CN110245427A - 基于bim的煤矿工作面煤层gim数字模型创建方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于BIM的煤矿工作面煤层GIM数字模型创建方法，对现场钻孔实测数据进行处理，利用BIM建模工具，编辑三维几何图形算法，创建煤层GIM数字模型，准确反映拟采工作面的煤层赋存情况，克服现有二维CAD绘图技术的技术缺陷，解决了煤矿在工作面回采之前无法直观准确查看煤层赋存情况的问题，提高了煤矿生产设计管理人员掌握工作面煤层赋存情况的精准度，使对工作面的煤炭产量控制更加精准，方便指导后续回采工作的顺利进行，做到对灾害情况的提前预防预判。

Description

基于BIM的煤矿工作面煤层GIM数字模型创建方法

技术领域

本发明涉及一种利用BIM技术应用、数字矿山、煤矿煤层三维数字化建模方法，尤其是涉及一种基于BIM的煤矿工作面煤层GIM数字模型创建方法。

背景技术

BIM即Building Information Modeling(建筑信息模型)，作为建设项目的一个完整的信息承载体，它是一种创新的设计、施工和管理方法。BIM是基于先进的计算机技术实现的三维数字化设计和工程软件构建的三维“可视化”数字模型。BIM已成为建筑领域项目全过程管理重要的技术手段，目前在煤矿领域应用多用于工业广场的建设。

GIS技术(Geographic Information Systems,地理信息系统)是多种学科交叉的产物，它以地理空间为基础，采用地理模型分析方法，实时提供多种空间和动态的地理信息，是一种为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统。将地质体三维可视化建模技术同GIS结合起来，在GIS环境下进行采矿方法选择的系统并不多见，相关研究大多都是停留在理论研究阶段，在矿山实际生产中进行应用的很少。

GIM即GIS+BIM，将GIS与BIM技术的融合形成的数字化模型。GIS侧重于表达工程与环境的自然信息，BIM侧重于表达工程资产的详尽信息。本发明创新的利用BIM技术的优势与GIS相结合，进行煤矿回采工作面煤层GIM模型的精准高效数字化建模，准确反映拟采工作面的煤层赋存情况。

发明内容

本发明提供了一种基于BIM的煤矿工作面煤层GIM数字模型创建方法，克服现有二维CAD绘图技术的技术缺陷，解决煤矿在工作面回采之前无法直观准确查看煤层赋存情况的问题，进行精准高效三维数字化建模。

一种基于BIM的煤矿工作面煤层GIM数字模型创建方法，包括如下步骤：

步骤S1：运用在煤矿井下煤层巷道和岩层巷道，进行巷道实测，进行多位置、多角度、多方位钻孔的方法探测拟采工作面巷道的煤层赋存情况；

步骤S2：详细记录井下钻孔施工台账，准确记录钻孔位置、方位角、倾角、钻孔深度、见煤深度、见岩深度，并绘制钻孔竣工图，钻孔竣工图包括煤巷CAD二维实测素描图、媒巷顶底板探煤孔施工台账、岩巷CAD二维实测素描图、岩巷穿层钻孔施工台账；

步骤S3：从绘制的煤层巷道CAD二维实测素描图和巷道顶底板探煤孔施工台账中，处理获得顺槽煤巷CAD实测底板线和顺槽剖面范围内的煤层顶、底板钻孔数据；岩层巷道数据处理，从绘制的岩巷CAD二维实测素描图、岩巷CAD穿层钻孔竣工图和钻孔施工台账中，处理获得岩层CAD实测巷道底板线和探测范围内的岩巷穿层钻孔数据；

步骤S4：将处理的钻孔数据和CAD实测巷道底板线导入BIM三维建模工具，并根据巷道控制点坐标，在BIM三维模型空间准确位置放置CAD实测巷道底板线；

步骤S5：煤层几何数据计算，利用BIM可视化编程工具在BIM三维图形工具的基础上，编辑煤层顶、底面见煤点数据三维几何图形算法，根据导入的钻孔数据、CAD实测巷道底板线和巷道断面数据，计算生成工作面煤层顶、底面见煤点数据；

步骤S6：煤层顶、底面三维曲面创建，利用BIM可视化编程工具在BIM三维图形工具的基础上，编辑煤层曲面三维几何图形算法，根据导上一步计算生成的煤层顶底面见煤点数据，生成煤层顶、底面三维曲面；

步骤S7：煤层GIM数字模型创建，运用BIM三维几何图形计算工具，利用BIM可视化编程工具在BIM三维图形工具的基础上，编辑三维煤层GIM数字模型几何图形算法，根据上一步生成的煤层顶、底面三维曲面，生成煤层GIM数字模型。

进一步的，步骤S1中，煤层赋存情况也能够采用井下精准物探设备对拟采工作面煤层进行探测。

进一步的，步骤S3中，煤层顶、底板钻孔数据，以及岩巷穿层钻孔数据的处理操作包括以下步骤：

①对模型搭建前所需要的巷道实测素描剖面图分图层处理，生成唯一、连续、完整的CAD实测巷道底板线，并根据巷道名称逐一保存；

②根据钻孔竣工图确定钻孔位置，以同一排为同一编号进行钻孔编号，在钻孔施工台账表格内对相同断面内的钻孔位置由高到低排序编号，完成钻孔数据处理；

③根据地理坐标确定模型基点。

进一步的，步骤S4中，包括以下操作步骤：

1)对于现有的矿山采掘工程平面图，将矿山采掘工程平面图导入BIM三维建模软件与步骤S3：③中确定的模型基点进行对正；

2)根据导入的矿山采掘工程平面图位置确定当前创建工作面位置；对当前工作平面不同名称的巷道创建轴网及对应的剖面视图，剖面视图与巷道名称一致。

3)将步骤S3：①处理的CAD实测巷道底板线根据巷道名称分别导入创建的剖面图中并且完成定位。

进一步的，步骤S5中，见煤点数据三维几何图形算法包括以下步骤：

①根据步骤S4第3)步所导入的CAD实测巷道底板线计算生成巷道平面投影线；

②将步骤S3：②所处理的钻孔数据表格导入，在所求的巷道平面投影线上求出每一排钻孔所属的巷道断面定位点，进而在计算出每一排钻孔所属的巷道断面；

③再利用几何图形相交算法，求出每一排钻孔巷道断面与步骤S4第3)步所导入的CAD实测巷道底板线的交点，即为该排钻孔的钻孔断面计算基准点；

④煤点数据三维几何图形算法读取步骤S3：②钻孔数据表格中每孔数据，计算生成工作面煤层顶、底面见煤点数据。

本发明通过将现场获得的各类地质实测数据(地质勘探数据、巷道实测导线数据、巷道实测探煤孔数据、穿层钻孔数据，超前钻探数据以及精准勘探技术等各种勘探实测方法获得的实测数据)，利用几何三维空间算法计算，生成煤层空间三维数字模型，将未知的工作面煤层直观的呈现出来，提高了煤矿生产设计管理人员掌握工作面煤层赋存情况的精准度，使对工作面的煤炭产量控制更加精准，方便指导后续回采工作的顺利进行，做到对灾害情况的提前预防预判。

附图说明

图1是本发明基于BIM的煤矿工作面煤层GIM数字模型创建方法的步骤流程图；

图2为本发明巷道断面空间定位点几何图形算法计算原理图；

图3为本发明见煤点计算原理图；

图4为本发明煤层几何三维空间算法计算成果图。

具体实施方式

下面对本发明实施例的基于BIM的煤矿工作面煤层GIM数字模型创建方法进行具体说明。按图1所示技术路线进行实施。

步骤1：运用在煤矿井下煤层巷道和岩层巷道，进行巷道实测，进行多位置、多角度、多方位钻孔的方法探测拟采工作面巷道的煤层赋存情况；实现煤层巷道顶地板钻孔探测，以及岩层巷道穿层钻孔探测。

煤层赋存情况或采用井下精准物探设备对拟采工作面煤层进行探测。

步骤2：详细记录井下钻孔施工台账，准确记录钻孔位置、方位角、倾角、钻孔深度、见煤深度、见岩深度，并绘制钻孔竣工图，包括煤巷CAD二维实测素描图、媒巷顶底板探煤孔施工台账、岩巷CAD二维实测素描图、岩巷穿层钻孔施工台账。

步骤3：从绘制的煤层巷道CAD二维实测素描图和巷道顶底板探煤孔施工台账中，处理获得顺槽煤巷CAD实测底板线和顺槽剖面范围内的煤层顶、底板钻孔数据；岩层巷道数据处理，从绘制的岩巷CAD二维实测素描图、岩巷CAD穿层钻孔竣工图和钻孔施工台账中，处理获得岩层CAD实测巷道底板线和探测范围内的岩巷穿层钻孔数据。

操作步骤如下：

①对模型搭建前所需要的巷道实测素描剖面图分图层处理，生成唯一、连续、完整的CAD实测巷道底板线，并根据巷道名称逐一保存。

②根据钻孔竣工图确定钻孔位置，以同一排为同一编号进行钻孔编号，在钻孔施工台账表格内对相同断面内的钻孔位置由高到低排序编号，完成钻孔数据处理。

③根据地理坐标确定模型基点。

步骤4：将处理的钻孔数据和CAD实测巷道底板线导入BIM三维建模工具，并根据巷道控制点坐标，在BIM三维模型空间准确位置放置CAD实测巷道底板线。

操作步骤如下：

1)对于现有的矿山采掘工程平面图，将矿山采掘工程平面图导入BIM三维建模软件与步骤3:③中确定的模型基点进行对正。

2)根据导入的矿山采掘工程平面图位置确定当前创建工作面位置。对当前工作平面不同名称的巷道创建轴网及对应的剖面视图，剖面视图与巷道名称一致。

3)将步骤3①处理的CAD实测巷道底板线根据的巷道名称分别导入2)中创建的剖面图中并且完成定位。

步骤5：煤层几何数据计算，利用BIM可视化编程工具在BIM三维图形工具的基础上，编辑煤层顶、底面见煤点数据三维几何图形算法，根据导入的钻孔数据、CAD实测巷道底板线和巷道断面数据，计算生成工作面煤层顶、底面见煤点数据。

如图2所示，见煤点数据三维几何图形算法原理如下：

①根据步骤4第3)步所导入的CAD实测巷道底板线计算生成巷道平面投影线。

②将步骤3:②所处理的钻孔数据表格导入，在所求的巷道平面投影线上求出每一排钻孔所属的巷道断面定位点，进而在计算出每一排钻孔所属的巷道断面；

③再利用几何图形相交算法，求出每一排钻孔巷道断面与步骤4第3)步所导入的CAD实测巷道底板线的交点，即为该排钻孔的钻孔断面计算基准点；

④如图3所示，煤点数据三维几何图形算法读取步骤3:②钻孔数据表格中每孔数据，计算生成工作面煤层顶、底面见煤点数据。

步骤6：煤层顶、底面三维曲面创建，利用BIM可视化编程工具在BIM三维图形工具的基础上，编辑煤层曲面三维几何图形算法，根据导上一步计算生成的煤层顶底面见煤点数据，生成煤层顶、底面三维曲面。

步骤7：煤层GIM数字模型创建，运用BIM三维几何图形计算工具，利用BIM可视化编程工具在BIM三维图形工具的基础上，编辑三维煤层GIM数字模型几何图形算法，根据上一步生成的煤层顶、底面三维曲面，生成煤层GIM数字模型。如图4所示。

本发明通过将现场获得的各类地质实测数据，利用几何三维空间算法计算，生成煤层空间三维数字模型，将未知的工作面煤层直观的呈现出来，提高了煤矿生产设计管理人员掌握工作面煤层赋存情况的精准度，使对工作面的煤炭产量控制更加精准，方便指导后续回采工作的顺利进行，做到对灾害情况的提前预防预判。

Claims (5)

1.一种基于BIM的煤矿工作面煤层GIM数字模型创建方法，包括如下步骤：

步骤S1：运用在煤矿井下煤层巷道和岩层巷道，进行巷道实测，进行多位置、多角度、多方位钻孔的方法探测拟采工作面巷道的煤层赋存情况；

步骤S2：详细记录井下钻孔施工台账，准确记录钻孔位置、方位角、倾角、钻孔深度、见煤深度、见岩深度，并绘制钻孔竣工图，钻孔竣工图包括煤巷CAD二维实测素描图、媒巷顶底板探煤孔施工台账、岩巷CAD二维实测素描图、岩巷穿层钻孔施工台账；

步骤S3：从绘制的煤层巷道CAD二维实测素描图和巷道顶底板探煤孔施工台账中，处理获得顺槽煤巷CAD实测底板线和顺槽剖面范围内的煤层顶、底板钻孔数据；岩层巷道数据处理，从绘制的岩巷CAD二维实测素描图、岩巷CAD穿层钻孔竣工图和钻孔施工台账中，处理获得岩层CAD实测巷道底板线和探测范围内的岩巷穿层钻孔数据；

步骤S4：将处理的钻孔数据和CAD实测巷道底板线导入BIM三维建模工具，并根据巷道控制点坐标，在BIM三维模型空间准确位置放置CAD实测巷道底板线；

步骤S5：煤层几何数据计算，利用BIM可视化编程工具在BIM三维图形工具的基础上，编辑煤层顶、底面见煤点数据三维几何图形算法，根据导入的钻孔数据、CAD实测巷道底板线和巷道断面数据，计算生成工作面煤层顶、底面见煤点数据；

步骤S6：煤层顶、底面三维曲面创建，利用BIM可视化编程工具在BIM三维图形工具的基础上，编辑煤层曲面三维几何图形算法，根据导上一步计算生成的煤层顶底面见煤点数据，生成煤层顶、底面三维曲面；

步骤S7：煤层GIM数字模型创建，运用BIM三维几何图形计算工具，利用BIM可视化编程工具在BIM三维图形工具的基础上，编辑三维煤层GIM数字模型几何图形算法，根据上一步生成的煤层顶、底面三维曲面，生成煤层GIM数字模型。

2.根据权利要求1所述的基于BIM的煤矿工作面煤层GIM数字模型创建方法，其特征在于：步骤S1中，煤层赋存情况也能够采用井下精准物探设备对拟采工作面煤层进行探测。

3.根据权利要求1所述的基于BIM的煤矿工作面煤层GIM数字模型创建方法，其特征在于：步骤S3中，煤层顶、底板钻孔数据，以及岩巷穿层钻孔数据的处理操作包括以下步骤：

①对模型搭建前所需要的巷道实测素描剖面图分图层处理，生成唯一、连续、完整的CAD实测巷道底板线，并根据巷道名称逐一保存；

②根据钻孔竣工图确定钻孔位置，以同一排为同一编号进行钻孔编号，在钻孔施工台账表格内对相同断面内的钻孔位置由高到低排序编号，完成钻孔数据处理；

③根据地理坐标确定模型基点。

4.根据权利要求3所述的基于BIM的煤矿工作面煤层GIM数字模型创建方法，其特征在于：步骤S4中，包括以下操作步骤：

1)对于现有的矿山采掘工程平面图，将矿山采掘工程平面图导入BIM三维建模软件与步骤S3：③中确定的模型基点进行对正；

2)根据导入的矿山采掘工程平面图位置确定当前创建工作面位置；对当前工作平面不同名称的巷道创建轴网及对应的剖面视图，剖面视图与巷道名称一致。

3)将步骤S3：①处理的CAD实测巷道底板线根据巷道名称分别导入创建的剖面图中并且完成定位。

5.根据权利要求4所述的基于BIM的煤矿工作面煤层GIM数字模型创建方法，其特征在于：步骤S5中，见煤点数据三维几何图形算法包括以下步骤：

①根据步骤S4第3)步所导入的CAD实测巷道底板线计算生成巷道平面投影线；

②将步骤S3：②所处理的钻孔数据表格导入，在所求的巷道平面投影线上求出每一排钻孔所属的巷道断面定位点，进而在计算出每一排钻孔所属的巷道断面；

③再利用几何图形相交算法，求出每一排钻孔巷道断面与步骤S4第3)步所导入的CAD实测巷道底板线的交点，即为该排钻孔的钻孔断面计算基准点；

④煤点数据三维几何图形算法读取步骤S3：②钻孔数据表格中每孔数据，计算生成工作面煤层顶、底面见煤点数据。