技术研发人员：杨威 王文元 冯英特 张文晓 魏则宁
受保护的技术使用者：中国矿业大学
技术研发日：2022.03.28
技术公布日：2022/6/24