煤矿三维地质建模相关技术综述.pdf

第４２卷第８期能源与环保Ｖｏｌ  ４２Ｎｏ  ８２０２０年８月ＣｈｉｎａＥｎｅｒｇｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＡｕｇ．２０２０收稿日期２０２０－０４－３０；责任编辑刘欢欢ＤＯＩ１０．１９３８９／ｊ．ｃｎｋｉ．１００３－０５０６．２０２０．０８．０２９作者简介刘安强（１９８７），男，陕西渭南人，工程师，２０１０年毕业于中国矿业大学，现从事智慧矿山建设工作。通讯作者王子童（１９９６），男，山东博兴人，硕士研究生，现从事智慧矿山建设研究。引用格式刘安强，王子童．煤矿三维地质建模相关技术综述［Ｊ］．能源与环保，２０２０，４２（８）１３６  １４１．ＬｉｕＡｎｑｉａｎｇ，ＷａｎｇＺｉｔｏｎｇ．Ｏｖｅｒｖｉｅｗｏｆ３Ｄｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｍｏｄｅｌｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｃｏａｌｍｉｎｅ［Ｊ］．ＣｈｉｎａＥｎｅｒｇｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，２０２０，４２（８）１３６  １４１．煤矿三维地质建模相关技术综述刘安强１，王子童２（１．陕煤曹家滩矿业有限公司，陕西榆林７１９０００；２．西安科技大学计算机科学与技术学院，陕西西安７１０６００）摘要随着煤炭工业的发展、煤矿勘探和挖掘的逐步深入，由于瓦斯灾害、矿井火灾、矿尘、矿井水灾、矿井顶板灾害引发的安全事故造成的人员伤亡和财产损失不可计量。智慧矿山成为了解决上述问题的重要途径之一，而煤矿三维地质建模作为智慧矿山的核心技术受到广泛关注，实现煤矿地质的可视化将增加煤矿工作者对煤矿地质和走向等地下环境的了解，更利于采矿采掘，减少安全隐患。主要从煤矿三维地质建模的空间数据模型、煤矿三维地质建模方法、煤矿三维地质建模软件和数值模拟４个方面进行相关研究结果的总结，并提出其中存在的不足，给予切实可行的建议，探讨未来煤矿三维地质建模的研究发展趋势。关键词煤矿；三维地质；空间数据模型；三维建模方法；三维建模软件；数值模拟软件中图分类号Ｐ６４１．７文献标志码Ａ文章编号１００３－０５０６（２０２０）０８－０１３６－０６Ｏｖｅｒｖｉｅｗｏｆ３ＤｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｍｏｄｅｌｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｃｏａｌｍｉｎｅＬｉｕＡｎｑｉａｎｇ１，ＷａｎｇＺｉｔｏｎｇ２（１．ＳｈａａｎｘｉＣｏａｌＣａｏｊｉａｔａｎＭｉｎｉｎｇＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｙｕｌｉｎ７１９０００，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ ′ ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ ′ ａｎ７１０６００，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＷｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｃｏａｌｉｎｄｕｓｔｒｙａｎｄｔｈｅｇｒａｄｕａｌｄｅｅｐｅｎｉｎｇｏｆｃｏａｌｍｉｎｅｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎａｎｄｅｘｃａｖａｔｉｏｎ，ｔｈｅｃａｓｕａｌｔｉｅｓａｎｄｐｒｏｐｅｒｔｙｌｏｓｓｅｓｃａｕｓｅｄｂｙｓａｆｅｔｙａｃｃｉｄｅｎｔｓｃａｕｓｅｄｂｙｇａｓｄｉｓａｓｔｅｒ，ｍｉｎｅｆｉｒｅ，ｍｉｎｅｄｕｓｔ，ｍｉｎｅｆｌｏｏｄａｎｄｍｉｎｅｒｏｏｆｄｉｓａｓｔｅｒｃａｎｎｏｔｂｅｍｅａｓｕｒｅｄ．Ｓｍａｒｔｍｉｎｅｈａｓｂｅｃｏｍｅｏｎｅｏｆｔｈｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｗａｙｓｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅａｂｏｖｅｐｒｏｂｌｅｍｓ．Ａｓｔｈｅｃｏｒｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｓｍａｒｔｍｉｎｅ，３Ｄｇｅｏ  ｌｏｇｉｃａｌｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆｃｏａｌｍｉｎｅｈａｓｂｅｅｎｗｉｄｅｌｙｃｏｎｃｅｒｎｅｄ．Ｔｈｅｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｃｏａｌｍｉｎｅｇｅｏｌｏｇｙｗｉｌｌｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅｕｎｄｅｒ  ｓｔａｎｄｉｎｇｏｆｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓｕｃｈａｓｃｏａｌｍｉｎｅｇｅｏｌｏｇｙａｎｄｔｒｅｎｄ，ｗｈｉｃｈｗｅｒｅｍｏｒｅｃｏｎｄｕｃｉｖｅｔｏｍｉｎｉｎｇ，ａｎｄｒｅｄｕｃｅｓａｆｅｔｙｒｉｓｋｓ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｓｕｍｍａｒｉｚｅｄｔｈｅｒｅｌｅｖａｎｔｒｅｓｅａｒｃｈｒｅｓｕｌｔｓｆｒｏｍｆｏｕｒａｓｐｅｃｔｓｓｐａｔｉａｌｄａｔａｍｏｄｅｌｏｆｃｏａｌｍｉｎｅ３Ｄｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｍｏｄｅｌｉｎｇ，ｃｏａｌｍｉｎｅ３Ｄｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｍｏｄｅｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄ，ｃｏａｌｍｉｎｅ３Ｄｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｍｏｄｅｌｉｎｇｓｏｆｔｗａｒｅａｎｄｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ａｎｄｔｏｐｕｔｆｏｒｗａｒｄｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｄｅｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓ，ｔｏｇｉｖｅｐｒａｃｔｉｃａｌｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ，ａｎｄｔｏｄｉｓｃｕｓｓｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｒｅｎｄｏｆｃｏａｌｍｉｎｅ３Ｄｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｍｏｄｅｌ  ｉｎｇｉｎｔｈｅｆｕｔｕｒｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｃｏａｌｍｉｎｅ；３Ｄｇｅｏｌｏｇｙ；ｓｐａｔｉａｌｄａｔａｍｏｄｅｌ；３Ｄｍｏｄｅｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄ；３Ｄｍｏｄｅｌｉｎｇｓｏｆｔｗａｒｅ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｏｆｔｗａｒｅ０引言近年来，三维地质建模的研究与开发已成为地质学、岩土工程、计算机科学等多学科交叉领域的研究热点。我国作为一个采矿大国，将三维可视化技术和地质理论知识相结合，对各类地质空间和结构进行解释，对煤矿行业的发展具有一定的促进作用。经过多年的发展，该技术已经覆盖到了有关地质的多个领域。如今，国内外许多科学家都在从事煤矿三维地质建模的工作和研究。汪洋等［１］使用Ａｒｃ  ＧＩＳ软件对煤矿进行三维地质建模；王海军［２］建立了煤矿采空区综合勘探信息三维模型；殷大发［３］提出基于熵权法的三维地质模型精度评价方法，建立了高精度、易修正的三维地质模型。６３１２０２０年第８期刘安强，等煤矿三维地质建模相关技术综述第４２卷三维地质建模是二维地质建模向三维的延伸，三维地质建模技术突破了传统地质构造二维表示的局限性。它能更直观地描述与煤矿开采有关的地质体的空间和结构，尽可能地减少地质预测的不确定性，提高煤矿生产安全性和附加决策能力。煤矿三维地质建模存在若干技术难点和瓶颈，现有的模型和软件仍难以满足煤矿地质行业的应用要求。因此，研究煤矿三维地质建模技术具有较高的研究价值和重要意义。本文将从空间数据模型中的面模型、体模型和混合模型，三维建模方法中的剖面、钻孔数据、多元数据，建模软件和数值模拟这４个方面入手，对三维地质建模的现状进行阐述。１空间数据模型空间数据模型是空间设计与分析和三维地质模型构建的基础［４］。国内外学者通过研究已经提出了多种数据模型，如ＷｕＬ［５］提出了广义三棱柱的数据模型；尚福华等［６］基于ＴＩＮ  Ｏｃｔｒｅｅ的混合空间数据模型，提出了一种精细三维地质构造方法。每一大类又有多种不同的数据模型，常见的模型有如基于面的ＴＩＮ模型和基于不规则体元的ＧＴＰ模型、ＴＥＮ模型等。不同的数据模型都有各自的优缺点，在进行相关研究时，空间数据模型的选取也在一定程度上影响着研究结果。１．１基于面模型面模型包括格不规则三角网模型（ＴＩＮ）、格网模型（Ｇｒｉｄ）、边界表示模型（Ｂ  Ｒｅｐ）、线框模型（ＷｉｒｅＦｒａｍｅ）、参数化曲面模型、断面（Ｓｅｃｔｉｏｎ）和多层ＤＥＭｓ等。格网模型（Ｇｒｉｄ）可以快速地进行布尔集合运算，适合地形表面及层状矿床建模；不规则三角网模型（ＴＩＮ）可以根据离散采样点的稀疏程度生成不同密度的三角形，能够精确地表达地质体的边界，随意变化三角形的大小，以满足地质曲面的复杂变化情况。刘勇等［７］研究了复杂岩层面，提出了一种基于单元分割的三维建模方法。因为发现在前人的三维可视化系统研究中，对三维岩层模型的建立没有系统地考虑复杂的地质条件，例如陷落柱和断层，所以该方法在前人研究的基础上定义投影单元和投影级别，给出了不同地质条件下岩层面水平投影单元的特点；此外，还提出了一种复杂岩层的三维建模方法，将该方法运用到某矿中。实验结果表明，该方法达到了预期的效果并且有效地构建了复杂岩层面的三维模型。钟德云等［８］基于约束Ｄｅｌａｕｎａｙ三角剖分，通过多标签算法对子域进行封装，并对中间域进行分离或通过距离场对中间域进行拟合，修改多域多面体的预测构造方法，针对多域多面体提出了一种自适应的网格剖分方法。基于面的模型精度较高，适用于建筑物、复杂岩体、不规则矿物体等不规则物体的建模，但带边界约束间离散点的ＴＥＮ生成算法较为复杂、计算量较大而且不能描述三维连续曲面，生成三维空间曲面较困难。１．２基于体模型传统的体模型分为规则体模型和非规则体元，规则体模型中包含体素模型（Ｖｏｘｅｌ）、结构实体几何模型（ＣＳＧ）、八叉树模型（Ｏｃｔｒｅｅ）、针体模型（Ｎｅｅ  ｄｌｅ）、块段模型（Ｂｌｏｃｋ），非规则体元中包括四面体格网模型（ＴＥＮ）、广义三棱柱模型（ＧＴＰ）、实体模型（Ｓｏｌｉｄ）、角点网格模型、非规则块体模型、面向对象模型。由于广义三棱柱模型（ＧＴＰ）拓扑关系描述完善，可以描述任意复杂的地质体，实体查询分析方便，便于上下集成建模，因此更多学者使用广义三棱柱模型（ＧＴＰ），对煤矿进行三维地质建模。刘一冬等［９］发现，众多学者对于三维地质建模存在最常见的缺陷之一是忽略了地裂缝与地质模型之间的拓扑空间关系。针对这一问题，提出了一种基于广义三棱柱的建模方法，该建模方法的过程为首先处理地层数据，获取地裂缝控制点，再由地裂缝控制点和特征推演出地裂缝折线，最后构造地裂缝模型。该方法的核心是通过空间布尔运算得到地质体与地质裂隙的继承模型，反映地层之间的接触关系，并反映地裂缝的三维形态特征。真实案例表明该方法能较好地反映地层和裂缝的分布情况。ＴａｎｇＹｏｎｇ等［１０］提出了三维地质模型，将原始钻孔数据进行Ｄｅｌａｕｎａｙ三角剖分，并以广义三棱柱作为基本单元，证明了该模型在模拟层状地质结构建模中是有效的。曲鹏举等［１１］提出了基于Ｋｒｉｇｉｎｇ算法的三棱柱三维可视化方法，对地质体进行了可视化。基于广义三棱柱模型拓扑关系描述完善，可以描述任意复杂的地质体，对上下集成建模更加便捷；缺点是可视化速度较慢，计算成本较高且设计复杂。１．３基于混合模型混合模型是指２个或多个体模型或面模型，以对同一对象进行三维建模的方式。常见的混合模型有Ｏｃｔｒｅｅ  ＴＥＮ、Ｂ  Ｒｅｐ与ＣＳＧ、ＴＩＮ  Ｓｅｃｔｉｏｎ、Ｗｉｒｅ７３１２０２０年第８期能源与环保第４２卷Ｆｒａｍｅ  Ｂｌｏｃｋ、Ｂ  Ｒｅｐ与ＴＥＮ、ＴＩＮ＋Ｇｒｉｄ模型。在构建需要考虑复杂地形特征的数字表面模型或构建具有断层和裂缝（如地裂缝）的地层分界面模型时，多考虑使用ＴＩＮ＋Ｇｒｉｄ混合模型，该模型能够满足多分辨率的可视化要求。邹皓等［１２］基于ＧＲＩＤ和ＴＩＮ的优缺点，提出了ＧＲＩＤ和ＴＩＮ的混合建模模型，在分辨率一定的情况下，混合建模的效率要高于ＴＩＮ方法，小于ＧＲＩＤ方法；在内存开销方面，ＴＩＮ方法开销最大，混合建模次之，ＧＲＩＤ建模方法最小。最终得出混合建模方法要优于ＴＩＮ和ＧＲＩＤ方法。陈炽荣等［１３］将面向对象的实体结构作为模型整体，不规则四面网结构作为局部。贾瑞生［１４］提出了基于ＤＥＭｓ  ＴＥＮ模型，确定了地表运动和变形指标的可视化表示和计算方法。２三维地质建模方法当下有多种三维地质建模方法，且可根据不同依据进行分类。本文主要讨论了使用数据源进行建模的细分，基于剖面的方法、基于钻孔数据的方法、基于离散点的方法、基于多层ＤＥＭ的方法、基于多源数据的方法等。２．１基于剖面数据丰富的地质剖面图是描述断层的主要数据形式之一，但大多都是纸质数据，需要对剖面数据进行处理后才能应用。汪淑平等［１５］通过对地质剖面数据进行规范化处理，提取特征点，从而构建断层面和地层面并且用ＯｐｅｎＧＬ进行渲染。作者将自主研发的软件实践用于贵州省黔西县龙井煤矿，表明该方法能够合理且真实地表达出整个含断层的地质体。但这项工作有一些限制性，只能依靠纸质剖面图进行建模。吴志春等［１６］利用地质剖面建立三维地质模型，按先新后旧的顺序建立地质体，在此基础上，将４个主要的地质界面，即边界面、断层面、岩体界面和地层面进行构造。Ｈｅ等［１７］使用ＣｒｅａｔａｒＸｍｏｄｅｌｉｎｇ建立了距离地面５０ｍ的地质序列和地下岩土特性的耦合３Ｄ模型，模型依赖于１０７个相交的剖面，并使用“ 层到实体” 的方法进行建模，可以准确预测地下条件，降低煤矿采掘过程中的风险。基于剖面的模型能够合理真实地表达整个含断层的地质体，但基于原始地质勘探资料或地质剖面图进行建模，效率较低。２．２基于钻孔数据目前，基于钻孔数据的三维地质建模研究较多，但钻孔数据数量少并且获取价格昂贵，下面对几种其他学者研究的基于钻孔数据的优化建模方法进行相关介绍。郭甲腾等［１８］提出了与传统显示建模方法相对应的一种基于机器学习的有效隐式三位地质建模方法。具体通过对钻孔数据进行预处理并且分别获得稀疏和精确的数据集，选择合适的分类器，主要是利用神经网络和支持向量机两种算法进行比较，确定最优超参数后在精确采样的数据集上训练分类等措施实现对建模区域的预测分类，获得最终的三维地质模型。通过实验得出，针对较为稀疏和有限的钻孔数据，分类器为基于ＲＢＦ核函数ＳＶＭ的方法的效率较高，不仅达到了较高的分类精度，而且获得了较为光滑和合理的地质三维模型。贾志宾等［１９］在总结前人对基于钻孔数据的三维地质建模方法研究的基础上，提出了一种优化方法。通过明镜等［２０］提出的“ 基于层位标定的钻孔数据快速解译方法” ，相对有效和高速地进行钻孔解释，根据勘探结果和专家经验相结合而绘制的地质剖面图添加虚拟控制点，并设置相应的尖灭距离比，再进行Ｄｅｌａｕｎａｙ三角剖分、地面插值，通过将地层面的求交转换成ＴＩＮ面之间相交三角形的求交运算，达到提高算法效率的目的。再对高程值进行调整，得到完整的三维地质模型，最后将由专家依据自身经验提出的剖面图数据加入到完整模型中，可对模型进行一定的修正。其优化之处在于，对过去建模中尖点位置为１／２区域的不合理取值情况进行了修正，生成了位置更加精确的地层尖灭线。唐丙寅等［２１］采用面模型，提出了基于钻孔的点→线→面→体快速渐进的三维地质建模方法。该建模方法步骤之二维剖面的三维空间展布不同于将二维剖平面以平直的形式展示到三维空间这一传统方法，直接用钻孔柱状图进行插值模拟而成。经过实际应用后结果表明，在基于钻孔建模速度快和自动化程度高的基础上，利用快速递进建模法可显著地提高建模的精细程度。基于钻孔数据的模型可以获得精度较高且较为光滑合理的地质模型，但缺点是钻孔数据数量少且钻孔成本很高。２．３基于多源数据三维地质建模的一大特点是基于数据的多源性，单一数据源的建模有着一定的局限性且适用范８３１２０２０年第８期刘安强，等煤矿三维地质建模相关技术综述第４２卷围较窄，对于复杂场景模型建模来说，远远无法满足实际建模的要求。因此，多源数据融合三维建模的技术得到了更为深入的研究。多源数据融合建模可以有效弥补单一建模方法的缺陷，根据不同场景选用不同数据融合地质三维建模是当今发展的一个趋势。对于多源数据的融合建模方式可分为３种 ① 基于点云数据的融合； ②基于模型格网的融合； ③以多源数据为参照，人工构建模型即参数化建模。吴志春等［２２］介绍了一种多源数据融合的思路和实现方法。该方法涉及多方数据，首先需统一各个数据的坐标系和比例，然后建立原始的资料数据库。再以ＤＥＭ面为载体解决部分数据融合问题，然后通过约束和光滑插值技术实现另外的数据融合。多源数据融合反映在不同的地表数据、地表和地下数据以及不同的精度数据中。在该方法中，点线、点（线）面约束和面面约束等约束建模技术起到了重要作用。易宗旺等［２３］使用多源数据模型结合ＧｅｏＢＩＭ平台进行三维地质建模，建立的模型有较强的可视化与分析功能，并进一步延伸地质信息服务功能。杨波等［２４］使用多源数据联合建模方法构建了矿区内多个典型矿床模型，并对区域地质模型与典型矿床模型进行耦合验证，为矿区三维成矿预测提供依据。赵义来等［２５］基于ＧｏＣＡＤ软件，使用多元数据约束优化的方法进行建模，基于剖面数据，以Ｓｅｃｔｉｏｎ  ＴＩＮ法建模，并在地表约束下融合、优化；对于分支复合的岩体，基于交叉剖面数据，以Ｓｅｃｔｉｏｎ  ＴＩＮ法及平行曲线组法构面，并在多源数据局部约束下优化。基于多源数据模型可以提高对现有数据的利用效率，在复杂的数据下满足煤矿地质三维建模的需要，但采用多源数据建模的模型应该是一个可扩展型的软件平台，应针对不同的建模需求提供相应的建模思路。３三维地质建模软件随着“ 数字矿山” ［２６］这一概念的提出和计算机技术的快速发展，国内外都研发出了许多用于三维地质建模的商业化软件，常见的有ＧｏＣＡＤ、３ＤＭｉｎｅ、Ｖｕｌｃａｎ、Ｓｕｒｐａｃ、ＭａｐＧＩＳ、ＱｕａｎｔｙＶｉｅｗ等。三维建模软件的开发涉及计算机、地质工程、煤矿、可视化技术等多个交叉学科领域。下面就４个常见的软件进行简要概述，并分别介绍一种近些年基于该软件的研究成果。３．１ＧｏＣＡＤＧｏＣＡＤ是最著名的三维地质建模程序之一。法国南希大学开发的软件开发人员之一Ｍａｌｌｅｔ教授提出的ＤＳＩ理论（离散光滑插值）是ＧｏＣＡＤ的核心技术之一。该软件具有应用范围广泛、功能强大、建模迅速、地质统计与分析功能强大等优点。窦帆帆等［２７］在通过ＧｏＣＡＤ软件验证了对三维克里金空间插值和地质体建模相结合后的可行性。建立模型的过程为，首先通过ＧｏＣＡＤ建立ＤＥＭ面模型，在生成底面模型后由ＧｏＣＡＤ实现面模型向体模型的转化，最终ＧｏＣＡＤ以向导模式半自动化建立模型。３．２３ＤＭｉｎｅ３ＤＭｉｎｅ软件是为国内用户设计的一款三维地质建模软件。３ＤＭｉｎｅ同样功能强大、用途广泛且其性能可靠、稳定，该软件在矿山三维可视化和矿山灾害预警等方面取得了重要进展。刘晓宁等［２８］以山东古城煤矿为研究对象，基于３ＤＭｉｎｅ软件建立了在断层控制下的三维表面模型和三维块体模型，并在模型建立的基础上进行了储量估算以及对该地煤质分布规律的分析。３．３ＳｕｒｐａｃＳｕｒｐａｃ是一款国外设计的大型三维数字化矿山软件，其数据库功能强大，在地勘、矿山等领域和测量方面得到广泛应用。穆承斌［２９］将Ｓｕｒｐａｃ软件运用到了新疆阿舍勒矿地质中进行三维矿体模型的建立，对于该地质数据库的管理和存储计算具有重要意义。３．４ＭａｐＧＩＳＭａｐＧＩＳ是国内研发的一款软件，在ＧＩＳ软件中比较突出，它更像是一个制图软件，结合了ＧＩＳ和ＣＡＤ的一些概念和功能。ＭａｐＧＩＳ面向地质和煤矿等一些行业，有深入的定制，能解决国内这类行业的生产需求，应用很广泛。林钟扬等［３０］使用ＭａｐＧＩＳ软件进行三维模型可视化分析，可实现对地层信息的拾取、钻孔模型的拾取；此外，它还支持不同地质体的多种切割方法，如平面剖切、水平剖切、斜切、折线垂直剖切及组合剖切等，展示地下三维地质模型及地层分布变化的可视化的效果。王瑶［３１］基于ＭａｐＧＩＳＫ９平台三维地质建模功能，研究得出了适合于基岩出露山区复杂地质体的三维地质建模方案。９３１２０２０年第８期能源与环保第４２卷４三维地质建模与数值模拟三维地质建模还可以与数值模拟软件相结合，解决复杂的地层和岩土工程设计问题。工程地质领域常用的三维地质建模与岩土数值分析相关软件有ＧｏＣＡＤ、３ＤＭｉｎｅ、Ｓｕｒｆｕｒ、ＡＮＳＹＳ、ＭＩＤＡＳ、ＦＬＡＣ３Ｄ、ＡＢＡＱＵＳ等［３２］，但是，不同的软件有其各自的优缺点，没有一个软件能够完美地解决三维建模和数值分析问题。所以将三维建模和数值分析软件等相关技术进行结合并协同操作，能够更加有效、准确地进行三维建模，并提高建模的效率。三维地质建模与岩土数值分析软件见表１。表１三维地质建模与岩土数值分析软件产品Ｔａｂ  １Ｓｏｆｔｗａｒｅｐｒｏｄｕｃｔｓｏｆ３Ｄｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌｎｕｍｅｒｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓ软件名称主要技术特色与应用领域ＧｏＣＡＤ法国南希大学Ｍａｌｌｅｔ教授提出的ＤＳＩ理论是ＧｏＣＡＤ的核心技术３ＤＭｉｎｅ面向矿山地质、测量、采矿与技术管理工作的三维软件系统ＳｕｒｆｕｒＴＥＭ软件具有强大的插值功能和绘图能力，可以处理ＸＹＺ数据，是地质学家常用的专业制图软件ＡＮＳＹＳ大型通用有限元分析（ＦＥＡ）软件是世界上支持速度最快的计算机开发软件项目（ＣＡＥ），它可以与许多ＣＡＤ软件配合进行数据交换ＭＩＤＡＳ一款有关结构设计有限元分析软件，分为建筑领域、桥梁领域、岩土领域、仿真领域４大类ＦＬＡＣ３Ｄ可以模拟土、岩等材料的力学性质和塑性流动分析ＡＢＡＱＵＳ被广泛认为是最强大的有限元软件，能够处理非常庞大和复杂的问题，模拟高度非线性问题５结论综上所述，三维地质建模相比较于传统的二维空间表示方法，可更加直观地体现地质体的复杂构造及分布规律。现有研究工作在空间数据模型、三维地质建模方法和建模软件的应用等方面已有较多成果，如计算机软件、硬件的不断更新迭代和网络的迅猛发展对煤矿三维地质建模的发展作出了巨大贡献，煤矿三维地质建模作为智慧矿山的核心组成部分，对有瓦斯灾害、矿井火灾、矿尘、矿井水灾、矿井顶板灾害的研究具有较大的参考价值。如何结合煤矿地质特点，制定出具有指导性煤矿三维地质建模的思想、方法和标准体系，需要地质三维建模的研究者在未来进行进一步研究和改进。参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）［１］汪洋，陈汉章．基于ＡｒｃＧＩＳ的煤矿三维地质建模系统的设计与实现［Ｊ］．内蒙古煤炭经济，２０１９（１６）５３  ５４．ＷａｎｇＹａｎｇ，ＣｈｅｎＨａｎｚｈａｎｇ．Ｄｅｓｉｇｎａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆ３ＤｃｏａｌｍｉｎｅｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｍｏｄｅｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＡｒｃＧＩＳ［Ｊ］．ＩｎｎｅｒＭｏｎｇｏｌｉａＣｏａｌＥｃｏｎｏｍｙ，２０１９（１６）５３  ５４．［２］王海军．煤矿采空区综合勘探三维信息管理系统研究［Ｊ］．能源与环保，２０１８，４０（１１）９９  １０４．ＷａｎｇＨａｉｊｕｎ．Ｓｔｕｄｙｏｎ３Ｄｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｍａｎａｇｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｆｏｒｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎｏｆｃｏａｌｍｉｎｅｇｏａｆ［Ｊ］．ＣｈｉｎａＥｎｅｒｇｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，２０１８，４０（１１）９９  １０４．［３］殷大发．煤矿三维地质模型精度评价及动态更新技术探讨［Ｊ］．煤矿开采，２０１８，２３（４）２０  ２４．ＹｉｎＤａｆａ．Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎｏｎｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｅｖａｌｕａｔｉｏｎａｎｄｄｙｎａｍｉｃｕｐ  ｄａｔｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆ３Ｄｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｃｏａｌｍｉｎｅｓ［Ｊ］．ＣｏａｌＭｉｎｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１８，２３（４）２０  ２４．［４］潘懋，方裕，屈红刚．三维地质建模若干基本问题探讨［Ｊ］．地理与地理信息科学，２００７（３）１  ５．ＰａｎＭａｏ，ＦａｎｇＹｕ，ＱｕＨｏｎｇｇａｎｇ．Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎｏｎｓｏｍｅｂａｓｉｃｐｒｏｂ  ｌｅｍｓｏｆ３Ｄｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｍｏｄｅｌｉｎｇ［Ｊ］．ＧｅｏｇｒａｐｈｙａｎｄＧｅｏ  Ｉｎｆｏｒｍａ  ｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅ，２００７（３）１  ５．［５］ＷｕＬ．Ｔｏｐｏｌｏｇｉｃａｌｒｅｌａｔｉｏｎｓｅｍｂｏｄｉｅｄｉｎａｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄｔｒｉ  ｐｒｉｓｍ（ＧＴＰ）ｍｏｄｅｌｆｏｒａ３Ｄｇｅｏｓｃｉｅｎｃｅｍｏｄｅｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ｃｏｍｐｕｔ  ｅｒｓ＆Ｇｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓ，２００４，３０（４）４０５  ４１８．［６］尚福华，杨彦彬，杜睿山．基于ＴＩＮ  Ｏｃｔｒｅｅ的三维地质模型构建方法研究［Ｊ］．计算技术与自动化，２０１９，３８（４）１２１  １２５．ＳｈａｎｇＦｕｈｕａ，ＹａｎｇＹａｎｂｉｎ，ＤｕＲｕｉｓｈａｎ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｃｏｎ  ｓｔｒｕｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆ３ＤｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｍｏｄｅｌｂａｓｅｄｏｎＴＩＮ  Ｏｃｔｒｅｅ［Ｊ］．ＣｏｍｐｕｔｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，２０１９，３８（４）１２１  １２５．［７］刘勇，崔洪庆．基于单元划分的复杂岩层面三维建模方法研究［Ｊ］．工矿自动化，２０１７，４３（１２）９９  １０３．ＬｉｕＹｏｎｇ，ＣｕｉＨｏｎｇｑｉｎｇ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎ３Ｄｍｏｄｅｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄｏｆｃｏｍ  ｐｌｅｘｒｏｃｋｌａｙｅｒｂａｓｅｄｏｎｕｎｉｔｄｉｖｉｓｉｏｎ［Ｊ］．ＩｎｄｕｓｔｒｙａｎｄＭｉｎｅＡｕｔｏ  ｍａｔｉｏｎ，２０１７，４３（１２）９９  １０３．［８］钟德云，王李管，毕林．复杂矿体模型多域自适应网格剖分方法［Ｊ］．武汉大学学报（信息科学版），２０１９，４４（１０）１５３８  １５４４．ＺｈｏｎｇＤｅｙｕｎ，ＷａｎｇＬｉｇｕａｎ，ＢｉＬｉｎ．Ｍｕｌｔｉ  ｄｏｍａｉｎａｄａｐｔｉｖｅｍｅｓ  ｈｉｎｇｍｅｔｈｏｄｆｏｒｃｏｍｐｌｅｘｏｒｅｂｏｄｙｍｏｄｅｌ［Ｊ］．ＧｅｏｍａｔｉｃｓａｎｄＩｎｆｏｒ  ｍａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅｏｆＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０１９，４４（１０）１５３８  １５４４．［９］刘一冬，朱琳，于军，等．一种地裂缝地质体三维模型建模方法［Ｊ］．地理与地理信息科学，２０１６，３２（２）５１  ５４，６６．ＬｉｕＹｉｄｏｎｇ，ＺｈｕＬｉｎ，ＹｕＪｕｎ，ｅｔａｌ．Ａ３Ｄｍｏｄｅｌｍｏｄｅｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄｆｏｒｇｒｏｕｎｄｆｉｓｓｕｒｅｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｂｏｄｙ

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