栾川三道庄矿三维模型的建立与地下空区可视化研究

论文摘要

矿床三维模型是“数字矿山”的基础,是矿床的数字表征。随着“数字矿山”的提出,三维模型越来越被从事矿山管理和研究的人员所重视。金属矿床地下开采形成的大量采空区不仅危及矿山的安全,而且对资源的充分回收造成严重的困难。因此,以先进的空区探测系统为手段,开展以空区精密探测为基础的相关技术的研究与应用,已经成为我国金属矿山安全生产所面临的重大前沿研究课题。河南三道庄钼矿是大型矿床,不仅有可观的钼储量,而且在矿区范围内还有一定量的金、银等伴生金属。由于矿山原先采用的空场法采矿所留下的采场、硐室以及巷道成为露天开采时的地下空区,地下空区对矿山的生产带来严重的威胁。因此,地下空区的可视化对露天台阶的稳定性分析是至关重要的。本文通过对不同类型的三维建模软件的对比,选择澳大利亚Surpac MinxeGroup开发的Surpac Vision 5.1-F版软件作为三道庄矿三维建模平台。利用矿山提供的钻孔资料,选择Microsoft Access 2000数据库类型,运用Surpac软件系统,建立了矿体模型、露天坑模型、地表模型等。准确建立力学计算模型是岩土工程稳定性数值模拟研究的基础。采空区的实际三维形态和准确的空间位置是影响采空区稳定性数值模拟可靠性的重要因素。然而,在传统的采空区稳定性数值模拟中,往往将采空区的形态视为空区开挖设计时确定的规则形态,或者是利用人工的简化模型进行模拟,严重影响了数值模拟结果的可靠性。本文应用空区全自动激光探测系统（Cavity Auto scanning LaserSystem,简称C-ALS）,精确地获取了空区的三维形态和准确的空间位置,借助于Surpac建立起的地质模型,使空区模型和矿山整体模型耦合起来,并提出了一种空区稳定性数值模拟建模的Surpac和Flac3D耦合方法,形成了基于实测的采空区稳定性数值模拟耦合新技术,有效地提高了采空区稳定性数值模拟结果的准确性和可靠性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 三维地质建模研究现状
• 1.2.2 采空区探测研究现状
• 1.2.3 采空区数值模拟现状
• 1.3 课题研究的目的和意义
• 1.4 主要研究内容和技术路线
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 主要研究技术路线
• 第二章 矿山地质
• 2.1 概况
• 2.1.1 地理交通位置
• 2.1.2 地质资源
• 2.1.3 水、电供应状况
• 2.1.4 气象条件及地震烈度
• 2.2 矿区及矿床地质特征
• 2.3 矿床水文地质及开采技术条件简述
• 2.4 采场构成要素与采矿方法
• 第三章 矿山三维建模的建立与矿量计算
• 3.1 三维模型可视化的优势
• 3.2 矿山地表模型的研究与建立
• 3.2.1 地形建模研究与栾川三道庄矿地形模型的建立
• 3.3 露天坑模型的研究与建立
• 3.3.1 露天坑三维模型的转换
• 3.3.2 露天坑三维数据的检查
• 3.3.3 露天坑三维模型的建立
• 3.4 矿体模型的研究与建立
• 3.4.1 钻孔数据库的建立及可视化
• 3.4.2 原始钻孔数据表
• 3.4.3 钻孔数据库的创建
• 3.4.4 钻孔的三维可视化
• 3.4.5 三维矿体模型的建立
• 3.5 整个矿山模型的研究与建立
• 3.6 矿体估值和品位的分布
• 3.7 矿体矿量计算
• 3.8 本章小结
• 第四章 采空区探测与三维模型的建立
• 4.1 采空区的形成
• 4.2 采空区的探测与可视化
• 4.2.1 C-ALS探测系统的介绍
• 4.3 C-ALS探测系统在栾川三道庄矿的应用
• 4.3.1 1438-2空区水平实测情况
• 4.3.2 1330水平空区的实测情况
• 4.3.3 1414水平空区实测情况
• 4.3.4 1438-1水平大型空区实测情况
• 4.4 采空区在整个矿山模型中的耦合
• 4.5 本章小结
• 第五章 采空区的数值模拟与力学分析
• 5.1 计算模型的选择
• 5.2 计算模型力学参数的确定
• 5.3 露天台阶开挖前后围岩应力场分析
• 5.3.1 开挖前初始的应力场分析
• 5.3.2 露天台阶开挖后围岩应力场分布
• 5.4 露天台阶开挖后围岩位移场分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论和展望
• 6.1 本文的主要研究成果和结论
• 6.2 对进一步工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间主要研究成果