三维数字化技术应用于矿山基建和生产中的价值探讨论文

 

　　关键词：三维数字化技术,矿山基建,生产,应用方法

 

　　在矿山基建和生产环节，由于所包含的工作流程以及工作要求较为复杂，如果仍然采取以往人工辅助的方式，会影响整体的工作效率，同时也会加大安全问题的发生，因此要积极地引进三维数字化技术，优化矿山基建和生产模式，构建完善的管理体系，加快矿山机械和生产的速度，提高工程的综合效益。

 

 

　　在现代矿业发展进程中，三维数字化技术的崛起为矿山基建带来了革命性的变革，二者的融合重塑了传统矿业的发展模式，极大地推动了行业向高效、安全、智能方向迈进。

 

　　1.1三维数字化技术

 

　　三维数字化技术是集计算机图形学、图像处理、虚拟现实、地理信息系统（GIS）等多学科技术于一体的综合性技术。它通过对现实物体或场景进行精确测量与数据采集，利用专业软件构建出逼真的三维模型，将复杂的实体以数字化形式呈现，实现对目标全方位、多角度的展示与分析。

 

　　在数据采集方面，常用的技术手段包括激光扫描、摄影测量等。激光扫描技术能够快速获取物体表面的三维坐标信息，生成高密度的点云数据，精确还原物体的形状和细节；摄影测量则通过对物体不同角度拍摄的大量照片，基于图像匹配和三角测量原理，重建物体的三维模型，具有成本较低、操作灵活的优势。

 

　　建模软件如3ds Max、Maya、Geomagic等功能强大，不仅能对采集到的数据进行处理和编辑，还能赋予模型材质、纹理、光照等属性，使其更加生动、真实。同时，结合虚拟现实（VR）和增强现实（AR）技术，用户可身临其境地与三维模型进行交互，实现沉浸式的体验与操作，为复杂数据的理解和分析提供了全新视角。

 

　　1.2矿山基建

 

　　矿山基建是矿山从规划设计到正式投产前的一系列建设工程，是矿山生产的前期基础和重要保障，其核心目标是为矿山开采创造必要条件，涵盖多个关键环节。

 

　　矿山开拓工程是基建的关键，通过井巷工程的建设，如竖井、斜井、平硐等，建立起通往矿体的通道，形成完整的运输、通风、排水和行人系统，确保后续开采作业顺利进行。例如，竖井作为垂直通道，主要用于提升矿石、设备和人员；斜井则适用于地形复杂或矿体倾角较缓的情况，可承担运输和通风任务；平硐则在地形有利时，是最为经济便捷的开拓方式。

 

　　采准工程紧随其后，是在已开拓的区域内，为回采工作开辟自由面和通道，包括掘进采准巷道、布置采场等。合理的采准设计能够提高矿石回收率，降低贫化率，直接影响矿山的经济效益。

 

　　同时，地面设施建设也不容忽视，包含工业场地的规划与建设，如选矿厂、破碎车间、矿石堆场、办公生活区等以及配套的供电、供水、通信等基础设施。完善的地面设施能够保障矿山生产和运营的有序进行，为工作人员提供良好的工作和生活条件。

 

　　1.3三维数字化技术在矿山基建中的应用

 

　　在矿山基建规划设计阶段，三维数字化技术发挥着关键作用。利用三维建模技术，工程师可以将矿山地形、地质构造、矿体分布以及规划中的井巷工程、地面设施等要素构建成直观的三维模型。通过对模型的可视化分析，能够全面评估不同设计方案的合理性和可行性，提前发现潜在问题，如井巷布局是否合理、运输线路是否顺畅、通风系统是否完善等，并进行优化调整，避免在实际建设过程中出现设计变更，从而节省时间和成本。

 

　　矿山基建完成后，三维数字化模型成为矿山运营管理的重要基础。通过对模型的持续更新和维护，能够实时反映矿山生产过程中的各种变化，如矿体开采进度、设备运行状态等，为生产决策提供准确的数据支持。同时，利用三维数字化技术还可以开展矿山资源储量动态管理、生产计划优化、设备维护管理等工作，实现矿山的智能化运营。

 

　　2应用于矿山基建和生产中的价值

       2.1在矿山基建中的价值

 

　　将三维数字化技术运用到矿山基建当中，大大提高了矿山设计和施工的效率及准确性，也为矿山可持续发展打下坚实基础。该技术通过高精度数据采集和建模，以三维可视化方式展现矿山复杂的地形，地质结构和矿产资源分布情况，为矿山基建和建设提供直观和综合的数据支撑。三维数字化技术是矿山基建设计阶段的关键性技术，传统矿山基建设计通常依靠二维图纸及地质勘查报告进行设计，很难完整准确反映矿山实际状况。但是三维数字化技术能够利用无人机航拍、激光扫描和三维建模，快速获得矿山地形地貌和地质构造细节信息，建立高精度三维地质模型，该模型既能清楚显示矿山整体结构及细节特征，又能模拟出不同设计方案的地质变化情况及稳定性，可供设计人员科学决策参考。三维数字化技术对于矿山基建施工的进程也起到了至关重要的影响，将三维模型实时与施工现场进行比对，能够及时发现施工中存在的偏差并采取适当措施进行改正，从而保证施工质量及进度。同时三维数字化技术也能精细化管理施工进度，并通过对不同施工阶段情景的仿真来预测可能出现的问题及风险，向施工管理人员发出预警信息以保证施工过程顺利。另外，三维数字化技术也有利于促进矿山基建智能化，通过结合三维模型以及物联网、大数据等先进技术，能够实现矿山基建全流程实时监控及智能管理。比如可采用传感器对矿山地质变化，施工设备运行状况等关键指标进行监测，并通过数据分析与挖掘找出潜在安全隐患与效率瓶颈问题，从而为矿山基建不断优化提供数据支撑。

 

　　2.2对矿山生产的价值

 

　　三维数字化技术应用于矿山生产也同样显示出巨大潜力与价值，该项技术对矿山生产流程进行精准模拟与实时监控，使生产过程可视化、智能化与精细化管理，显著提升矿山生产效益与资源利用率。三维数字化技术是矿山生产规划阶段的重要组成部分，通过建立高精度三维矿体模型，可对矿产资源储量及质量进行精确评价，并为生产计划提供科学依据。同时也可在矿体模型的基础上对不同开采方案进行生产流程及成本效益仿真，筛选出最佳开采方案以达到最大限度利用资源。通过将传感器及监控设备布置于生产现场，实现了对矿石产量、设备运行状态及能耗指标等生产过程数据的实时获取。通过三维数字化处理与分析，可将这些数据直观显示在三维模型上，给生产管理人员带来综合生产信息。根据这些信息可实现生产过程中设备参数调整、开采顺序优化等，从而提高生产效率与资源利用率。另外，三维数字化技术有利于促进矿山生产安全环保，通过三维安全监测系统与环境监测系统的建设，能够对矿山生产中存在的安全隐患以及环境污染问题进行实时监控。当出现异常时，该系统将即时发出预警信号和启动相关应急预案来降低事故损失及环境污染。通过对不同治理方案进行效果模拟，可对治理成本与收益进行评价，从而为环境保护决策提供科学依据。

 

　　3用于矿山基建和生产中的应用方法

       3.1建立三维地质模型

 

　　建设三维地质模型是三维数字化技术应用于矿山基建、生产等领域的核心内容之一，该流程涉及到复杂地质数据的采集、处理和建模等环节，其目的是建立高度准确和综合反映矿山地质特点的数字模型。地质数据获取是三维地质模型建立的基础，利用无人机航拍、激光扫描和钻孔取样等多种手段，可获得矿山区域地形地貌、地层岩性和构造特征等精细地质信息。对这些资料进行了筛选、整理与预处理，形成了建立三维模型需要的基础资料集。然后，使用专业三维建模软件对地质数据进行导入和三维建模，在进行建模时，必须深入研究地质体的各种复杂特性，例如岩层的褶皱、断裂和侵入等以及这些现象之间的空间联系。经过精细建模操作可建立包含地表形态，地层结构和矿体形态等完整的三维地质模型。该模型不但几何精度较高，而且能较好地反映地质体物理属性及其空间分布。所建三维地质模型对于矿山基建、生产等方面都有广泛应用，基建阶段其能够给设计人员带来直观、综合的地质信息，有利于设计方案的优化和施工风险的降低。在生产阶段可为生产规划，开采决策提供重要依据，以提高资源利用率及生产效率。另外，三维地质模型能够结合物联网，大数据等先进技术对矿山生产过程进行实时监控及智能管理。

 

　　3.2构建现场信息库

 

　　建立矿山现场信息库，是三维数字化技术应用于矿山基建、生产的又一个重要手段。这一方法旨在通过收集和整理矿山现场的各类信息，构建一个全面、实时、可查询的数据库，为矿山管理和决策提供数据支持。工作人员要从矿山基建及生产实际需要出发，明确所需采集的资料种类，包括地质资料、设备资料、人员资料、生产资料，然后，采用物联网，传感器等先进技术对现场信息进行实时采集与传递，通过对矿山现场各种传感器及监控设备的布放，可实时采集设备运行状态、能耗指标、生产进度以及其他生产过程的数据，这些数据经处理后在无线网络中传送给数据中心储存与管理。在数据中心中，构建现场信息库管理系统，以实现采集信息的归类、整理、储存与查询。管理系统要具有高效的数据处理能力、友好的用户界面，便于用户迅速找到并获得需要的资料，同时它还应具有数据分析与挖掘功能，从历史数据中找出可能存在的问题与规律，从而为矿山管理与决策提供科学依据。构建现场信息库，既提升矿山管理信息化水平，又使生产过程透明化、可追溯性，通过对现场信息的实时了解，管理人员能够及时发现并解决生产过程中存在的各种问题，对生产流程进行优化，从而提高生产效率。同时该现场信息库也为矿山安全管理与环境保护工作提供强有力的支撑。

 

　　3.3建设矿山开拓系统

 

　　建设矿山开拓系统是将三维数字化技术应用于矿山基建与生产的先进手段之一。系统基于三维地质模型，综合考虑矿山生产规划及设备配置需求，制定了科学、合理的矿山开拓计划，实现了开采过程智能控制与优化。其中要在三维地质模型的基础上开展矿山生产规划。通过对矿体形态、品位分布及开采条件进行分析，确定合理开采顺序、方法及参数。同时兼顾矿山安全、环保及经济效益，编制矿山生产综合规划方案。然后，按照生产规划方案对设备配置及布局设计，针对矿山开拓系统的要求及特点，选用适宜的开采设备、运输设备及辅助设备，并对其进行了合理布局设计。利用三维建模与仿真技术对设备运行状态及开采过程进行仿真，评价设备配置是否合理及开采效率。设备配置及布局设计后搭建了矿山开拓系统智能控制平台，平台将三维地质模型、生产规划方案及设备配置信息整合在一起，借助物联网、大数据等先进技术，实现开采过程实时监测与智能控制。通过对生产过程设备运行状态、开采进度、能耗指标以及其他各种数据进行收集与分析，从而达到动态调整与优化开采过程。

 

　　3.4加强安全管理

 

　　矿山基建与生产中安全管理非常关键。三维数字化技术的提出，为加强安全管理工作提供了新的手段与方法，使安全管理工作更高效、更准确、更全面地进行。通过三维数字化技术可以建立矿山三维安全模型，集成地质、地形、装备和人员多源数据可构建蕴含丰富安全信息的三维场景。在此情景下，管理人员能够直观了解矿山总体布局、设备分布和人员流动情况，进而对矿山安全状况综合掌握。同时三维仿真技术的应用，也能模拟出坍塌、火灾、爆炸等多种安全事故情景，开展事故应急演练及预案制定工作，增强应急响应能力及安全管理水平。同时，通过对矿山关键区域布设传感器及监控设备，可实时获取与安全有关的温度、湿度、气体浓度、振动等多种数据，这些数据处理之后，就能构成安全监控和预警系统，一旦监控出现异常情况，该系统将自动报警并告知有关人员处理。同时与大数据分析技术相结合，也能深入挖掘与分析历史数据，找出潜在安全隐患与规律，从而为安全管理提供科学依据。另外，三维数字化技术可以优化安全培训与教育的方式，传统安全培训通常依靠文字、图片等静态资料进行培训，很难使受训者直观体会安全事故发生的严重程度与复杂程度。采用三维数字化技术制作真实的安全事故仿真场景，使受训者在虚拟环境下进行安全操作演练及事故应急处理训练。该培训方式不但更生动、更有趣，而且能增强受训者安全意识及应急处理能力。

 

　　3.5实行动态巡查监管

 

　　动态巡查监管在矿山基建、生产等各个环节都必不可少，运用三维数字化技术，为动态巡查监管工作提供更有效、更准确、更方便的工具。

 

　　首先，三维数字化技术可以构造矿山虚拟巡查路线，通过矿山现场三维建模与仿真处理可生成详细虚拟巡查路线图，这些路线图中既包括矿山总体布局及各大设施的选址信息，也可根据实际需要自定义调整。巡查人员可预先对虚拟环境下的巡查路线及重点巡查区域进行熟悉，从而提高巡查效率及准确性。

 

　　其次，三维数字化技术能够对巡查过程进行实时监测与记录，通过巡查路线布设传感器及监控设备，可实时获取巡查人员移动轨迹、巡查时间及巡查内容，自动记录至巡查数据库。这些巡查数据既可作为巡查工作记录与凭据，也可应用于后续巡查分析与评价工作。同时运用大数据分析技术深入挖掘与分析这些巡查数据，能够找出巡查过程中存在的问题与不足，从而为完善巡查工作提供科学依据。巡查结果同三维地质模型、生产规划方案及其他资料比较分析。可评价矿山生产状态及安全状况达到预期要求，同时根据巡查结果可自动生成巡查报告及整改建议，以支持管理层决策。

 

 

　　三维数字化技术应用于矿山基建和生产中所发挥的作用较为突出，因此工作人员需要积极地引进这一技术方案，优化矿山机械和生产工作模式，解决在以往矿山机械和生产中存在的各项问题，体现出三维数字化技术的利用优势，使矿山基建和生产工作水平能够得到进一步的提高，创造出更高的经济效益。