专利名称：煤层建模方法
技术领域：
本发明涉及煤层建模技术，特别涉及一种煤层建模方法，属于煤矿工程技术领域。
背景技术：
随着经济的快速发展，能源在全球范围内成为争夺的战略焦点，作为不可再生的 矿产资源在整个资源体系中占据不可替代的作用。煤炭资源作为重要的能源储备，为人类 的生产生活做着不可估量的贡献。但蕴含大量煤炭资源的煤层，大多处在比较复杂的煤矿地质环境中，对煤层开采 的各项施工要求相对较高。在工程领域中，一般都是先对需要开采的煤层进行建模，进而根 据建模结果指导实际工程中对煤层开采的各项施工。传统的煤层建模方法，多以一维的煤矿钻孔直接进行反映某一煤层的三维空间构 造，由于实际工程中的煤层钻孔存在偏斜、深浅参差不齐等问题，况且实际工程中煤层钻孔 的数量也是非常有限的，难以准确反映对应煤层的真实三维空间构造，对于这种建模方法 只有经验丰富的工程设计人员才能完成，而且对于所建煤层模型中不合常理的部分，需要 花费一定的时间和精力判断煤层的空间分布。进一步地，由于传统的煤层建模方法流程过 于复杂，模型建立后很难对其进行实时更新，一旦有相关数据要调整，就必须重新建模，降 低了工程设计人员工作效率，同时每次更新都要重新建模，也相对容易产生错误，给实际工 程施工带来了隐患。
发明内容
本发明的目的是提供一种煤层建模方法，解决了现有技术中用一维钻孔难以准确 反映煤层三维空间分布的技术问题，实现了用二维煤层剖面准确建立煤层模型的目的，并 且由于建模流程相对简单，方便了对所建煤层模型的更新，使所建煤层模型能更加准确反 映实际煤层的构造。为实现上述目的，本发明提供了一种煤层建模方法，其中包括获取多个煤层剖面，并根据所述多个煤层剖面生成临时煤层三维模型；根据临时煤层三维模型，获取所述多个煤层剖面中相邻两个煤层剖面之间的更新 煤层剖面；对所述更新煤层剖面进行编辑；根据编辑后更新煤层剖面和所述多个煤层剖面，生成正式煤层三维模型。本发明的煤层建模方法，通过根据获取的多个煤层剖面生成临时煤层三维模型， 并从所述多个煤层剖面之间获取更新煤层剖面，以进行编辑，最后再根据编辑后更新煤层 剖面和所述多个煤层剖面，生成正式煤层三维模型的技术方案，针对现有技术中用一维钻 孔难以准确反映煤层三维空间的缺陷，实现了用多个二维煤层剖面准确建立煤层模型的目 的，并且由于建模流程相对简单，方便了对所建煤层模型的更新，使所建煤层模型能更加准 确反映实际煤层的构造。
图1为本发明实施例一中煤层建模方法的流程图；图2为本发明实施例一中坐标系XYZ内多个煤层剖面的示意图；图3为本发明实施例一中对应图2多个煤层剖面的最小凸包多边体的示意图；图4为本发明实施例一中参考TIN模型的示意图；图5a为本发明实施例一中顶板TIN模型的示意图；图5b为本发明实施例一中底板TIN模型的示意图；图6为本发明实施例一中顶板TIN模型和底板TIN模型一组对应三角形所构成三 棱柱的示意图；图7为本发明实施例一中的临时煤层三维模型示意图；图8为本发明实施例一中在图7中获取更新煤层剖面的示意图；图9为本发明实施例一中编辑更新煤层剖面的示意图；图10为本发明实施例一中的正式煤层三维模型示意图；图11为本发明实施例二中坐标系XYZ内各个煤层包含多个煤层剖面的示意图；图12为本发明实施例二中对应于煤矿地质中所有煤层的临时煤层三维模型示意 图。
具体实施例方式下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。实施例一为方便说明本发明煤矿地质中煤层建模的方法，在本实施例中假设煤矿地质中仅 有一个煤层。图1为本发明实施例一中煤层建模方法的流程图。如图1所示，该方法包括:步骤S11、获取多个煤层剖面，并根据所述多个煤层剖面生成临时煤层三维模型。在本实施例中，由于煤矿地质仅有一层煤层，因此每一煤矿地质剖面相对应地包 含一个煤层剖面，在获取所述煤矿地质的多个煤矿地质剖面的同时，也相应获取了多个煤 层剖面。所述生成临时煤层三维模型的步骤包括步骤S111、图2为本发明实施例一中坐标系XYZ内多个煤层剖面的示意图。如图 2所示，坐标系XYZ为预先建立好的煤矿三维坐标系，由于煤矿地质仅有一层煤层的缘故， 可规定每一煤矿地质剖面在该煤矿三维坐标系中只显示其上的煤层剖面，因此每一煤矿地 质剖面由其上的一层煤层剖面表示即可，进一步地，在所获取的多个煤矿地质剖面通过平 移和旋转置于所述煤矿三维坐标系中时，所述多个煤矿地质剖面所对应的多个煤层剖面 21 24也相应地置于所述煤矿三维坐标系中，还是由于煤矿地质中仅有一层煤层的缘故， 在本实施例中无需对煤层进行序号标记，而只需对这一煤层的顶板1和底板0进行标记即 可；步骤S112、图3为本发明实施例一中对应图2多个煤层剖面的最小凸包多边体的 示意图。图4为本发明实施例一参考TIN模型的示意图。如图3所示，为所获取的对应图 2中多个煤层剖面21 24的最小凸包多边体31，并且如图4所示，将最小凸包多边体31 投影至所述煤矿三维坐标系的XOY坐标平面(最小凸包多边体31当然也可以投影到其他的坐标平面，这取决于所述煤矿三维坐标系所设置空间位置)，以形成平面多边形，并对所 述平面多边形进行Delaimay三角剖分，使所述平面多边形成为若干三角形所构成的三角 形网，以对应生成参考三角形网模型。这里需要说明的是，在本实施中，为直观展示所建立 的煤层模型，可将多个煤层剖面21 24都绘制成规则的长方形形状，相应包含多个煤层 剖面21 24的最小凸包多边体31为一规则的长方形体，进一步地，最小凸包多边体31投 影到XOY坐标平面的平面多边形同样为一规则的平面长方形，平面长方形被Delaimay三 角剖分后必然生成一规则的长方形三角形网；而在实际工程中，多个煤层剖面21 24都 是事先无法预见的不规则多边形，相应包含多个煤层剖面21 24的最小凸包多边体31为 一不规则的多边形体，进一步最小凸包多边体31投影到XOY坐标平面的平面多边形同样为 一不规则的平面多边形，平面多边形被Delaimay三角剖分后必然生成一不规则三角形网 (Triangulated Ieergular Network, TIN)；步骤S113、图5a为本发明实施例一中顶板TIN模型的示意图。图5b为本发明 实施例一中底板TIN模型的示意图。在煤矿三维坐标系中，将参考TIN模型通过克里金 (Kriging)插值算法，高程映射至图2中所示煤层的顶板1和底板0上，分别生成如图5a和 图5b所示的顶板TIN模型、底板TIN模型；步骤S114、图6为本发明实施例一中顶板TIN模型和底板TIN模型一组对应三角 形所构成三棱柱的示意图。由于参考TIN模型中每个三角形和根据参考TIN模型高程映射 所生成的顶板TIN模型、底板TIN模型中的每个三角形存在着拓扑对应关系，因此在顶板 TIN模型和底板TIN模型中分别存有彼此相对应的三角形，如图6所示，用其中一组相对应 的三角形62和三角形63可生成三棱柱61，该三棱柱61为一不规则的广义三棱柱，三角形 62和三角形63分别来自所生成的顶板TIN模型和底板TIN模型中。由此，根据所述顶板 TIN模型和底板TIN模型中每一组所相对应的三角形所构成的三棱柱，实现了各个三棱柱 的无缝连接，进一步可生成该煤层的临时煤层三维模型，如图7为本发明实施例一中的临 时煤层三维模型示意图所示。步骤S12、根据所述临时煤层三维模型，获取所述多个煤层剖面中相邻两个煤层剖 面之间的更新煤层剖面；图8为本发明实施例一中在图7中获取更新煤层剖面的示意图。图9为本发明实 施例一中编辑更新煤层剖面的示意图。如图8所示，在图7所示的临时煤层三维模型中，利 用预先设定好的剖切面80剖切图7，结合图9所示，获取更新煤层剖面81，该更新煤层剖面 81对应到图1所示的位置，具体为多个煤层剖面21 24中煤层剖面23和煤层剖面24之 间的某一个煤层剖面。在这里需要说明的是，通常认为多个煤层剖面21 24是相对确定 和可靠的，因此临时煤层三维模型生成后，多个煤层剖面21 24附近所对应生成临时煤层 三维模型的区域也是相对确定和可靠的，需要做出调整的临时煤层三维模型的区域为多个 煤层剖面21 24相邻两个煤层剖面之间所对应生成临时煤层三维模型的区域，在本实施 例中，为直观起见，只示意出一处需要调整的模型部位，当然也可能同时调整多处需要调整 的模型部位。步骤S13、对所述更新煤层剖面进行编辑；再如图9所示，根据预先设置的参数，在剖切面80上编辑更新煤层剖面81的顶板 线91和底板线92所处位置，在本实施例中，具体为，将编辑后更新煤层剖面82相对于更新煤层剖面81沿剖切面80向下进行了移动，关于编辑后更新煤层剖面82的移动方向，视实 际工程中的具体需求而定。步骤S14、根据编辑后更新煤层剖面和所述多个煤层剖面，生成正式煤层三维模 型。根据图9中所述编辑后更新煤层剖面82和图2中所述多个煤层剖面21 24，按 照步骤Slll S1114建立临时煤层三维模型的方法，即可生成正式煤层三维模型，实现了 对临时煤层三维模型的更新，所述正式煤层三维模型如图10为本发明实施例一中的正式 煤层三维模型示意图所示，所述生成正式煤层三维模型的方法在这里不在赘述。本实施例的煤层建模方法，通过根据获取的多个煤层剖面生成临时煤层三维模 型，并从所述多个煤层剖面之间的更新煤层剖面获取更新煤层剖面，以进行编辑，最后再根 据编辑后更新煤层剖面和所述多个煤层剖面，生成正式煤层三维模型的技术方案，针对现 有技术中用一维钻孔难以准确反映煤层三维空间的缺陷，实现了用多个二维煤层剖面准确 建立煤层模型的目的，并且由于建模流程相对简单，方便了对所建煤层模型的更新，使所建 煤层模型能更加准确反映实际煤层的构造。实施例二相对上述实施例一中，煤矿地质中仅有一个煤层的情况，本实施例中的煤矿地质 由多个煤层构成，每个煤层处于煤矿地质的不同层，这种煤矿地质由多个煤层构成的情况 在实际工程中是较常见的。步骤S21、图11为本发明实施例二中坐标系XYZ内各个煤层包含多个煤层剖面 的示意图。如图11所示，坐标系XYZ为预先建立好的煤矿三维坐标系，每一煤矿地质剖面 1101 1104是通过平移和旋转置于所述煤矿三维坐标系的，对煤矿地质所含有的三个煤 层进行序号标记CO C2，对每一煤层CO C2的顶板1和底板0也进行标记，在对煤矿地 质进行剖切后，每一煤矿地质剖面1101 1104相对应地包含不同层的多个煤层剖面，例 如，煤矿地质剖面1101包含煤层CO的煤层剖面C01、煤层Cl的煤层剖面Cll和煤层C2的 煤层剖面C21，进一步地每一煤层CO C2各自包含有多个煤层剖面，例如煤层CO包括煤层 剖面COl、煤层剖面C02、煤层剖面C03和煤层剖面C04。对于利用所获取的各个煤层的多个煤层剖面，对整个煤层进行建模，可分别对每 一煤层CO C2，建立对应每一煤层CO C2的子三维模型，再将对应每一煤层CO C2的 子三维模型进行叠加，以生成所述临时煤层三维模型。对其中一个所述子三维模型的建立， 可利用实施例一中的步骤S112 步骤S114所述的方法。以煤层CO所对应子三维模型的 建立为例，由于已获取煤层CO的多个煤层剖面COl C04，则可生成对应于多个煤层剖面 COl C04的最小凸包多边体，将所述最小凸包多边体投影至所述煤矿三维坐标系的一坐 标平面，形成平面多边形，再对所述平面多边进行三角形剖分，可生成参考TIN模型；再在 所述参考TIN模型所对应的煤层CO中，生成对应于参考TIN模型的顶板TIN模型和底板 TIN模型，由于所述顶板TIN模型和底板TIN模型中分别存有彼此相对应的三角形，再进一 步地，根据所述顶板TIN模型和底板TIN模型中每一组所述相对应的三角形，分别生成三棱 柱，再将所有生成的三棱柱进行无缝组合，最终可生成煤层CO的子三维模型。同理，根据上述生成煤层CO的子三维模型的过程，可进一步分别生成煤层Cl和煤 层C2的子三维模型。最后将每一煤层CO C2所对应的子三维模型进行叠加，可生成对应于煤矿地质中所有煤层的临时煤层三维模型，如图12为本发明实施例二中对应于煤矿地 质中所有煤层的临时煤层三维模型示意图所示。对于煤矿地质中所有煤层的临时煤层三维模型的更新，同样可分别对需调整子三 维模型进行更新，进一步再将所述更新后子三维模型和其余不需调整子三维模型叠加，最 终可生成正式煤层三维模型。步骤S22、假设临时煤层三维模型需要调整的部位对应在图11中，具体为在煤矿 地质剖面1103和煤矿地质剖面1104之间，首先对这一部位进行剖切获取更新煤矿地质剖 面，相应地可获取对应不同煤层的多个更新煤层剖面，在这里进一步假设，只有对应于煤层 CO的煤层剖面C03和煤层剖面C04之间更新煤层剖面需要编辑。步骤S23、对步骤S22中获取的更新煤层剖面的编辑过程，同实施例一中步骤13所 述的过程相同，这里不再赘述，最终获得编辑后更新煤层剖面。步骤S24、由于假设煤层CO的煤层剖面C03和煤层剖面C04之间的更新煤层剖面 需要编辑，也就是说，只需要重新生成煤层CO所对应的子三维模型即可，具体为，在煤层CO 中，利用多个煤层剖面COl C03和编辑后更新煤层剖面利用实施例一中的步骤S112 S114的方法可生成更新后子三维模型，再将煤层CO所对应的更新后子三维模型与煤层Cl、 煤层C2不需调整子三维模型叠加，最终生成了正式煤层三维模型。本实施例在实施例一的基础上，实现了利用二维煤层剖面，对包含有多个不同层 煤层煤矿地质的煤层建模，针对现有技术中用一维钻孔难以准确反映煤层三维空间的缺 陷，实现了用多个二维煤层剖面准确建立煤层模型的目的，并且由于建模流程相对简单，方 便了对所建煤层模型的更新，使所建煤层模型能更加准确反映实际煤层的构造。最后应说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制， 尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解其依 然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修 改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。
权利要求
一种煤层建模方法，其特征在于，包括获取多个煤层剖面，并根据所述多个煤层剖面生成临时煤层三维模型；根据所述临时煤层三维模型，获取所述多个煤层剖面中相邻两个煤层剖面之间的更新煤层剖面；对所述更新煤层剖面进行编辑；根据编辑后更新煤层剖面和所述多个煤层剖面，生成正式煤层三维模型。
2.根据权利要求1所述的煤层建模方法，其特征在于，所述获取多个煤层剖面包括 煤矿地质由多个不同层煤层构成，获取所述煤矿地质的多个煤矿地质剖面，每一所述煤矿地质剖面由多个不同层煤层剖面构成；建立煤矿三维坐标系，通过平移和旋转将所述多个煤矿地质剖面置于所述煤矿三维坐 标系；并在煤矿三维坐标系中，分别标记所述多个不同层煤层的序号、以及每一同层煤层的 顶板和底板；在所述多个煤矿地质剖面中，分别获取各个所述同一煤层的多个煤层剖面。
3.根据权利要求2所述的煤层建模方法，其特征在于，根据所述多个煤层剖面生成临 时煤层三维模型包括根据各个所述同一煤层的多个煤层剖面，分别生成对应所述多个不同层煤层的多个子 三维模型；将所述多个子三维模型叠加，生成所述临时煤层三维模型。
4.根据权利要求3所述的煤层建模方法，其特征在于，生成所述多个子三维模型中一 个子三维模型包括根据所述同一煤层的多个煤层剖面，生成对应于所述多个煤层剖面的最小凸包多边体 的参考不规则三角网模型；根据所述参考不规则三角网模型，生成对应于该煤层的子三维模型。
5.根据权利要求4所述的煤层建模方法，其特征在于，所述生成对应于所述多个煤层 剖面的最小凸包多边体的参考不规则三角网模型包括将生成对应于所述多个煤层剖面的最小凸包多边体，投影至所述煤矿三维坐标系的一 坐标平面，形成平面多边形；并对所述平面多边进行三角形剖分，生成参考不规则三角网模型。
6.根据权利要求5所述的煤层建模方法，其特征在于，所述生成对应于该煤层的子三 维模型包括在所述参考不规则三角网模型所对应的该煤层中，生成对应于参考不规则三角网模型 的顶板不规则三角网模型和底板不规则三角网模型；根据所述顶板不规则三角网模型和底板不规则三角网模型，生成所对应该煤层的子三 维模型。
7.根据权利要求6所述的煤层建模方法，其特征在于，所述生成对应于参考不规则三 角网模型的顶板不规则三角网模型和底板不规则三角网模型包括将参考不规则三角网模型通过插值计算，高映射于该煤层的顶板和底板，生成所述顶 板不规则三角网模型和底板不规则三角网模型，所述顶板不规则三角网模型和底板不规则三角网模型中分别存有彼此相对应的三角形。
8.根据权利要求7所述的煤层建模方法，其特征在于，所述根据所述顶板不规则三角 网模型和底板不规则三角网模型，生成所对应该煤层的子三维模型，包括根据所述顶板不规则三角网模型和底板不规则三角网模型中每一组所述相对应的三 角形生成三棱柱，将所有所述三棱柱进行无缝组合，生成该煤层的子三维模型。
9.根据权利要求3所述的煤层建模方法，其特征在于，所述根据临时煤层三维模型，获 取所述多个煤层剖面中相邻两个煤层剖面之间的更新煤层剖面，包括根据临时煤层三维模型中需调整子三维模型，获取所述需调整子三维模型所对应的所 述多个煤层剖面中相邻两个煤层剖面之间的更新煤层剖面。
10.根据权利要求9所述的煤层建模方法，其特征在于，所述对所述更新煤层剖面进行 编辑包括根据预先设置的参数，编辑所述更新煤层剖面的顶板线和底板线所处位置。
11.根据权利要求10所述的煤层建模方法，其特征在于，根据编辑后更新煤层剖面和 所述多个煤层剖面，生成正式煤层三维模型，包括在所述需调整子三维模型中，根据编辑后更新煤层剖面和其同层煤层的所述多个煤层 剖面，生成更新后子三维模型；将所述更新后子三维模型和其余不需整子三维模型叠加，生成正式煤层三维模型。
全文摘要
本发明公开了一种煤层建模方法，其中包括获取多个煤层剖面，并根据所述多个煤层剖面生成临时煤层三维模型；根据临时煤层三维模型，获取所述多个煤层剖面中相邻两个煤层剖面之间的更新煤层剖面；对所述更新煤层剖面进行编辑；根据编辑后更新煤层剖面和所述多个煤层剖面，生成正式煤层三维模型。本发明的煤层建模方法针对现有技术中用一维钻孔难以准确反映煤层三维空间的缺陷，实现了用多个二维煤层剖面准确建立煤层模型的目的，并且由于建模流程相对简单，方便了对所建煤层模型的更新，使所建煤层模型能更加准确反映实际煤层的构造。
文档编号G06T17/00GK101882325SQ20091008346
公开日2010年11月10日 申请日期2009年5月5日 优先权日2009年5月5日
发明者丁小彬, 唐军, 张五一, 张芳, 朱合华, 李晓军, 牛多龙, 王起宏, 甘柱烈, 胡金虎, 黄赫 申请人:淮南矿业(集团)有限责任公司;同济大学