基于棱柱体的三维地质建模方法

 矿体赋存条件复杂、地质构造多变。为探究真实地质体情况,通过对现有各类地质体建模方法的分析,尤其是对TIN模型构建、实体(solid)构模的特点进行探讨,提出一种基于工程棱柱体的三维地质建模方法。结合钻孔数据特点和地层分布规律,根据勘探工程的钻孔平面位置将勘探区域划分为若干棱柱体。对每个棱柱体侧面进行矿段对比连接,完成棱柱体线框图搭建,随之逐面、逐层、逐柱构建三角网,直至形成整个地质体的三角网。将实体构模方法结合其中,实现了三维地层实体模型的建立,既能充分反映矿体的三维形态,又能使所显示的三维矿体进行实体描述。使得矿体属性连续并可计算,同时模型能够结合工程师经验自动推理尖灭、分叉、断层和褶皱等复杂地层构造。其具有三维显示又具有实体描述的特点,尤其便于按储量级别进行储量估算等矿量计算,具有实际应用价值。     

三维地层模型及可视化技术研究

体元构造是三维地层建模的核心。针对地质体的层状结构特征，利用平面不规则三角网，构造三棱柱体元；指出：三棱柱体元的分解与剖分是模型切割重构的关键之所在。在此基础上，通过OpenGL技术实现三维模型的可视化。最后，结合东深供水改造工程，进行了三维地层模型构建及可视分析工作。     

复杂地质构造煤层三维模型自动构建技术

为研究含无煤区和断层的煤层三维模型的自动构建方法,基于钻孔数据和二维煤层边界线及断煤交线,利用见煤钻孔与煤层顶、底板交点和插值得到的未见煤钻孔点,构建Voronoi图,确定未见煤钻孔的影响区域为无煤区边界线;通过钻孔与煤层顶、底板的交点,对煤层边界线、断煤交线、无煤区边界线上点和煤层顶、底板面上网格点的高程值进行插值;从两个方面对用于高程插值的距离反比加权插值方法进行改进,采用四分圆扇区搜索和钻孔工程数量优化邻近样本点,通过计算插值点和样本点连线与断煤交线的交点数量排除位于断层异侧的样本点;对已插值的内外边界线和网格点进行约束Delaunay三角剖分,分别建立煤层顶、底板表面;对逆断层的重叠区域按上、下盘分别进行断煤交线和网格点的高程插值以及表面建模,最终形成煤层三维模型.     

一种基于地质界面的三维模型裁剪法

基于地质界面的三维地质模型在建立过程中,地表面三角形网格和煤层顶底板四边形网格在空间相交,须用两者的交线对煤层顶底板网格进行裁剪。得到地表面三角形中的每一条边与煤层顶底板四边形的交点,将这些交点形成闭合的多边形,多边形的各边按逆时针排序后作为裁剪边界,裁去煤层顶底板网格的边界内部分,形成整体的三维地质模型。     

利用测井资料评价煤层顶底板的裂缝发育程度

针对常规测井难以有效评价煤层顶底板裂缝发育程度的问题,对鄂东气田东缘韩城矿区50块煤层顶底板砂泥岩样品进行岩石力学特性实验研究。在静态力学参数刻度测井资料计算的动态岩石力学参数的基础上,对煤层顶底板的完整性系数、破裂系数、稳定性系数进行了计算,进而对研究区煤层顶底板裂缝发育程度进行评价。结果表明:所述方法能够有效地预测煤层顶底板的裂缝发育程度;研究区煤层顶底板裂缝较为发育。煤层含气量分析化验和排采结果显示,在裂缝发育的井区含气性和排采出气量较低,表明煤层顶底板的封闭性较差。     

基于约束Delaunay三角剖分的道路三维建模方法

深入研究了一种建立道路三维模型的方法.首先依据道路设计成果计算出道路模型与地形模型的拼合交线,然后用设计点(特征线)数据替换拼合交线内的地形点(特征线)数据,形成建模所需的原始点集和约束边集.针对原始点集采用逐点插入算法进行Delaunay三角剖分,再依据约束边将初始三角网调整为约束Delaunay三角网,由此得到外观与内部拓扑关系均为整体的道路三维模型.此外,还研制了三角形的快速定位算法,加速了建模过程.实践表明,该方法具有整体性好、网形优、速度快的优点.     

矿井直流电透视方法技术研究

利用三维有限元计算方法对矿井直流电透视的七种装置形式进行正演模拟。计算结果表明，矿井直流电透视法属于体积勘探，但不同的测量方式对应不同的电场分布特性，能突出探测目的层(煤层内或顶底板岩层)内的异常特征，为采煤工作面内的具体地质问题选用相应的装置形式提供了理论依据。     

尖灭分叉型煤层三维地质建模研究：基于地质统计学和符号矩阵的方法

由于成煤期的泥炭沼泽基底不平以及地质环境等的变化，导致相对较大的地质区域内煤层常出现尖灭、分叉等复杂情况，影响开采设计，为高效准确定位煤层边界及分布位置，本文提出一种基于地质统计学和符号矩阵进行三维地质建模的方法。通过符号矩阵方法，按照一定精度离散煤层和非煤层数据，利用泛克里金法确定平面煤层厚度，反距离加权法确定每个栅格的符号距离函数估值，局部窗口对煤层进行精准定位，确定与煤层厚度相匹配的距离函数截距，建立煤层的三维地质模型。本文还讨论了距离函数截距对煤层精度的影响；滑动垂直窗口大小与煤层位置对建模结果中煤层连通性的影响。结果表明，该建模方法可以针对煤层尖灭、分叉等复杂情况快速建模，对大范围区域地质模型构建有一定的适用性，自动化程度高，可应用于煤层开采设计及资源评估。     

煤层体三维建模及可视化研究

针对目前三维地质建模面临的两大困难——数据获取困难和煤层空间关系复杂这两个问题进行了研究:对于第一个问题提出了钻孔数据、剖面图数据和等高线数据综合利用的解决方案,对于第二个问题提出把复杂煤层地质情况化为简单、容易的基本结构单元再分别建模的思路.在建模方法方面,根据煤层的地质特征,从体建模和面建模两大建模方法中选择基于面建模的煤层体建模方法,又从面建模中选择建模速度快、精度比较高的TIN模型.最后利用可视化开发工具VisualC++开发出一个实验系统来生成煤层体模型,并利用OpenGL对其煤层体的三维模型进行了可视化.     

基于Bezier-样条曲线的工作面煤层赋存状态预测方法

为了精确预测采煤工作面内煤层和断层等地质构造的赋存状态,基于工作面开拓勘探数据、顶底板等高线和钻孔勘探预测数据,运用SolidWorks软件中B-样条曲线的插值算法对导线点进行插值。以得到的光滑样条曲线为引导线,以钻孔预测剖面为轮廓,结合顶底板等高线进行放样建模,建立能够精确反映复杂工作面地质构造赋存状态的三维地质模型。结果表明,该三维地质模型可以对每个推采位置进行任意角度的剖切,可观测和分析工作面中的煤层和断层等地质构造的赋存状态,实现精确预测的目的,降低开采风险和采矿成本。此外,SolidWorks软件的易用性能够降低科室及区队一线生产人员的使用门槛,提高采煤工作面生产的技术管理水平。     

大台井"川法"支护系统稳定性分析

针对薄煤层开采支护系统的稳定性问题，通过理论计算分析在冲击载荷作用下俯伪斜走向分段密集采煤法（简称“川法”）支护系统的稳定性。探讨相关参数如支柱的密集程度、垫层的厚度与弹性、煤层的倾角与厚度，特别是顶板冒落岩块的大小与冒落位置，对支护系统稳定性的影响。此采煤法支护系统的稳定性主要取决于密集柱与顶底板间的最大静摩擦力。当因顶板冒落岩块冲击而产生的摩擦力大于密集柱与顶板间的最大静摩擦力时，支护系统将会因稳定性不足而被冲垮。俯伪斜走向分段密集采煤法适合于薄煤层，2m以上的煤层已不适合于此种支护系统。     

大西煤业矿井瓦斯地质规律探讨与储量预测

为进一步推进矿井瓦斯防治及利用工作,研究、整理了矿井地质勘探、开采揭露的煤层瓦斯地质资料,利用矿井瓦斯地质最新研究成果,揭示了矿井瓦斯形成的地质规律,并对瓦斯（煤层气）地质储量进行了预测,为矿井瓦斯灾害治理和资源开发利用提供参考依据。     

彬长矿区南部诱发冲击地压覆岩关键层探讨

为分析彬长矿区南部煤矿覆岩关键层的位置,给煤矿冲击地压提治理供技术及理论支撑,采用关键层理论值计算、数值模拟分析以及微震事件验证的综合判定方法探讨了诱发彬长矿区南部煤矿冲击地压的主控层位。经理论值计算,煤层上部200 m覆岩具有三层关键层,从上而下依次是距4#煤层顶板160 m宜君组砾岩坚硬层层、距4#煤层顶板76 m的安定组底界砂岩坚硬层层以及距4#煤层顶板35 m的直罗组底部砂岩坚硬层层。结合数值模拟计算,在起始开挖过程中,煤层顶板约35 m处直落组底界砂岩出现应力集中;随着开挖深度的增加,煤层顶板76 m附近的安定组底界砂岩层逐渐成为水平应力最大部位。综合微震数据的结果,认为煤层顶板35 m处的直落组底界砂岩与煤层顶板76 m处的安定组底界砂岩层均为引起煤矿冲击地压的关键层位,容易产生能量集中,是矿井冲击地压治理的主要目标层位。     

"两硬"条件大采高液压支架工作阻力计算

为解决“两硬”地质条件下大采高综采液压支架缺乏,厚煤层一次采全高技术不能在大同矿区推广等问题。笔者对液压支架与大采高综采采场围岩的力学关系进行了分析,根据相关矿压理论,从多种角度对“两硬”条件下大采高综采支架工作阻力的计算方法进行了探讨;同时列举了5 000 mm厚煤层一次采全高试验工作面液压支架的支护阻力实测数据;通过对支架工作阻力理论计算值与井下工作面支架支护阻力实测数据的对比分析,认为采用多种方法计算、再综合分析的方法来确定大采高液压支架工作阻力是可行的。     

浅埋煤层长壁采场覆岩活动规律的研究

基于某煤矿2305综采工作面工程地质条件和开采技术条件,应用数值模拟（RFPA）和现场实测方法,深入研究了浅埋煤层开采后伪顶、直接顶和基本顶的破坏、运动规律,从而对指导、评价采场围岩控制提供理论依据。     

急倾斜重复采动软岩巷道失稳破坏分析

基于赵家坝煤矿3964巷道围岩稳定性控制,采用地质雷达现场探测和理论分析结合的手段确定了巷道围岩的松动圈范围,并对多次重复采动条件下急倾斜煤层软岩巷道围岩失稳破坏机理进行分析。结果表明:复杂的地质力学环境、重复采动影响和支护方式及参数不合理是造成巷道呈"底板隆起,顶板下挫"相互错动的非对称性变形破坏的主要原因。在此基础上,提出了以高强高预应力扭矩应力锚杆、高强度让压均压锚索为基础的非对称性多介质结构耦合支护对策,并在生产实践中取得了良好的技术经济效益。     

开平煤田宋家营勘查区煤层开采充水因素分析

通过对宋家营勘查区的水文地质条件、含隔水层特征、地下水动态及各含水层之间的水力联系等因素的分析．为矿井开采水害防治提供参考资料和决策依据。影响煤层开采主要直接充水含水层为各主要可采煤层顶、底板及煤层间砂岩含水层,上第三系底部半胶结砂、砾岩仅在局部为直接充水含水层。奥灰含水层上距12煤层144．38~150．81m,其间有厚层粉砂岩、泥岩隔水层,正常情况下,奥灰水不会对煤层开采构成威胁,结合邻区钱家营矿井水文地质资料对比,勘查区矿床水文地质类型除断层导水外为水文地质条件中等的裂隙（局部孔隙）充水矿床,即：二类二型。     

支承压力高峰位置的现场确定方法

研究和确定采场周围支承压力高峰位置,对于确定回采工作面的停采线及区段煤柱的大小起着非常重要的作用。本文以现场实测研究结果为主,结合有限元和相似材料模拟研究结果,对煤体中支承压力高峰位置进行了研究。认为支承压力高峰位置至煤壁的距离主要受开采深度、顶板岩层的容重、煤体的单向抗压强度、煤层的采高、老顶周期来压步距等的影响,并给出了其计算式。现场可以根据地质条件及开采条件事先进行估算。代入计算式即可求出支承压力高峰的位置,计算结果与实际情况吻合较好。     

龙永煤田红林坪矿区主采煤层对比探讨

本文通过对红林坪矿区煤层的对比,对其形成机制的分析与研究,初步探讨了主采煤层的顶底特征,对今后该矿区的勘探与开发具有一定的指导意义。