凡口建模工作报告

PAGEPAGEII凡口铅锌矿矿床建模技术阶段研究报告（一） 井巷工程建模中南大学中金岭南凡口矿2007年1月目录第一章 前言 11.1凡口铅锌矿概况 11.2研究背景及意义 21.2.1研究背景 21.2.2研究意义 21.3研究内容及方法 31.3.1研究内容 31.3.2研究方法 3第二章 建模工具SURPAC简介 52.1Surpac软件的技术优势 52.2地质数据库 62.33D模型 72.3.1实体模型 72.3.2块体模型 82.4采矿设计 92.5生产进度计划 10第三章 地表模型构建 113.1地表模型建立依据与方法 113.1.1地表模型建立依据 113.1.2地表模型建立方法 123.2基于Surfer、GOCAD的地表模型构建 133.2.1Surfer简介 133.2.2GOCAD简介 143.2.3等高线的绘制 163.2.4地表模型的建立 183.3基于SURPAC的地表模型构建 193.3.1地表模型建立时对线文件要求 193.3.2地形图的Surpac处理 203.4地表模型的建立 21第四章 井筒与斜坡道实体建模 224.1主要井筒的实体建模 224.2斜井与斜坡道的实体建模 264.2.1斜井的实体建模 264.2.2斜坡道的实体建模 27第五章 中段平巷实体建模 305.1建模依据 305.2建模准备 325.2.1各中段平面图的CAD处理 325.2.2各中段平面图的Surpac处理 335.3中段巷道实体建模 375.3.1生成DTM 375.3.2生成实体模型 39第六章 辅助井实体建模 446.1措施井实体建模 446.2溜井实体建模 48第七章 实体模型复合 52第八章 结语 55建模工作报告第八章工程巷道实体建模PAGE54前言凡口铅锌矿概况凡口矿床为一超大型隐伏铅锌矿床，矿区面积约5000m2，属仁化县董塘镇辖区，是东西向南岭钨、锡、铋、钼、铜、铅、锌、银多金属成矿带的重要代表性矿床。矿床具有规模大、矿石品位高、综合经济价值高等突出总体特征，是我国目前最大的铅锌采选企业。凡口矿于1965年开始建设，1968年建成投产。矿山采用地下开采方式，中央竖井开拓，上向水平分层胶结充填法为主要采矿方法。后通过1984年改扩建和“七五”技改，矿山采选系统形成了生产铅锌矿石4000~4500t/d，铅锌金属量15×l04t/a的综合能力。矿山采用中央主、副井开拓方式，主井地面标高+132m，延伸至-750m，内设双箕斗矿石提升系统和单箕斗废石提升系统，矿石经矿石溜井（4#，5#），集中溜放到破碎站（-385m、-680m各一个），粗碎后的矿石由主井双箕斗提升至地表，废石由主井单箕斗提升到地表，经索道送到选厂。双箕斗提升能力4500t/d，单箕斗提升废石能力为1500t/d。新、老副井、盲副井担负所有人员、材料提升任务。其中新副井到-750m，老副井到-455m，盲副井从-320m至-750m。考虑无轨设备进出及部分材料运输，从狮岭开拓了一条地面到-650m斜坡道，平均净断面14m2，坡度15%。上部中段高度为40m，深部中段高度为50m，开拓系统如图1-1。为保护矿体顶板含水层及地表不受开采影响，根据矿体赋存状态及开采技术条件，凡口铅锌矿一直采用充填料回填采空区，用充填体支撑围岩，有效地控制了采场地压，减少、延缓和阻止了采空区围岩的破坏和移动，避免了地表塌陷、溶洞贯通等，确保了采矿作业安全，其矿石损失、贫化很低，矿产资源得到了充分回采利用，其矿石损失率一直低于2%。图1-1开拓系统图研究背景及意义研究背景研究意义描述矿山地下结构的形状对于矿山管理和矿山设计都具有重要的意义。随着计算机技术在采矿业的不断应用，采矿业正由经验型、传统型向科学型、定量分析与处理、自动化方向发展，矿山模型的建立是矿山设计工作的重要前提。传统方法绘制的图形大部分是二维平面图，用二维图形来描述三维空间的矿体，可视性差，缺乏立体感，容易产生误解，并难于向非专业技术人员展示自己的设计。建立一个三维矿山模型让矿体的真实面目呈现在人们面前，对于矿山设计者和生产者无疑具有重要的意义，其应用前景非常广泛。根据项目研究思路和工作安排，需要对矿体、开拓工程等建立起三维数字模型。所建模型不仅要准确地反映矿体、开拓工程等之间的三维空间关系，满足相关矿体储量、品位、体积计算等需要，还要为后续的数字模拟计算和监测方案的科学制订奠定技术基础。因此，三维数字建模是一项重要基础性工作。对于实现凡口矿的可持续发展有重大意义，而开拓工程建模，则又是整个三维数字建模工作的基础性工作，是基础的基础，所以在资料不足的情况下，先期开展开拓工程建模，可以为后续的矿山整体三维建模提供一个良好的开端。研究内容及方法研究内容通过三维数字建模的方式，建立起地表模型、开拓工程模型等，以便更好的了解整个矿山开拓工程在三维空间上的形态和分布状况，克服二维空间在数据处理和图形显示中信息表达不充分，缺乏直观感等缺陷，实现矿床和开采工程真正意义上的空间可视化。从2006年11月开始，我们按计划开展了以下工作：收集、整理、分析凡口矿有关的原始资料数据（原始地质钻孔数据及地质剖面、化验样品数据，矿山测量数据，采矿工程数据）；数字化工程图纸线串的编号、属性定义、真实坐标变换，使其符合实际的地理坐标位置；建立地表实体模型；建立各工程巷道与井筒实体模型；研究方法目前国内金属矿业企业打造数字化矿山还处于刚刚起步的阶段，Surpac软件作为一套大型数字化矿山工程软件，易于学习和使用，有助于实现矿山行业的数字化、信息化管理，从而为矿山生产做出更加科学的决策。通过我国多家用户的使用，Surpac软件的功能和可靠性得到了验证，可以服务于矿山生命周期的各个阶段，为矿山合理规划和生产提供依据，值得在我国金属矿山企业中推广使用。市场上比较成熟的矿业软件有SURPAC、DATAMINE、MICROMINE等，这些软件在其主要功能上并没有太大区别，不过各有其特点。比如DATAMINE的优势主要体现在其强大的CAD功能与数据库功能，而在3D建模以及模型的显示方面，SURPAC无疑又更胜一筹。SURPAC具有功能强大的图形绘制显示模块，包括了一整套三维立体的和块体的建模工具，通过激活自动绘图功能可以任意地在图形中创建图形，图形可以三维方式产生，也可以从旋转的二维图形中得到，用户可以从不同的角度来观察图形。SURPAC并且采用了三维图形可视化仿真、灯光投影、数据插值拟合、单元剖分和消隐等技术，便于用户以最佳效果来观察图形。此外，用户还可将AutoCAD图输入SURPAC进行二次开发。还可以把SURPAC作为开发基础，开发自己的应用程序，脚本语言是公共的TCL语言，该语言非常易学，有许多可得的公共代码，可以和其它的软件系统进行整合。建模工具SURPAC简介随着中国矿业的快速发展，加快和促进数字化和信息化建设已经成为很多金属矿山企业的发展目标。面对科学技术的突飞猛进，以往那种功能单一的应用软件难以实现测量、地质、采矿等多专业数据信息的共通、共享，无法保证矿山设计的效率和质量。由澳大利亚Surpac国际软件（SSI）公司开发的Surpac系列软件，是一套在矿业领域内具有国际领先水平的大型数字化矿山工程软件，可以广泛应用在资源评估、地质测量、矿山开采设计规划、生产计划管理，乃至矿山闭坑后的复垦设计的整个矿山生命期的所有阶段中，它极大地改进了从测量工程师、采矿工程师、地质工程师到矿山生产管理过程中的技术交流，能够有效地帮助金属矿山企业顺利实现开采设计、计划和管理工作的数字化、信息化。Surpac软件与以往的制图软件、采矿软件相比，技术优势是拥有一整套三维立体建模工具，能够将矿山勘探、三维地质模型建立、工程数据库构建、露天和地下矿山开采设计、生产计划和开采进度计划、尾矿和复垦设计等工作完全图形化。目前，Surpac系列软件已成功应用在全球90多个国家和地区的地质勘探部门、矿山企业和科研院所，拥有5000多个授权用户。2004-09月，Surpac软件通过了国土资源部的认证，是中国矿业联合会向中国矿业企业推广的先进的矿业软件。Surpac软件的技术优势作为一套全面的集成软件系统，Surpac拥有生动流畅的图形用户界面（GUI），它采用标准的Windows操作界面，易学易用。这个界面采用Java语言开发，因此能很好地兼容Internet，可以帮助分布在各地的项目成员轻松实现交互式的协作工作。Surpac优于其它矿山工程软件的最大特点就在于其面向矿山的三维可视化界面。Surpac拥有功能非常强大的三维图形系统（3D），其核心是一个完全集成的图形模块，包括全面的可视化手段和数据编辑工具，可以直观地生成和显示地下地质或矿体的三维构造、地面地形模型以及其他各种图形，轻松创建一个拥有三维数字化、多视角、色彩渲染、缩放旋转、数据逐层显示等强大功能的虚拟环境，减轻人类的认知负担。将Surpac的三维可视化技术应用于金属矿中，既可对矿体的赋存状态、空间特性进行生动的展示，又能使金属矿山的开采设计、动态作业过程得以直观的显示。Surpac的应用能够极大地改进矿山工程技术人员和高级管理人员之间的信息交流，为矿山决策层提供实时、可视化和准确的数据资料，使矿山设计和开采的各个环节都能在高效的管理控制之下。Surpac是十分灵活开放的软件系统，其资源储量估算模块与其他的功能模块有数据的导入和导出接口，方便升级扩展。用户不仅可以按照自己的需要设定个性化的界面，而且能够利用Surpac宏语言进行二次开发，方便地编写新的应用程序，在Surpac中创建自己的功能键或菜单，以满足一些企业用户的特殊需求，提高工作效率。使用Surpac软件进行金属矿山开采设计另外，Surpac软件还提供了专门进行地下采矿、露天采矿设计和制图的工具，可以很方便地完成相关工作的设计和绘图，生产品位控制、优化开采作业。另外，Surpac还拥有实用的进度计划软件包，能够有效解决矿山开采计划中的物质多样性、目标多样性、采矿地点多样性等复杂情况所带来的项目规划难题，帮助用户快速编制采掘进度计划及各种报表，动态显示开采的进度计划进程。地质数据库收集必要的数据资料，创建地质数据库，是使用Surpac软件进行金属矿山开采设计的首要工作。Surpac吸收了多用户的开放数据库技术（ODBC）的优势，因此Surpac地质数据库能够直接与许多流行的数据库相连接，可用诸如Access、SQLServer、Oracle等任何一种方式来存储和管理地质信息。地质数据库中汇集了所有必要的地质信息，包括转孔表、测量表和转换表这三个基础数据表。存储在Surpac数据库中的坐标、高程、岩性、化验、样品和断层等数据信息，都可以以图形的方式显示和查询，也能够直接在图形上修改更新。通过Surpac软件，矿山设计人员可以快速浏览所有钻孔的信息和图示，也可以在电脑屏幕上选择感兴趣的剖面，只需用鼠标选定任意两点，就能自动获得这两点之间的一系列剖面图，接下来可以通过样品组合和查询工具，快速得到某一段或者剖面上的品位、面积等相关情况的报告。所生成的钻孔图形中，还能显示出某个或多个钻孔的地质岩性、品位、轨迹和深度等。3D模型方便快捷的3D实体建模和块体建模技术是Surpac软件的一个最显著的特征。实体模型实体模型是用来描述三维空间的物体，是SURPAC三维模型的基础。实体不仅仅描述物体的轮廓，它还具备以下功能：★快速计算体积和表面积。★任意方位的切割剖面。★可用于空间的约束，如内、外约束。★体之间、体与面可进行并、交、差运算。★与地质数据库相交。实体模型是定义地层带、矿体和采场的通用技术方法，是一个三维的三角网，通过联结多边形形成的一个实体或空心体。一个典型的矿体实体模型如图2-1所示。实体模型具有关于物体的全部信息，因而易于实现物体空间结构分析、体积运算、立体显示、任意方向切割剖面等，适合于对矿体进行结构分析和经济评价。通过Surpac生成的一系列剖面图，用户可以自动或者手动创建各种复杂形态的矿体实体模型，也可以根据实际需要切割某一个实体，快速准确地计算闭合实体的体积。Surpac允许用户采用多种方式确定矿体边界范围，既可以使用现有的平面图、剖面图，也可以在屏幕上交互式地进行地质解释。图2-1矿体实体模型示意图块体模型在过去，Surpac的资源模型也依靠传统的多边形模型，这种方式使用简单也好理解，但是非常受时间限制，特别是当您想更改创建的模型中参数的时候比较麻烦。Surpac的三维块模型依旧使用简单，也便于理解，但是它的特点在于创建模型的速度很快，参数的修改、删除和增加都可以随时进行。Surpac块体模型是数据库的一种格式，意味着其结构不仅可以存储和操作数据，还能修补来自于数据中的信息，这是和传统的数据库不同的地方，存储数据的时候更像内插替换一个值，而不是度量一个值。另外一个主要的不同在于这个值具有空间参照性。第三个不同在于块模型在打开的时候完全放在了内存中，实现了动态操作，如画等值线等属性，当然同时对内存也提出了较高的要求。例如在地质数据库中，特征值都是和空间位置相联系的，然而，空间位置却不是和特征值有必要关系的。块模型的部分空间是块的组成部分，每一个都和一个记录相联，这个记录是以空间为参照的，每个点的信息可以通过空间点来修改而并不仅仅是取决于其精确测量，空间参照就是一些额外的操作，对数据库的容量进行操作和查询，空间操作的方式是INSIDE和ABOVE，在实体和表面文件中可以用，对于外部和下部空间的操作使用非逻辑操作，例如NOTINSIDE或者NOTABOVE。块体模型中包含了下列一些组件:1）模型空间。指的是立体体积，在块体模型概念里实体中什么都不存在。2）属性。在建立的模型空间属性都是有条件的属性，这些属性可以是指定的、有序的、间隔的，可以是比率，也可以是字符、数值，特征值可以通过别的属性值由计算得出，这些属性值都可以进行报告输出和可视化浏览。3）约束。限制就是对空间操作符和物体的逻辑组合，可以用来控制对块的选择，对信息加以修复，或者是对其进行内插值。最后这个约束可以保存为约束文件，这个文件的扩展名为CON。模型本身在模型空间内是一个二进制的图形结构，通过存在的块和不存在块定义模型，模型文件的扩展名为MDL。块模型可以在任何位置应用，通过空间值的分布建立空间模型。采矿设计在显示三维可视化环境中，用户可以自如地进行交互式采矿开拓（如竖井、斜坡道和运输巷道）设计和采场开拓（如采场、方孔、放矿溜井）设计。Surpac软件的露天采矿设计工具可以对采矿场和堆场进行从下向上或者从上向下的交互式设计。用户能够对联巷、道路、边坡坡度和台阶宽度进行参数化设计，还能够根据需要随时调整设计参数和标准。在整个采矿设计过程中，已有的地质模型或资源模型都能被叠加，这更有利于辅助矿山的规划，例如根据矿山的地质信息就可以决定边坡坡度的大小。通过输入DXFASCII格式的测量或者地表地形数据，可以有效降低矿坑规划和设计Surpac软件的地下采矿设计模块充分利用了图形模块中的三维设计工具，如“创建一条曲线”、“按坡度成线”、“扩展一条闭合的线段”等方法实现数字化。在设计中，可以使用两点之间最短距离作为中心线，使用实体模型工具可以很轻松地构建一个天井或巷道的三维模型。为了使成本最小化、资源回采最大化，Surpac的“品位控制”模块可以为一体化生产信息提供必备的工具，如刻槽取样或爆破孔的信息，从而获得井下剖面的顶、底板测点数据和扇形设计图形，“爆破设计”工具可以用来确定装药顺序和钻孔报告，也可以和采场实体模型一起使用。生产进度计划生产进度计划虽然只是作为SURPAC中的一个模块，但却是一个对于采矿业（无论是地面还是地下）来说都具有划时代意义的生产进度计划软件，它适用于任何开采过程，是为多种矿藏和采矿方法而准备的。它最终解决了开采计划中物质多样性、目标多样性、采矿地点多样性等复杂情况带来项目规划中的难题，它包含了两个模块：生产计划表和地下掘进计划表。生产进度计划模块和市场上其它的开采计划表不同，它真正让用户成为生产的决策者。它使得你在制定计划，解决想在哪里开采，想如何采的问题上变得十分灵活，它能快速告诉你每个时间周期中开采工作进行的地点，并且报告出每个周期的开采数量和质量。另外，SURPAC除去核心的三维图形模块以外，还拥有强大的地下与地面测量模块，测量模块与图形模块集合形成有效的编辑和数据操作，再加上测量工作常规方法的大范围优化组合，使得SURPAC已成为测量工程师的首选工具。地表模型构建地表模型是用来虚拟地形和表面，一般由若干地形线和散点组成，考虑到每个点的坐标值，将所有点联成若干相邻的三角面，然后形成一个三角网随着地面起伏变化的单层模型。表面模型只能描述面，在平面上不具有重叠功能，在同一个X，Y上只能有一个Z值。在SURPAC中，可以通过等高线（地形等值线）生成表面模型。地表模型是三维地质建模一项重要的内容。三维地表不仅直接影响到地表工程的设计、施工，而且对于选厂、排土场、孔口等的位置的最优布置有很大的影响，同时地表模型作为边界约束条件，还直接影响到技术经济指标和工程量的计算，因此，我们要建立的地表模型，需要满足边界约束和平剖面切割的精度。地表模型建立依据与方法地表模型建立依据矿山收集的资料中，地形图有两张，分别是“凡口万分之一地形图.dwg”和“凡口矿矿区地形图.dwg”，综合考虑两张地形图的等高线绘制效果和精度，选择“凡口矿矿区地形图.dwg”为本次地表模型的建立依据，如图3-1，该地形图范围见表3-1。表3-1凡口矿矿区地形图范围坐标XminXmaxYminYmaxZminZmax坐标值图3-1凡口矿矿区地形图地表模型建立方法地表模型可以在SURPAC或Surfer、GOCAD中建立，生成地表模型前，需对原始地形图进行相应的处理，处理过程在CAD中完成，处理方法如下：打开“凡口矿矿区地形图.dwg”，隐藏除等高线以外的图层，并运行菜单：复制/打开新文件/粘贴到原位/保存，文件命名为“地形图.dwg”；对“地形图.dwg”进行处理。考虑到对线分层时每隔5m一个高程，防止相近图层线处理时出现混乱，设置差别大的颜色，采用的图层名以该层线的标高来命名，比如750层，表示该层线的高程都是750m；地形图的三维视图如图3-2，保存文件为“地形图.dxf”。图3-2地形图的三维显示基于Surfer、GOCAD的地表模型构建Surfer简介GoldenSoftwareSurfer8.0(以下简称Surfer)是一款画三维图（等高线Himagemap，3dsurface）的软件。Surfer的主要功能是绘制等高线图（contourmap），此外它还可以绘制基面图、数据点位图、分类数据图、等值线图、线框图、地形地貌图、趋势图、矢量图以及三维表面图等；提供11种数据网格化方法，包含几乎所有流行的数据统计计算方法；具有各种流行图形图像文件格式的输入输口以及各大GIS软件文件格式的输入输出接口，大大方便文件和数据的交流和交换；具有脚本编辑引擎，自动化功能强。Surfer采用了七种数学模型，每种数学模型都有其相关的参数设置。通过对数学模型的选择和进行灵活的参数设置，可以绘制各种类型的等值线图。如图3-3为Surfer软件绘制等高线图。图3-3Surfer软件绘制等高线图另外Surfer还具有如下功能：软件本身带有电子表格，它能对原始数据进行全面的处理，比如能对原始数据进行统计、排序、数据格式调整以及对列进行计算等等，其操作与MSExcel类似；能对格网化后的数据进行圆滑、函数计算、转换及进行残差分析；能形象地以三维形式显示立体表面，并能自由旋转和进行体积（土方）计算；能进行图面编辑整饰，最大能以A0幅面和以分色形式输出到打印机或绘图仪；能以多种文件格式输出，常见的DXF文件能被其它软件再利用。GOCAD简介GOCAD（GeologicalObjectComputerAidedDesign）软件是法国Nancy理工大学开发的主要应用于地质领域的三维可视化建模软件，目前广泛应用于地质工程、地球物理勘探、矿业开发、水利工程中。其主要界面如图3-4所示。图3-4GOCAD软件界面GOCAD软件具有强大的三维建模、可视化、地质解译和分析的功能。它既可以进行表面建模，又可以进行实体建模；既可以设计空间几何对象，也可以表现空间属性分布。并且，该软件的空间分析功能强大，信息表现方式灵活多样。1．GOCAD软件的对象GOCAD中的对象包括PointSet、Curve、Surface、Solid、Voxet、SGrid、Well、Group、Channel、2D-Grid、X-Section、Frame、Model3d等类型。2．GOCAD软件中对象的属性GOCAD中不同类型对象包含的属性不同。如Surface的属性类型包括Graphic、Property、Advanced、Constraints、Contours、Texture、Gridding、Info等，每类属性又包含一些具体内容。3．GOCAD软件的视图控制方式GOCAD软件中有两种视图控制方式，一种是用户用鼠标进行实时的平移、缩放或旋转，这种方式灵活方便。另一种方式是先确定平移、旋转或缩放的增量，然后点击调节按钮进行平移、旋转或缩放，这种方式更容易让用户调节到一个特定观察状态。这两种方式在不同情况下选用，可方便用户从任意位置和任意角度观察对象。等高线的绘制Surfer的最主要的功能是绘制等高线图，但并不是我们具有了数据文件就可以直接绘制等高线，Surfer要求绘制等高线的数据有特殊的格式要求，即首先要将数据文件转换成Surfer认识的grd文件格式，才能绘制等高线（当然，可以直接生成Surfer接受的ascii码的grd文件格式，这样就可以直接作图）。Surfer导入的数据文件格式X，Y，Z，其中Z为点（x，y）处的值，其中第一列是X坐标，第二列是Y坐标，第三列是（x，y）上的值Z。为了将地形图转换成这种格式的数据文件，需要经过以下处理过程：文件格式转换。将“地形图.dwg”文件格式转换成SURPAC中的线文件格式，转换对话框如图3-5所示。图3-5文件格式转换对话框点坐标提取。将转换后的“地形图.str”以文本文件格式打开，再将文本文件“地形图.txt”导入ACCESS中，提取点坐标Y，X，Z三列，其余列删除，导出为“地形图.xls”格式文件。至此，生成的“地形图.xls”文件可以直接被Surfer接受，并在其中绘制等高线步骤如下：将数据文件转换成grd文件。运行菜单：网格/数据，在打开的对话框中选择数据文件“地形图.xls”，弹出网格数据对话框如图3-6所示。图3-6网格数据对话框在“数据列”中选择要进行网格化的网格数据（X和Y坐标）以及格点上的值（Z列），将X指定为列B，Y指定为列A，原因在于SURPCA中坐标的顺序为YXZ，如果是多列数据，则可以在下拉菜单中选择所需要的列数据。选择好坐标XY和Z值后，在“网格化方法"中选择一种插值方法（如果你需要比原始数据的网格X和Y更密的Z数据，或是你的网格是非均匀的），则在网格化的过程中，Surfer会自动进行插值计算，生成更密网格的数据。如果你只是想绘制原始数据的图，不想插值，则最好选择距离平方反比法（inversedistancetoapower）或克里格（Kriging）方法。因为这两种方法在插值点与取样点重合时，插值点的值就是样本点的值，而其它方法不能保证如此，这里我们选择克里格方法。在"输出网格文件“中输入输出文件名“地形图.grd”，然后在“网格线索几何学”中设置网格点数。这里需要注意的是，当X和Y的数值相差很大时，这里显示的最大最小值可能有错误（即与原始数据不同），这是Surfer软件本身的问题，遇到这种情况，必须手动改正这种错误，即输入正确的最大最小值。由于我们的数据没有此类问题，因此不必手动改正最大最小值。但必须手动改正X和Y的间距或数据行数，这二者是相关的，改动一个，另一个自动改正。如果原始数据是等间距的，这里的X和Y的间距或行距最好与原数据一致，这样可以减少插值带来的误差。我们的数据是不均匀的，所以必须插值，这里可以不进行任何改动。点击“确认”，生成“地形图.grd”。绘制等高线。运行菜单：地图/等值线图/新建等值线图，在弹出的对话框中选择刚才输出的“地形图.grd”文件，等高线就绘制好了，如图3-7所示。图3-7Surfer中凡口地形等高线图等高线图的设置。在所画的等高线图中双击鼠标，或点击右键，选中“属性”，就会出现设置等高线的各种属性。地表模型的建立Surfer中建立的等高线图只是一些点或由点形成的线，并不具有面的概念，即不是地表模型，但是等高线是在GOCAD中构建地表模型的基础，采用Surfer建立等高线目的是为了在原等高线基础上通过点插值方法生成更准确的等高线，再将提取出等高线上的点导入到GOCAD中，最后在GOCAD中完成凡口矿地表模型的构建。详细的建模方法如下：等高线点导出。在Surfer中打开“地形图.grd”文件，并显示点，如图3-8所示。图3-8地形图等高线点显示将等高线点坐标保存为.dat格式文件，命名为terrain.dat。导出的文件格式如图3-9所示。图3-9点坐标格式等高线点导入GOCAD。在GOCAD中导入“terrain.dat”点文件，导入对话框如图3-10所示。图3-10GOCAD中导入点对话框完成导入后在显示窗口中显示，如图3-11所示。图3-11地形图点显示创建地表模型。在GOCAD中表面模型用SURFACE表示。在Wizards模块中通过点创建SURFACE主要有5种方法，如图3-12所示。图3-12由点创建面方法选择这里我们选择第一种方法，按照系统提示进入下一步，输入生成面模型的名称，比如terrain，再进入下一步，如图3-13所示。图3-13地表模型创建对话框生成边界线。生成包括所有点的线边界，通过重复点击吸附按钮可将线精确吸附到点上，如图3-14所示。图3-14边界线生成生成地表模型。选择创建Surface并按图3-选择，完成地表模型的建立，最后生成的地表模型如图3-15所示。图3-15凡口矿地表模型基于SURPAC的地表模型构建SURPAC中建立地表模型可以直接运用前面处理好的“地形图.dxf”文件，先将其导入到SURPAC软件系统中，经过平面转换和调整，然后在对等高线进行赋值，再对等高线进行处理，满足SURPAC中地表模型的生成要求，最后完成地表模型的建立。地表模型建立时对线文件要求为了准确构建地表模型，地形图线文件应满足以下要求：地形图线文件范围需包括92#矿体和铜坑矿区的主要开拓工程；所有线按5m一个标高分层，把同一标高的线放入同一层，层名以该层线的标高来命名，比如750层，表示该层线的高程都是750m；为了防止相近图层中的线出现混淆，必须设置相近线颜色差别较大；每层应根据该层名的数字拔高相应的高度得到一个三维图形；对没有等高线的区域，需要做一些处理，否则会导致在Surpac中建立地表模型时出现棱角，所以需要按照附近线的趋势做出判断，添加部分等高线；由于Surpac建模的需要，地表图形中不能出现重复线、重复点及跨接。地形图的Surpac处理经CAD处理的“地形图.dxf”在高程上达到了要求，但是在线的处理上还存在很多重复点和跨接现象，而这些现象在CAD中，由于图比较复杂，肉眼很难发现。而且在CAD中，我们试图通过层定义来保证各种不同标高线在Surpac图形环境下以不同的颜色来表示。后来发现，在Surpac图形环境下，实际上并没有如我们所期望的按层定义来显现，而是随机显示。为此做如下处理工作：运行Surpac，将文件夹“地表建模”设为当前工作路径，打开“地形图.dxf”，并保存为“地表模型.str”；运行重置图形工作区，打开“地表模型.str”，将所有线号统一命名为2号线，运行菜单：编辑/线串/重新编号范围，按图3-16设置；图3-16重新编号点击“执行”后，运行菜单：个性化设置/默认选项设置/颜色，将2D背景颜色变为白色，效果如图3-17所示；图3-17统一编号后地形图图层清理。运行菜单：编辑/图层/清理，分别对重复点、跨接和聚结点进行清理，清理工作前面已经阐述。地表模型的建立经过CAD和Surpac处理后，就可以生成DTM模型。过程为：运行重置图形工作区，打开“地表模型.str”，运行菜单：DTM工具/由当前层创建DTM，弹出的对话框点击执行后，生成的DTM平面如图3-18，以及三维模型分别如图3-19和3-20。文件保存为“地表模型.DTM”。图3-18地表模型平面显示图3-19地表模型三维显示（1）图3-20地表模型三维显示（2）图3-21按高程显示地表模型井筒与斜坡道实体建模矿山建模的一个重要内容就是各种开拓工程巷道的实体建模，通过三维模型显示来实现工程可视化。本项目建模部分将分别介绍井筒以及斜坡道建模的方法。凡口矿开拓是采用竖井加斜坡道联合开拓方式，矿内各种井筒、巷道非常多，尤其是溜井和斜井，我们要建立的不但包括各主要开拓工程，如各种开拓井筒、斜坡道、盲斜井，也包括各分段中的各种措施井和天井。因为各井筒所拥有的原始数据不一样，建模的方法也就不一样，必须分类进行实体建模。主要井筒的实体建模用于建模的各主要井筒分类见表4-1。表4-1凡口井筒分类表竖井风井斜井溜井新付井南风井斜井1#大溜井付井新南风井1#盲斜井2#大溜井主井东风井2#盲斜井3#大溜井狮岭天井深部北回风井盲付井深部溜破风井废石提升井深部南回风井废石溜井金星岭小天井回风井深部废石溜井将所有井筒按照它们的特征分三类进行实体建模，分别是井筒、斜井，其中竖井、风井、溜井合为井筒类。相对而言，井筒较其他两类建模都要简单，坐标比较单一，建模依据表4-2主要井筒规格表，根据井口X、Y坐标及井口标高和井底标高生成中线，然后做断面，最后由中线结合断面生成实体模型。表4-2主要井筒规格表名称断面规格井口标高井底标高井口X坐标井口Y坐标主井Φ5.2132-45583402343付井Φ5.5132-47483902353新付井Φ5.5132-46282772393东风井Φ5.0111.4708673.332071.32南风井Φ4.0124.65-165.080002320新南风井238.28718.52499.1回风井-80-16087702479狮岭天井3.2×2.2126-808283.02536.94废石提升井2×2-61-22084122620.3金星岭小天井110-4086702822.0废石溜井-120-200842026251#大溜井Φ2.5-40-1608447.02483.452#大溜井Φ5.0-40-1608427.02483.453#大溜井Φ5.0-1608356.82334.0斜井Φ1.095.2480回风井-160-20088082033深部废石溜井Φ3.0-455-7208320.452343.2盲付井Φ5.0-320-77083902333深部北回风井Φ4.0-240-5008644.02935Φ4.75-500-6508644.02935深部南回风井Φ4.5-240-45585082660Φ4.85-455-55085082660这里以南风井为例阐述建模过程如下。收集各井筒的井口和井底三维坐标以及断面形状。收集到各井筒的断面形状和标高，井口的X、Y坐标。为顺利建模，在数据准备阶段，从各中段平面图、开拓系统总体平面示意图和主斜坡道平面图等中通过各井筒的平面投影来确定它们的坐标。其间为了尽可能降低由于绘图的误差而引起坐标的不准确性，通过多个平面图进行反复综合对比分析，选取其中最合理的坐标作为标准建模。各井筒三维坐标及规格见表4-2。绘制井筒断面图。各井筒的形状都比较规则，竖井和各风井都是圆形，溜井、天井都是矩形。各井筒的规格在Surpac中绘制断面图。绘制过程中要注意：断面的几何中心一定要在坐标原点，最后按一定的文件名以线文件格式保存。绘制井筒中线。在Surpac中，井筒是采用“利用中线和剖面”命令生成的。因此运行菜单：创建/点/通过坐标，弹出对话框如图4-1所示。图4-1输入井口坐标选择你所希望的线号，输入南风井井口X、Y、Z坐标，在描述中可以填写一些相关的信息，比如：南风井井口，完成后执行，再按如图4-2改变Z坐标，输入2#主溜井井底的描述字样，执行后完成南风井中线的绘制。图4-2输入井底坐标生成实体。运行菜单：实体建模/创建三角网/利用中线和断面生成，弹出对话框如图4-3。图4-3由中线和断面联三角网对话框输入剖面线文件，点击位置右边的倒三角，弹出如图4-4对话框。图4-4选择断面文件选择文件“直径4.str”，打开即可，并按图4-3完成各项设置，执行后就完成了南风井实体生成，结果如图4-5所示，最后将文件保存。图4-5南风井实体模型（换种颜色）图4-6所有主要井筒实体模型所有井筒实体模型如图4-6，建立的井筒实体模型有主井、付井、新付井、东风井、南风井、狮岭天井、废石提升井、深部废石溜井、盲付井、深部北回风井、深部南回风井。共11个井筒实体模型。由于资料中没有断面大小，因此新南风井、回风井、金星岭小天井、废石溜井的无法建立其实体模型。斜井与斜坡道的实体建模斜井的实体建模斜井的井口和井底三维坐标以及断面形状与井筒一样，在数据准备阶段，从各中段平面图、开拓系统总体平面示意图和主斜坡道平面图中通过各井通的平面投影来确定它们的坐标。收集过程中，为了尽可能减少由于绘图误差而引起的坐标不准确，通过多个平面图进行综合比较，选取其中最合理的坐标作为建模标准。与井筒不同的是，斜井坡度一般为25°，所以要知道井口的三维坐标和坡度以及断面形状方可进行实体建模。斜井的三维坐标及规格见表4-3。表4-3斜井规格表名称规格井口标高井底标高X坐标Y坐标斜井Φ2.095.2480绘制断面图两个斜井的都采用三心拱断面，规格如表4-3。由于在Surpac中绘制断面图非常复杂，因此先采用CAD绘制断面图。坐标原点位于底边中点处，建完后保存为dxf格式，再调入Surpac中，保存为线文件格式。绘制中线。生成实体。以上两步和井筒实体建模一样。由于在所收集资料中，斜井的描述资料没有出口坐标，给出了方位角，但不能确定在哪个方向，因此，斜井实体模型的建立不能够进行。斜坡道的实体建模斜坡道实体建模相对来说比较复杂，因为它不在一个固定的平面内，有很多的拐角，所以在绘制中线时比较复杂。建模依据：斜坡道平面图、斜坡道规格表。建模过程如下：确定斜坡道规格。斜坡道的斜坡段和各拐弯处断面不同。斜坡道规格见表4-4。表4-4斜坡道规格表名称三心拱规格井口标高井底标高坡度转弯半径斜坡段4.4×3.9110-650坡度15%转弯处4.8×4.0转弯2%20m绘制斜坡道断面图斜坡道采用三心拱断面，规格如表4-4。同样在CAD中完成绘图工作，坐标原点位于断面底边中点处，建完后保存为dxf格式，再调入Surpac中，保存为线文件格式。调入SURPAC后如图4-7所示。图4-7斜坡道直线段断面图绘制斜坡道中线斜坡道中线的绘制过程比较复杂，首先在CAD中斜坡道平面图上做出中线，然后将中线和测点导入surpac中，将中线按测点坐标移动，使每个测点在中线上，对于转弯处保持坡度为2%。如图4-8所示。图4-8斜坡道中线图生成实体。斜坡段和转弯处段开分别按其断面形成实体，然后将断开的部分用实体连接。这样保证了两种不同断面间的平滑过渡，最后生成的实体模型如图4-9所示。图4-9斜坡道实体模型中段平巷实体建模建模依据建立中段巷道实体模型通常有两种方法：设计工程实体建模和实测工程实体建模。设计工程实体建模主要是根据巷道中线及巷道断面，这种方法生成的模型往往与实际边界不符合，为了准确地反映各中段水平巷道实际边界及顶底板实际标高，本次中段巷道实体建模采用后一种方法，即实测工程实体建模，这种方法巷道的边界主要依据实测中段巷道平面图，顶底板标高严格按照测点标高进行处理，生成的模型能准确地表达巷道的实际边界、巷道的三维形态特征。建立各中段巷道实体模型的基础数据主要以测量科实测中段平面图为依据，详细列表5-1如下：表5-1中段巷道平面图列表（狮岭和狮岭南）序号中段名称序号中段名称1-360m中段及其分段巷道7-550m中段巷道2-385m中段巷道8-600m中段及其分段巷道3-400m中段巷道9-650m中段及其分段巷道4-415m中段巷道10-680m中段巷道5-455m中段巷道11-710m中段巷道6-500m中段巷道12-750m中段巷道此次建模中首先将这些中段平面图导入到SURPAC软件系统中，经平、剖面转换后，使每个中段平面都位于实际位置，这使一项非常费时的工作，因为一个中段水平上不可能每个巷道都恰好位于同一水平，所以同一中段中会有很多巷道需要根据地质测量成果进行高程的调整。这项工作需要花费比较长的时间，同时地质测量成果的准确性也是致关重要的。中段实测巷道实体模型创建需要通过调整巷道顶底板高程来生成巷道实体，首先将DXF文件导入数字化矿山软件并保存为线文件，同时进行坐标转换并进行线处理，再根据测点的高程来调整整个中段巷道顶底板的高程，使其符合实际位置。由于各中段中的巷道规格不同，巷道断面不同，因此处理巷道顶板时要根据实际的巷道断面进行调整。其中各中段巷道规格见表5-2、5-3、5-4、5-5。表5-2位置巷道名称规格（m）车场部分双轨平巷4.2*3.2单轨平巷3.0*2.8开拓部分（狮岭）主巷3.0*2.8回风巷2.6*2.8穿脉巷2.6*2.73开拓部分（狮岭南）主巷3.0*2.8穿脉巷、回风巷2.6*2.8

表5-3位置巷道名称规格（m）车场部分双轨平巷4.2*3.2单轨平巷3.0*2.8开拓部分主巷、回风巷3.0*2.8穿脉巷2.6*2.73表5-4位置巷道名称规格（m）车场部分双轨平巷4.2*3.2单轨平巷3.0*2.8开拓部分主巷3.0*2.8回风巷2.8*2.8穿脉巷2.8*2.6表5-5位置巷道名称规格（m）新付井、老付井盲付井及车场联络巷双轨平巷3.5*3.0单轨平巷2.6*2.7车场运输巷双轨平巷3.7*3.0单轨平巷2.6*2.7运输主巷、回风巷3.0*2.8川脉巷2.8*2.8天井硐室3.0*3.0分段平巷3.4*3.0采场进路3.0*2.8-650、-750水仓4.0*3.8配电硐室4.0高进行中段实测巷道建模前需对巷道边界线进行处理，包括CAD和SURPAC处理，下面就以-400m水平中段巷道为例说明中段巷道实体建模的方法。建模准备各中段平面图的CAD处理因为原始中段平面图中所包含的信息非常多，所以首先将原始CAD图中关于巷道的信息提取出来（仅提取巷道和测点），将原图中与巷道无关的图层隐藏，复制剩余的图层到一新文件中，并保存为DXF格式（Surpac只能识别DXF文件，而不能识别DWG文件），删除图中的多余信息，比如天井、风井以及图中的数字和汉字，处理结果如图5-1。图5-1各中段平面图的Surpac处理文件格式转换。将DXF文件在SURPAC中转化为.str线文件格式；提取测点。提取出文件中有用的测点，保存为“-400米中段巷道测点.str”，巷道线保存为“-400米中段巷道.str”；删除多余点。删除除巷道外的其他多余点；线串重新编号。由于CAD图是经矢量化得到的，进入SURPAC后生成许多不同颜色的线串，为方便处理，需统一修改线号。运行菜单：编辑/线串/重新编号范围。在对话框（图5-2）中统一编为2号（此编号可随意选择，此处编为2号是为了方便显示，因为1号线为白色，显示不清晰）。结果如图5-3；图5-2线串编号对话框图5-3统一编号结果图闭合线段。根据SURPAC要求，所有巷道边界线必须闭合，使用编辑线功能将巷道线文件中的所有开放的线段闭合，并联结为一个整体；标准化线段。由于线文件中点的分布不均，有些点过于密集或疏散，因此有必要将线段标准化。运行菜单：编辑/线段/标准化线段。弹出对话框如图5-4。经过多次测试之后，取点与点之间最大距离为10m，最小为1m，这样使Surpac图与原图误差较小，而又不影响后面的处理计算。在标准化完成后，再把原图与标准化后的图调到一起，做一些细节上的修改，以保证最大限度与原图巷道边界一致；图5-4标准化线段对话框图层清理。清理图中的跨接、重复点及聚结点，保证巷道顺利生成实体。运行菜单：编辑/图层/清理，清理面板如图5-5，这是线文件处理中最重要的一步，因为任何一点的错误都将导致DTM不能生成。尤其是重复点的清理，选择重复点的最大捕捉距离为0.05m，因为两点距离小于0.05m是不能生成DTM的；图5-5图层清理面板调整线段方向。根据DTM剪切对线的要求，最外围的线段和里面所有的线段方向必须相反，这里取外围线段为顺时针，里面所有线段为逆时针。运行菜单：线文件工具/更改线串方向，所有线段都选择逆时针，如图5-6。（之后只需再把外围大圈调为顺时针即可）；图5-6线串方向调整面板图层运算。运行菜单：编辑/图层/运算，弹出如图5-7的对话框，输入Z=-400，点击执行；图5-7图层运算对话框修改线高程。同时调入“-400米中段巷道.str”和“-400米中段巷道测点.str”，根据测点的标高修改巷道边界线。这一步非常烦琐，需要足够的细心和耐心。修改方法主要是根据测点先修改测点周围巷道上点的高程，再采用更改线坡度功能修改两个测点中间的点的高程，逐个进行修改，完成这步后即完成了巷道底板线的编辑，保存为“-400米中段巷道底板.str”。编辑巷道顶板。为了更加接近三心拱的形状，这里没有采用常用的中线来形成拱，而是用2条并行的扩展线来确定拱的形状，向中间扩展的距离依据巷道宽度来定，约为巷道宽度的1/3，通常向内扩展1-1.5m，具体按不同的巷道规格来进行选择。将“-400米中段巷道底板.str”文件从新保存为“-400米中段巷道顶板.str”，并根据巷道规格统一对线文件高程进行修改，并进行线段扩展。运行菜单编辑/线段/扩展范围，得到对话框如图5-8，线段范围0-9999表示包括了所有的线，偏移量为-1m，执行后再把得到的线文件重新编号，另外保存为“-400米中段巷道拱.str”，再将“-400米中段巷道顶板.str”和“-400米中段巷道拱.str”调入同一图层，保存为“-400米中段巷道顶板.str”文件，即形成如图5-9的所示结果；图5-8线段扩展对话框图5-9扩展后线段和原线段结合图（备注：红色线为重新编号的扩展线，编号为8号）对“-400米中段巷道顶板.str”文件进行清理，主要检查是否存在跨接、重复点和聚结点。因为线段在扩展过程中，会出现很多重叠交叉的地方，具体方法前面已经叙述，这里就不再介绍；对“-400米中段巷道顶板.str”进行图层运算。根据实际情况，巷道的墙高和拱高是按照表5-3的数据来处理。以上工作全部完成后，即完成了-400m中段巷道线文件的编辑，接着就可以生成顶底板表面模型（简称DTM）了。中段巷道实体建模生成DTM根据实测巷道实体模型建立的方法，要求顶底版线文件分别生成DTM，再将他们连接在一起形成真正的实体（简称3DM）。生成DTM的具体方法如下：调入“-400米中段巷道底板.str”，如图5-10所示。运行菜单：DTM工具/由当前层创建DTM，得到的结果图5-11所示；图5-10图5-11底板DTM剪切前效果图DTM剪切。选则菜单：DTM工具/DTM剪切或相交/用线剪切DTM，然后选中最外面线，得到结果如图5-12；图5-12底板DTM剪切结果图把以上生成的DTM保存并关闭后，再调入“-400米中段巷道顶板.str”，按上面相同的步骤生成DTM，结果分别如图5-13和5-14所示。图5-13顶板DTM剪切前效果图图5-14顶板DTM剪切结果图生成实体模型将上面生成的“-400米中段巷道底板.dtm”和“-400米中段巷道顶板.dtm”调入同一个图层，并保存为“-400米中段巷道.dtm”文件，如图5-15所示；图5-15合并之前的显示选择在段间连三角网，弹对话框如图5-16所示，设置体8和三角网1（为了便于观察三角网连接情况，将体号设置为8），点击“执行”，分别选择顶底版线，局部连接后效果如图5-17，中间黑色部分即为已经连接上；图5-16设计体号和三角网号图5-17顶底板DTM连接后示意图按照相同的方法依次完成-400m中段顶底板之间所有的三角网连接工作，最后将体号网号都设置为1，至此-400m中段巷道实体模型生成已经全部完成，结果如图5-18与5-19所示；图5-18图5-19将所有中段处理完成后，再调入同一个图层，最后的结果如图5-20、5-21所示；图5-20所有中段巷道综合效果图（1）图5-21所有中段巷道综合效果图（2）体积报告。进行实体验证后进行体积报告，运行菜单：实体模型/实体工具/报告实体体积，弹出下面的对话框如图5-22，点击执行，则生成体积报告“巷道-400.csv”。图5-22体积报告对话框辅助井实体建模相对于有井口井底坐标的主要的大的主、副井以及天井和溜井，矿山井下还有许多星罗棋布的小溜井、天井、措施井等辅助井。这些井在建模的时候，因为没有具体的坐标，也就不可能通过输入坐标的方法来确定其位置，只能通过原始中段平面图来确定其位置并建立模型，其建模方法相对大的井筒来说要复杂得多。措施井实体建模下面以550～600中段平面之间的措施井的建模过程为例来说明措施井建模的过程。显示所有点标注。调入550中段平面图线文件，通过点击，显示点标注，描述字段编号选择默认的d1，这样原始CAD图中的标注字段将会显示出来，如图5-1所示。图5-1550中段平面图带点标注显示局部图创建井筒点标注。在经过上一步操作后，所有标注都显示出来了，包括测点、硐室等，这里我们只选取井筒的点，在原标注处再重新创立新的点，并把赋给相应的高程与标注，赋值菜单为“编辑>点>属性”。赋值界面如图5-2所示。通过反复检查，确定已经建立好所有井筒点标注后，通过菜单“编辑>线串>删除范围”，将其它所有多余的线串与点删除，最终所得得结果如图5-3所示。图5-2修改井筒点标注对话框图5-3550中段井筒点标注图创建其它中段与分段的井筒标注点。依次对600中段以及600中段的所有分段进行如上的两步操作，找出所有井筒点标注，并对照巷道模型，赋给相应的高程和标注。合并线文件。将所有中段及分段的井筒点标注线文件合并成一个文件，结果如图5-4所示。图5-4550-600所有井筒点标注汇总图（所有点都有如0#措施井一样的标注，不过为了显示方便，其余点都隐藏了标注信息）建立井筒中线。综合考虑上下中段信息，将所有对应点连成一条直线，即为井筒中线。但因为原始图中井筒点的标注有时候也不是很精确，在一定范围内有一定的偏差，所以在连接的时候，会发现尽管是按照原始坐标建立的井筒标注点，但是大部分对应井筒的点并不是在一条直线上，或多或少都有些偏差。这有可能是井筒原本就不是一条直线，但是在不能确认的情况下，一般选择首尾两点连接成直线。最终结果如图5-5所示。图5-5井筒中线与标注点复合图调整井筒位置。因为原始中段图中的标注有所缺失，有的地方虽然画了井筒记号，但是并没有标注其名称，或者干脆在有些应当有井筒的地方没有画任何标记。所以在完成以上工作后，必须将井筒线和中段模型复合，对比模型和井筒线的位置，对井筒的位置以及坐标进行适当调整。如图5-6所示，有的井筒在550