基于3D 管理系统的煤炭矿山三维建模及实践：以陕北某煤矿为例
煤矿井下三维几何建模及情景漫游技术研究
煤矿井下三维几何建模及情景漫游技术研究【摘要】本文对煤矿三维建模方法进行了研究，采用OpenGL对煤矿井下情景进行三维建模，在此基础上，提出了煤矿井下三维漫游的设计思想，利用虚拟现实软件Vega通过VC++调用函数库开发并实现了煤矿井下情景的漫游功能。
【关键词】虚拟现实；三维建模；OpenGL；三维漫游1.引言近年来，随着计算机技术的迅速发展，拓宽和深化了计算机在数据采集和信息处理方面的应用，尤其是人与信息科学相结合的高新技术——可视化（Visualization）与虚拟现实（virtual Reality，简称VR）给计算机的应用带来了新的活力。
在计算机技术创造的三维虚拟环境中，用户可直接参与并探索仿真对象在所处环境中的作用与变化，可视化及虚拟现实技术的进一步发展必将成为现代科学技术研究的重要手段并将对信息的处理及提高信息的利用率产生深远的影响。
在矿业领域中由于新技术和新设备的不断引入，增强了矿业对于安全高效、自动化的要求，虚拟现实技术为满足这一需求提供了有效手段。
因此虚拟现实的研究开发无疑对提高煤矿安全生产、矿工安全保护意识和系统优化设计等具有重要的实用价值。
2.虚拟现实技术2.1 虚拟现实的概念虚拟现实是利用计算机生成一种模拟环境，它通过多种传感设备使用户“沉浸”到该环境中，是实现用户与该环境直接进行自然交互的技术。
实际上它就是一种先进的人机接口，通过给用户同时提供诸如视、听、触等各种直观而又自然的实时感知交互手段，最大限度地方便用户操作，从而减轻用户的负担，提高整个系统的工作效率。
虚拟现实技术可以完全彻底地转化人们的想象力，在计算机中产生另一种境界，将境界的有关信息传给人的感觉器官，使人们获得一种全新的感受，让人觉得其的确是在另外一个三维世界中。
虚拟现实技术是一项综合集成技术，涉及计算机图形学、人机交互技术、传感技术、人工智能等领域，它用计算机生成逼真的三维视觉、听觉、味觉等感触，使人作为参与者通过适当的虚拟现实设置，自然的对虚拟世界进行体验和交互作用。
三维地质建模在煤炭资源储量评估中的应用
三维地质建模在煤炭资源储量评估中的应用煤炭是人类生产和生活中不可或缺的重要能源，虽然其开采面临着许多环境和安全问题，但是仍然是全球主要的能源之一。
为了更好地评估煤炭资源储量，减少资源浪费和环境污染，三维地质建模技术被广泛应用于煤炭资源储量评估中。
1. 三维地质建模的概念和原理三维地质建模是一种利用计算机技术对地质体进行数值建模的过程。
该技术依托于现代地质勘探技术，包括了地球物理探测技术、地球化学探测技术以及地质数据测量和监测技术等。
通过对地质数据进行采集、整合和处理，建立一套合理的三维地质模型，能够更加精确地了解地下煤炭分布情况、储量和质量分布等信息。
三维地质建模的基本原理在于根据地质结构、地质体性质、地质学规律等因素对数据进行分析，最终综合生成一个三维的地质模型。
该模型可以被用来模拟不同地质场景并预测地下煤炭储量的分布情况。
2. 三维地质建模在煤炭资源储量评估中的应用煤炭资源储量评估是对煤炭资源进行估计，并确定其分布范围和可采性。
传统的评估过程主要依靠地面勘探、测量和样本分析，存在资源浪费、时间成本高等问题。
现代技术的出现大大提高了资源评估的准确性和速度，其中三维地质建模就是其中一种。
三维地质建模可以利用地下数据，建立地质体纵横断面、顶底板及结构等三维模型。
在此基础上，可以通过数据分析、算法模拟等方法，预测煤炭的存在区域和资源量大小。
同时，该模式也能够帮助工程人员更好地了解采煤利用规律和开发方案，以及优化采运过程等。
在现代采矿业中，三维地质建模也广泛应用于煤炭资源管理，加强矿山内部的生产管理和资源利用。
通过三维地质建模技术，可以更好地解决复杂条件下的综合调度和管理，提高资源利用率和生产效率。
3. 三维地质建模在煤炭资源评估中的优势及挑战相对于传统的煤炭资源评估方法，三维地质建模具有以下优势：1）精度更高：通过三维建模技术，可以更好地反映地质体复杂性，提高评估的精度；2）效率更高：三维地质建模可以快速生成多种模型，为评估提供不同视角的数据支持，提高评估效率；3）可视性更好：三维地质建模可以将地下煤炭资源分布以直观的方式呈现，方便地质学家和决策人士进行分析和决策。
矿井三维模型可视化系统的设计与实现
矿井三维模型可视化系统的设计与实现摘要：巷道包含了复杂的拓扑信息和空间信息，是矿井其他信息的空间载体，其建模尤为重要。
本文针对矿井三维模型可视化的需要，设计并实现了一套基于Java语言的矿井三维可视化模型。
系统主要包括不同断面巷道模型的分类和参数化构建、矿井液压支架模型的实现、巷道纹理材质库的选择、光照选择，巷道漫游等。
关键词：矿井三维可视化，JOGL，Java，巷道1引言数字矿山作为一种复杂的三维空间信息系统，不仅能够存储、分析和表达真实矿山中各种空间实体对象的属性信息，而且涉及大量复杂的空间定位特征及可能拓扑关系的组织和管理。
因而，数字矿山的三维空间数据模型是联结真实矿山世界和计算机中抽象的矿山世界的桥梁[1]。
本研究就是对矿井三维模型可视化系统进行设计与实现。
通过数字矿山建设至少可以在以下几个方面给矿山企业带来好处：1、提高矿山企业的生产效率和资源优化；2、加强矿山的安全管理，积极的预防矿难事故；3、降低决策的风险性，提高企业快速反应能力。
本文针对煤矿井下环境抽象出各类图元，在空间上模拟真实井下系统，实现了矿井三维模型可视化系统[2-3]。
2 JOGL图形库JOGL是Java对OpenGL API绑定的开源项目并设计为采用Java开发的应用程序提供2D/3D图形硬件支持。
JOGL对OpenGL 2.0[4-5]规范中的API和几乎所有第三方开发商的扩展提供完整访问，而且集成了AWT和Swing界面组件。
JOGL函数库的简单抽象要比高度抽象如Java 3D函数库执行起来高效的多，因为其大部分代码是自动生成的，所以JOGL的升级可以迅速的与OpenGL升级相统一[6-8]。
3矿井三维模型可视化的设计3.1巷道图元三维模型分析巷道由于存在于地下，其数据提取不像地表实体一样简单。
巷道图元与巷道图元间采用非直线形式，以实际角度进行弧形连接。
根据巷道的不同用途，其断面形状，宽度，高度也都不一样，所以可以从巷道断面形状入手抽象出几例模型。
采煤机3DVR平台三维建模技术研究
Abstract: T aking the M G900/ 2210 WD alternating current elect rical haulage shearer as an ex am ple t o st udy t he key t echno logies of real t im e g raphics r endering and acceler at ing f or t hr ee dimensional virt ual reality ( 3DVR) dig ital inf ormat ion plat f orm of shear er. An improved algo r it hm fo r 3D real t ime lev el of det ail render ing of shear er based on half co llapse w as pr opo sed. T he selection st rateg y o f co llapsing edg e and erroneous measur em ent w ere est ablished. T he tim e and space ov er head needed to calculat e t he new vert ex w as saved because t he select ed edg e w as collapsed int o o ne of it s tw o vert ices, which w as unnecessary t o r ecalculat e t he posit io n o f a new vert ex aft er edg e co llapsing. T he result s show that t he demands of real t ime gr aphics rendering fo r 3DVR digit al inf orm ation platf orm of shearer are met w ell. An eff icient and loss less coding w it h mult i reso lut ion w as realized. When the simplificat ion percent age of a model est ablished in a H P Workst at io n Z800 reaches 65% , t he t ime required t o g enerat e is reduced by 46% . Key words: shearer; three dimensional v ir tual realit y( 3DVR) ; mo deling ; level o f det ail( L OD) ; algorit hm 进入 21 世纪, 传统矿业迈入了一个信息化、 自 动化、 智能化的科技发展领域, 数字化矿山 应运 而生 . 数字化矿山的是一个典型的多学科技术交叉 的新领域 , 需要运用多媒体、 仿真、 虚拟现实等技术
煤矿瓦斯论文：煤矿三维地质建模及应用研究
煤矿瓦斯论文：煤矿三维地质建模及应用研究摘要:论文为表达复杂的煤矿地质构造形态,更准确地反映地质构造要素之间的空间关系,论文对煤矿三维地质建模及可视化应用进行了研究.按断层分块建模,用断层模型修正块段边界并合成完整的煤矿地质体模型,最终建立基于面模型的多层三维地质模型.在此基础上,应用OpenGL技术建立了实际应用的系统.应用结果表明,该系统可以有效地提高地质分析工作的直观性与准确性,对瓦斯灾害的预测及定位事故发生点具有较大的指导意义.关键词:三维地质模型;三维可视化; OpenGL3-D Geological Modeling for and Its Application in CoalMinesAbstract:In order to express the complex geological structural shape and the spatial relation-ship between various elements, we study the 3D geological modeling of the mining area and thevisualization techniques. For our modeling method, the 3D geologic body is divided into blocksaccording to faults and the models of each block and each fault are established. And then, theboundaries of blocks are modified with the fault models. By doing so, the complete model ofthe multilayer 3D geologic body based on surface model is finally built. On this basis, avisual-ized application system is built up using the OpenGL technology. The application results indi-cate that the system can effectively increase the degree of visualization and accuracy of the geo-logical analysis and can play an important role in accurately determining the accident locationand rescue route. Keywords:3-D geological model; 3-D Visualization; OpenGL 能源是一个国家赖以生存的物质基础,与社会和经济发展息息相关,涉及到国家安全.我国的能源消费结构长期以来以煤炭为主,对煤炭能源的需求量越来越大,浅层煤炭资源已远远不能满足国民经济迅速发展的需要.对于隐藏在地下深处的地层、煤层等地质对象,长期的地质作用使得它们发生了不同程度的变形、断裂和位移,情况异常复杂.在褶皱构造的同一褶曲中,由于褶曲转折端的向斜轴部的残存应力比背斜轴部大,导致应力集中引发煤(岩)与瓦斯突出;断层构造中断层破碎带是瓦斯的良好通道,常于此聚集更多的瓦斯,当掘进工作面通过断层时,易发生瓦斯灾害.因此,建立复杂地质体的三维地质模型并构建逼真的三维动态显示效果,不仅能够完整地表达复杂的地质现象的几何外形,同时也能表达地质体内部的各种地质构造特性,从而提高地质分析工作的直观性与准确性,对瓦斯灾害的预测及定位事故发生点具有一定的指导意义.过去十余年中,三维地层模型研究共发展了20多种空间建模理论,这些理论可分为表面模型、体元模型和混合模型[1-4].基于体元的三维地层模型主要有基于三棱柱体体元的三维地层建模[5]、基于钻孔信息的地层数据模型[6]等.这些方法具有同时对地质体外形和内部属性进行建模的能力,便于矿产储量计算,但建模过程比较复杂.基于表面建模的三维地层模型,例如基于多层TIN表示的DEM的地层模型[7-9],主要应用于均质层状矿床(如煤层)和地层建模方面,在地质体的外部形态建模与可视化方面具有优势,并且建模过程相对简单.在考虑各种建模方法的优缺点和煤矿地质体特点的基础上,本文的建模思路是:在对建模区域进行地质构造和地层岩性综合分析的基础上,抽取主要的断层作为边界在横向上进行构模块段划分;再对各块段分别进行块段地层建模、块段的边界断层建模,最后用断层模型对块段地层模型进行修正、集成,形成整个区域完整的地质体模型.1三维地质建模三维地质建模作为瓦斯灾害救援系统的底层支撑部分,它要求模型尽可能准确.在数据体方面涉及多源数据的整合、地层离散数据插值拟合、建立复杂地质体模型等关键技术.1.1地质建模的关键技术1)多源数据的整合由于地质体数据的不确定性和难于精确获取,系统可结合多种数据源进行三维模型的构建.数据包括钻孔数据、三维地震解析数据、顶底板等高线数据,需要对这些数据进行综合运用及有效融合以使地质模型尽可能精确构建.2)地层数据插值空间插值分为几何方法、统计方法、空间统计方法、函数方法和随机模拟法等其中空间统计方法以空间统计学作为坚实的理论基础,可以克服内插中误差难以分析的问题,空间统计方法以Krig-ing为代表.本文采用Kriging,在各地层中以底板已知DEM数据通过Kriging方法内插顶板的DEM表面数值.3)复杂地质体模型复杂地质构造三维建模即断层、褶皱地质模型构建.断层作为最常见的地质构造现象,它破坏了地层的连续性,改变了地层数据的原始分布格局.其难点在于断层建模数据获取的困难性以及断层空间形态的复杂性.目前处理断层的方法有:切割-位移法、断层两侧地层局部法、平面拟合断层面等方法.三维地质模型由于地层空间分布的不连续性、复杂性及不确定性,如何准确表达、数字化地质体是建模的关键技术.系统采用混合3D构模,即运用TIN与TEN 进行模型构建,从而兼顾了TIN模型的简单和TEN模型的拓扑关系有效表达的各自优点.利用R2Delauny和R3Delauny 可以完成TIN和TEN的有效剖分.1.2煤矿井田三维建模过程研究区井田为一宽缓背斜构造的一翼,地层走向自东向西为N30°E至N60°W,倾向SE~SW,地层倾角较平缓(20°~7°).井田内以斜切张扭性断层为主,按走向可分为二组:一组为NEE及EW向,倾向SE及S,倾角50°~75°.落差大小不一,为本井田主要断层,是影响矿井开拓、生产的主要地质因素.另一组走向为NW及NWW向,倾向SW及NE,倾角50°~75°,落差较小;主要压扭性断层为走向和背斜轴轴向基本一致或两者交角20°~30°的逆断层,其落差较大,是确定井田边界及采区边界的地质依据.井田内断层落差大于20 m的断层14条,落差10~20 m的断层19条.建模的主要地层对象是井田范围内的煤系地层.表面模型可以反映三维地质中地层结构分布情况.表面构模技术是基于表面模型,采用实际采样点构造TIN,来反映三维地层结构分布情况的一种技术.TIN方法则是将无重复点的散乱数据点集按某种规则(如Delaunay规则)进行三角剖分,使这些散乱点形成连续但不重叠的不规则三角面片网,并以此来描述3D物体的表面[10].这种方法的建模过程如下:1)地层划分确定地层的划分.依据钻孔资料或对钻孔遇到的岩层分解点进行综合分析,相同的岩性并且垂直方向位置相似的看作同一层[11].研究区内地质数据包括165个钻孔和300多个井下观察点所揭露的地层信息,以及断层的位置、产状等数据和勘探成果的CAD图件.通过综合分析,抽取其中18条主要断层作为本次研究的建模块段分界断层.通过分析提取钻孔的位置(坐标)、地层的层序、岩石组成、深度、厚度等资料,考虑到建模实际需要,对建模区的煤系地层进行适当归并,并提取其中24套地层(包括12个主采煤层)作为应用研究对象.2)地层块段构建TIN对研究区按照局部建模的方法,首先按断层边界划分若干个块段,然后对各个块段分别构建Delaunay三角网.这里的约束条件是断层的边界,用边界线约束建模方法实现约束TIN的构建.为其中一块段的地层层面的约束三角网,约束线段处为断层错开.3)多层TIN生成由基础层面根据钻孔数据及层位的划分,采用反距离插值方法,构建其余地层.在块段中各地层层面生成后,采用最短对角线算法实现层间边界轮廓线的三角形化[12],并对上下层面三角网进行缝合,即可生成单层的地层体模型,.对块段内所有分层进行缝合,就得到了单个块段的体模型,4)断层面两侧的块段的合成依据断层号提取块块边界断层的断面TIN数据,再把两盘的TIN面数据重新缝合成断层的双TIN结构模型,就完成了断层面两侧的块段的合成,建立了整个建模区域的地质体三维模型。
煤矿三维地层信息管理系统
基于EasyMap3D构建煤矿三维地层信息管理系统摘要：本文在论述三维地层信息管理系统意义的基础上，对地层、断层、巷道、陷落柱、采空区等地质体和人工构筑体的三维描述方法进行了阐述，同时对煤矿三维地层信息系统（EasyMap3D）的系统构成、数据组织、系统功能做了描述，该系统的开发对准确解释地质信息，提升矿山企业安全生产能力，提高矿产资源利用率具有重要的意义。
关键词：我国是世界上最大的产煤国家，煤炭作为我国今后很长一段时间的最主要的能源来源，可以保证的供应年限并不是很长。
面对快速增长的煤炭需求，必须在加大煤炭资源勘探力度的同时提高煤炭资源的开采效率；同时煤矿安全高效开采也是保证煤矿企业可持续发展、能源稳定供应的关键所在。
煤矿生产特点是必须面对复杂多变的地质和开采技术条件，根据地层变化情况寻找合适的开采方法，所以，对矿山地层变化的认识程度将很大程度上决定资源开采的效率和生产的安全。
三维地层信息管理系统为地质研究提供了一种新的手段，使以前常用的二维图形和存在于地质工作者头脑中的三维信息通过计算机的模拟显示出来，并实现相应地层、巷道、构造信息的实时查询，使地质工作者从三维空间更深入的研究地质体的空间分布规律和特征。
1、系统构成针对“数字矿山”建设的需要，以及三维地质模拟在数字矿山建设中的重要性，太原理工大学矿业工程学院开发了具有自主知识产权的三维地质模型(3DGMS)系统《煤矿三维地层信息系统（EasyMap3D）》。
系统具有完整的地形图符号库、煤矿地质测量符号库，以及煤矿采掘、供电、通风符号库。
可导出多种数据交换格式：ACAD、MapInfo、MapGis、Arc/Info等；能接受多种格式观测数据的文本文件；图形的生成、管理和打印输出不依赖于其它软件。
图1系统构成2、数据组织2.1 地层数据模拟在矿山开采前获取地层数据的唯一办法就是打钻孔获取地层岩芯，然后根据钻孔的数据和地质工程师的经验对地层进行划分，形成合理的层面，确定地层的沉积和分布情况，再通过对数据的插值和对地层进行拟合得到地层的三维描述，实现三维计算机模拟。
基于GIS技术的煤矿安全三维仿真平台开发与实现
基于GIS技术的煤矿安全三维仿真平台开发与实现乔国厚;高俊杨;杨雪;王菲;张华;仝凤鸣【摘要】The framework of 3D simulation platform for coal mine safety and different funcG tions of all functional modules were introduced�The key technology for the platform to achieve the coal mine safety wasstudied�Meanwhile,the application of this 3D simulation platform for the coal mine safety was described in detail.%详细介绍了煤矿安全三维仿真平台架构和各功能模块实现的功能，研究了实现煤矿安全三维仿真平台的关键技术，最后对煤矿安全三维仿真平台的实现进行了具体描述。
【期刊名称】《中国煤炭》【年(卷),期】2013(000)010【总页数】6页(P59-64)【关键词】GIS技术;三维仿真;煤矿安全;安全培训【作者】乔国厚;高俊杨;杨雪;王菲;张华;仝凤鸣【作者单位】中国地质大学武汉，湖北省武汉市，430074;清华大学计算机科学与技术系，北京市海淀区，100083;华北水利水电大学管理与经济学院，河南省郑州市，450011;华北水利水电大学管理与经济学院，河南省郑州市，450011;中国矿业大学北京，北京市海淀区，100083;华北水利水电大学管理与经济学院，河南省郑州市，450011【正文语种】中文【中图分类】TD-914煤矿安全生产是企业和社会共同关注的焦点问题，同时，煤矿安全工程又是一项复杂和系统性较强的系统工程。
由于煤矿安全涉及人、机、环境、管理等多项内容，因此，煤矿安全信息涉及的数据量不仅十分巨大，而且与空间位置密切相关，如何对这些活跃的和动态变化的海量信息实现科学、高效、实时地安全信息管理，以及如何利用现代化的信息技术使煤矿安全隐患问题得到根本的解决，从而使得各级煤矿主管部门切实承担起监督管理的职能，成为推进煤矿采掘业现代化进程的重中之重。
煤矿虚拟现实系统三维数据模型和可视化技术与算法研究
煤矿虚拟现实系统三维数据模型和可视化技术与算法研究虚拟现实技术(Virtual Reality，简称VR)是近十多年来发展起来的高新技术，被称为二十一世纪对人类有巨大影响的十大高新技术之一。
目前，已被广泛的应用到军事、航天、建筑、医疗、娱乐等领域，在国外，在煤炭领域也得到一定程度的应用，但在国内它在煤炭领域的应用却刚刚起步。
虚拟现实技术是以计算机图形学、图像处理和模式识别、智能接口技术、人工智能、多传感器技术、语音处理与音响技术、网络技术、并行处理和高性能计算为基础的非常复杂的技术系统，如果没有有效的应用开发工具，这项技术的应用是难以想象的。
矿山是一个真三维地理／地质环境，所有的煤矿生产均是在地下进行的，要真正实现数字矿山，那也应是真三维的，即必须以三维地质体和巷道模拟为基础。
煤矿虚拟现实系统是利用VR软硬件设备，根据煤矿地层数据、巷道数据、钻孔数据和图像数据模拟出包括煤矿各种自然实体和人工实体在内的三维空间，使用户在其中可以自然地与各种虚拟实体进行交互。
本文将虚拟现实技术与相对传统的煤炭行业相结合，对煤矿虚拟现实系统的三维数据模型和相关技术进行了研究，基本开发出煤矿虚拟现实系统的原型系统，为我国煤炭行业信息化建设进行了尝试。
本文的主要研究内容如下： (1) 分析了国内外煤矿虚拟现实系统的研究现状，指出了目前的研究存在的主要问题，并提出了相应的对策； (2) 利用小型航摄数码相机进行了近景和低空摄影测量试验，实现了大比例尺测图的全数字摄影测量，有望成为矿区大比例尺测图和地表数字高程模型的主要数据获取方式。
(3) 提出了一种基于顶点组删除同时考虑特征线和三角形形态比最大的三角网模型简化方法，并设计了相应的算法，实现了基于TIN模型的实时连续多分辨率绘制。
(4) 系统研究了各种三维地质体的建模方法，提出了一种基于多层TIN 生成煤矿地质体的三维数据模型，并设计了相应的数据结构，给出了多层TIN生成煤矿三维地质体的算法步骤，实现了煤矿地质体的三维模拟。
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基于3D 管理系统的煤炭矿山三维建模及实践：以陕北某煤矿为例王议;孙伟;马冬梅;张志鹏;何培雍【摘要】As the advance of exploration techniques and mining informatization level ,three‐dimensional modeling and 3D management technology of mines become hot spots .The paper expound the coal geological 3D management system which is based on the GISplatform .Three‐dimensional modeling of coal mines need at least four kinds of data ,including topography and geological data ,drillingdata ,roadway data ,elevation and image data .The paper introduce the processing methods of these data ,and then introduce the procedure of three‐dimensional modeling for five models .The five models are coal stratum model ,drilling model ,roadway model ,mined‐out areas model and surface image model .Taking one coal mine in north Shanxi province for example , the paper also describe some problems with the 3D modeling and solution methods of them .%随着现代勘探技术的进步，矿区信息化水平的提高，使矿区三维建模与3D管理技术成为信息化研究的热点。
本文阐述了基于GIS平台研发的煤炭地质3D管理系统的基本内容，介绍了煤炭矿山三维建模需要的矿区地形地质数据、钻孔数据、巷道数据、高程和影像数据等几种基础数据的处理方法，在此基础上介绍构建煤炭矿区煤岩层地质体模型、钻孔模型、巷道模型、采空区模型和地表影像模型等5个三维模型的步骤，并以陕北某煤矿为例说明了建模中可能遇到的具体问题和解决办法。
【期刊名称】《中国矿业》【年(卷),期】2016(025)007【总页数】5页(P148-152)【关键词】煤炭矿山;三维建模;3D管理;陕西省【作者】王议;孙伟;马冬梅;张志鹏;何培雍【作者单位】中国地质环境监测院，北京100081;中国地质环境监测院，北京100081;中国地质环境监测院，北京100081;中国地质环境监测院，北京100081;中国地质环境监测院，北京100081【正文语种】中文【中图分类】TD82-9数字矿山是当今热点研究的数字地球的重要组成部分，为矿产资源评估、矿山规划、开拓设计、采掘过程、生产安全、地质灾害预测和决策管理等进行模拟、仿真和过程分析[1]。
矿山3D管理技术及三维地质建模研究，是数字矿山的核心组成部分，是现代矿山信息化研究的热点和重点[2]。
我国矿山勘探、规划、设计、生产、管理和监控等全面信息化仍处于起步阶段，各种矿山信息系统的研发水平、集成化程度和应用范围与发达国家相比仍有较大差距。
相对于传统的二维数据表示方法，三维模型能够完整准确地表达各种地质现象，快速直观地再现矿区地质单元的空间展布及其相互关系，挖掘隐含的地质信息，方便矿山企业管理分析和决策等[3-4]。
目前，面临的关键技术难题主要包括三维空间数据的不确定性、地质体空间关系的复杂性以及空间分析及应用的局限性等。
地质体本身是一个非均质、各向异性的不连续三维实体，工程揭露地质信息有限。
地质体的复杂性，加之三维空间数据获取的艰难性，矿山三维建模是一项非常复杂的系统工程，3D模拟一般是通过分析、解释、推断、内插和外推等建立三维模型[1]。
陕西北部地区是我国重要的能源基地，矿产资源丰富，开发潜力巨大，尤其以煤炭资源开发闻名全国，煤炭矿山企业众多。
本文建立在对陕北地区多个煤炭矿山的调查和分析建模的基础上，选取某煤矿为例，介绍基于3D模拟管理系统的煤炭矿山三维建模情况。
国内从20世纪90年代开始就不断地有人研究三维地质建模软件的核心理论与技术，很多年内，中国一直未有像样的三维地质建模软件产品出现，近几年这种局面有所改变，国内三维地质建模软件正在快速发展、功能稳步提高。
MapGIS K9、Longruan GIS、GeoView、GeoI3D、VRMine、Creatar、3Dmine、Minexplorer、GeoMo3D、3DA等这些国产三维地质建模软件，虽然与国际先进产品相比仍然存在差距，但近年来发展迅速，已具备地下三维地质建模功能，能够满足大多数三维地质建模的应用需求[5]。
本文介绍的煤炭矿山三维建模方法基于煤炭地质3D管理系统，这套系统是基于GIS平台，利用地理信息系统技术、煤田信息管理技术、三维地质模拟技术、多尺度数据融合技术和工作流技术等关键技术开发而成的。
其原理是通过3D GIS解决方案，将勘探工程数据、钻孔柱状图、剖面图、地形等高线图、遥感栅格图像、3D对象等多专题数据进行无缝连接与整合，基于煤层、构造、剖面岩石轮廓界线等多源数据创建煤炭地质勘查区的三维区域地质模型。
本系统实现了对煤炭地质资料的全方位管理、展示与三维建模。
1)对煤炭地质资料的全方位管理，集中管理地表地理、钻井、测井、分析化验、各类地质图件等数据资料。
2)对煤炭地质资料的全方位展示，采用二维、三维相结合的方式全方位展示地表地理、钻井、测井、地质剖面、分析化验、各类地质图件等数据资料。
3)对煤炭矿山的三维建模，以基于多源数据的地层结构建模技术、三维地质属性建模技术(包括三维空间插值技术、等值面提取技术、实时体绘制技术等)、基于三维地质模型的切割分析技术、适合数字煤田的地表与地下各类三维空间实体的集成技术和三维地质模型可视化技术等为关键三维地质模拟技术，使用地形、钻井、地质剖面、煤岩层底板等高线数据建立煤炭地质的三维精细模型，以三维立体的方式直观展示煤炭地区的地层、构造、煤岩层形态。
该煤矿的井田构造单元位于鄂尔多斯地台向斜宽缓东翼的北部之陕北斜坡，处于构造稳定的盆地内部。
区内地层有：侏罗系下统富县组、侏罗系中统延安组、新近系上新统静乐组、第四系中、上更新统离石组和马兰组、全新统冲积层和风积沙。
煤层多赋存于侏罗纪中统地层中，本区岩石地层产状近水平，因此煤层也多呈近水平产出。
该煤矿可采煤层为2-2煤层、3-1煤层和3-2煤层，其中主采煤层为2-2和3-2煤层。
2-2煤层厚度2.15～2.54m，平均2.32m，厚度稳定，煤层埋深0～117.97m，底板标高变化在+1225～+1260m之间，大体由东北向西南倾斜，平均倾角0.5°左右。
3-2煤层埋深23.05～170.16m。
煤层厚度0.90～1.17m，平均煤厚1.14m。
煤层底板标高+1175～+1225m之间，大体由东向西倾伏，平均倾角0.5°左右。
煤炭矿山的三维建模需要大量调查数据支撑，以下选取基本建模所必需的几种数据介绍其处理方法。
3.1 地形地质数据处理地质数据是三维地质建模的基础和前提，也是实际中矿山资源评估和采矿设计的基础，是矿山生产管理的重点[2]。
根据建模地区的地层年代，按照12位编码的形式编写地层时代表，上下标分别用#+和#-表示。
根据该区岩石地层所含的岩性，按照点线区填充类型和子图符号及颜色编写岩性子图表。
从地形地质图中提炼出GIS格式的勘查区、地层区、地形线和采空区文件，且必须为统一投影统一坐标系。
勘查区基本为建模矿区边界圈定的区域形成的区文件，根据建模范围的需要进行适当调整；地层区为带有地层时代属性标记的区文件；地形线为建模区域的地形等高线组成的线文件；采空区为建模煤矿主采煤层的地下采空范围形成的线文件，如有两个或多个主采煤层则按煤层号分别标明。
3.2 钻孔数据处理钻孔是获取三维地质信息的最直观、准确和详细的手段[2]。
钻孔数据需要从钻孔柱状图中读取，整理归纳并填入3个数据库表格中，分别是钻孔基本信息表、钻孔岩芯鉴定表和钻探煤层结构表。
这3个表格尤为重要，关系到三维建模的精准程度。
其中，要读出钻孔坐标、高程及终孔深度，煤层、夹矸层、煤层名称、岩性、地层时代以及每一层的厚度和累计深度等。
具体数据库内容及格式见图2和图3。
3.3 巷道数据处理巷道数据需要把巷道延伸的各个点坐标和高程录入数据库表格中，在巷道总表中输入巷道的基本信息，在巷道点表中录入各点的X、Y、Z坐标，并按照序号范围在巷道总表中归类为主巷、副巷或回风巷，在巷道横截面表格中设置巷道的截面形状参数。
巷道数据库表格的内容及格式见图4和图5。
巷道点坐标的读取采用在GIS中编辑巷道线文件提取线上各点坐标的方法，高程值需要在建模矿区的井工布置图中读取巷道的几个关键拐点的高程。
3.4 地表高程及影像数据处理这里主要涉及到遥感影像和高程数据的来源，核验其投影坐标系是否与前面已准备好的各个地形地质数据一致，不一致则需要进行投影变换。
经投影变换后的影像和高程数据按照建模矿区范围的边界进行裁剪。
用于裁剪的边界文件要与之前准备好的勘查区文件的范围相一致。
4.1 煤岩层地质体模型建立煤岩层地质体模型可以一目了然矿区三维构成，不仅能准确掌握各煤层展布的几何空间形态，且为后续开发利用规划奠定了基础。
煤岩层地质体建模通常采用以下3种方法：①利用矿体边界线大概确定矿体范围；②基于勘探线剖面图进行矿体模型构建；③基于钻孔数据进行矿体模型构建[6]。
通常应根据建模目的来选择合适的方法，但要准确反映实际矿体形态，往往需要综合采用多种方法。
本文采用以钻孔数据和勘探线剖面图共同进行模型构建的方法，具体步骤如下：①将钻孔点连接成实际勘探线，几个相邻的基本在一条直线上的钻孔点连接成一条勘探线，最终形成几条相互平行或垂直的勘探线，如图6；②对已连接好的勘探线进行煤岩层绘制，设置剖面的基准层后按照钻孔信息画煤层和岩层并赋色，每条勘探线都生成对应的勘探线剖面，如图7；③用勘查区范围的区文件控制地质体边界；④用钻孔数据库中的煤岩标志层信息设置地层等值线；⑤将所有勘探线剖面设置为约束剖面，见图8；⑥生成煤岩层地质体模型，并进行验证及修正。