CN115631313A - 一种煤矿透明地质模型的构建方法、装置以及处理设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种煤矿透明地质模型的构建方法、装置以及处理设备，用于构建能实时调用、显示、存储及曲线分析这些功能的煤矿透明地质模型及其配套的地质力学信息三维可视化***，如此在实际应用中有助于深部开采灾害的精准防治处理。本申请提供的一种煤矿透明地质模型的构建方法，包括：处理设备构建目标煤矿区域的数据库，其中，数据库包括围岩力学参数数据库以及地应力数据库；处理设备构建目标煤矿区域的三维模型，其中，三维模型包括三维钻孔模型以及三维地质模型；处理设备在数据库和三维模型的基础上，构建目标煤矿区域的煤矿透明地质模型和煤矿透明地质模型配套的地质力学信息三维可视化***。

Description

一种煤矿透明地质模型的构建方法、装置以及处理设备

技术领域

本申请涉及地质领域，具体涉及一种煤矿透明地质模型的构建方法、装置以及处理设备。

背景技术

我国是煤炭消耗大国，随着浅部煤炭资源的日益枯竭，中东部主要矿井均进入了千米深部开采阶段。

与此同时，与浅部开采不同，深部开采灾害频发，影响了煤炭的深部开采工作的开展，因此，深部开采灾害的评估、预测显然具有其重要意义。

而在现有的相关技术的研究过程中，发明人发现，传统的监测结果难以有效获取和直观展示，换句话说，现有技术中对于深部开采灾害的防治处理存在准确实施的问题。

发明内容

本申请提供了一种煤矿透明地质模型的构建方法、装置以及处理设备，用于构建能实时调用、显示、存储及曲线分析这些功能的煤矿透明地质模型及其配套的地质力学信息三维可视化***，如此在实际应用中有助于深部开采灾害精准防治处理。

第一方面，本申请提供了一种煤矿透明地质模型的构建方法，煤矿透明地质模型的构建方法包括：

处理设备构建目标煤矿区域的数据库，其中，数据库包括围岩力学参数数据库以及地应力数据库；

处理设备构建目标煤矿区域的三维模型，其中，三维模型包括三维钻孔模型以及三维地质模型；

处理设备在数据库和三维模型的基础上，构建目标煤矿区域的煤矿透明地质模型和煤矿透明地质模型配套的地质力学信息三维可视化***。

结合本申请第一方面，在本申请第一方面第一种可能的实现方式中，处理设备构建目标煤矿区域的数据库，包括：

处理设备通过针对目标煤矿区域展开的室内试验处理、支持向量回归优化算法开展反分析处理以及现场收集处理，得到目标煤矿区域的不同参数以形成围岩力学参数数据库，目标煤矿区域的不同参数具体包括不同岩层的编号、岩性、三维坐标、抗压强度、抗拉强度、弹性模量、泊松比、孔隙率、容重以及软化系数。

结合本申请第一方面，在本申请第一方面第二种可能的实现方式中，处理设备构建目标煤矿区域的数据库，包括：

处理设备获取通过现场地应力测试得到的矿区地应力测点数据；

处理设备在矿区地应力测点数据的基础上，采用支持向量回归算法进行反演分析，获取矿区区域地应力分布数据以形成地应力数据库。

结合本申请第一方面第二种可能的实现方式，在本申请第一方面第三种可能的实现方式中，反演分析包括以下处理内容：

将实测地应力作为输入变量带入到最优模型中，输出最优边界条件，并将最优边界条件加到最优模型上再次进行应力计算，得到整个模型及断层的应力状态；

从整个模型及断层的应力状态中选取1500～2000个不同深度的数据点，其中，每个数据点包含三维空间坐标，还包括三个主应力的大小和方向。

结合本申请第一方面，在本申请第一方面第四种可能的实现方式中，处理设备在数据库和三维模型的基础上，构建目标煤矿区域的煤矿透明地质模型和煤矿透明地质模型配套的地质力学信息三维可视化***，包括：

处理设备在数据库和三维模型的基础上，通过空间数据管理技术、对象一关系数据管理技术及属性数据管理技术，构建基于Web3D开发的目标煤矿区域的煤矿透明地质模型和煤矿透明地质模型配套的地质力学信息三维可视化***。

结合本申请第一方面，在本申请第一方面第五种可能的实现方式中，煤矿透明地质模型配置有主界面上的***设置菜单，通过主界面上的***设置菜单提供包括模型的显隐、模型透明度、地表透明度和地下模式的显示场景及其参数的调整设置；

煤矿透明地质模型在场景设置中，通过滑杆调整地表遥感影像的透明程度，或者，通过开启地下模式，以进入内部的方式从下向上的视角进行浏览。

结合本申请第一方面，在本申请第一方面第六种可能的实现方式中，地质力学信息三维可视化***包括力学参数搜索功能、地应力场搜索功能、数据更新功能、统计分析功能、空间查询量算功能以及用户管理功能。

第二方面，本申请提供了一种煤矿透明地质模型的构建装置，煤矿透明地质模型的构建装置包括：

第一构建单元，用于构建目标煤矿区域的数据库，其中，数据库包括围岩力学参数数据库以及地应力数据库；

第二构建单元，用于构建目标煤矿区域的三维模型，其中，三维模型包括三维钻孔模型以及三维地质模型；

第三构建单元，用于在数据库和三维模型的基础上，构建目标煤矿区域的煤矿透明地质模型和煤矿透明地质模型配套的地质力学信息三维可视化***。

第三方面，本申请提供了一种处理设备，包括处理器和存储器，存储器中存储有计算机程序，处理器调用存储器中的计算机程序时执行本申请第一方面或者本申请第一方面任一种可能的实现方式提供的方法。

第四方面，本申请提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有多条指令，指令适于处理器进行加载，以执行本申请第一方面或者本申请第一方面任一种可能的实现方式提供的方法。

从以上内容可得出，本申请具有以下的有益效果：

针对于目标煤矿区域，本申请一方面构建目标煤矿区域的数据库，该数据库包括围岩力学参数数据库以及地应力数据库，另一方面构建目标煤矿区域的三维模型，该三维模型包括三维钻孔模型以及三维地质模型，此时结合该数据库和该三维模型两者，构建目标煤矿区域的煤矿透明地质模型和煤矿透明地质模型配套的地质力学信息三维可视化***，可提供实时调用、显示、存储及曲线分析这些功能，可帮助获得地质力学资料，掌握地应力场的空间展布状态，实现地质力学数据管理、可视化、分析与共享，从而在实际应用中可以良好地指导工程设计和施工，有助于深部开采灾害的精准防治处理，对深部灾害防治及煤炭资源高效安全开采具有较大的应用价值。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请煤矿透明地质模型的构建方法的一种流程示意图；

图2为本申请同时看到地表影像和地下三维地质模型的一种场景示意图；

图3为本申请线搜索的一种场景示意图；

图4为本申请煤矿透明地质模型的构建方法的一种场景示意图；

图5为本申请煤矿透明地质模型的构建方法的又一种场景示意图；

图6为本申请画线剖切结果的一种场景示意图；

图7为本申请画线剖切结果的又一种场景示意图；

图8为本申请画线剖切结果的又一种场景示意图；

图9为本申请画线剖切结果的又一种场景示意图；

图10为本申请煤矿透明地质模型的构建装置的一种结构示意图；

图11为本申请处理设备的一种结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或模块的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或模块，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或模块。在本申请中出现的对步骤进行的命名或者编号，并不意味着必须按照命名或者编号所指示的时间/逻辑先后顺序执行方法流程中的步骤，已经命名或者编号的流程步骤可以根据要实现的技术目的变更执行次序，只要能达到相同或者相类似的技术效果即可。

本申请中所出现的模块的划分，是一种逻辑上的划分，实际应用中实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块可以结合成或集成在另一个***中，或一些特征可以忽略，或不执行，另外，所显示的或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，模块之间的间接耦合或通信连接可以是电性或其他类似的形式，本申请中均不作限定。并且，作为分离部件说明的模块或子模块可以是也可以不是物理上的分离，可以是也可以不是物理模块，或者可以分布到多个电路模块中，可以根据实际的需要选择其中的部分或全部模块来实现本申请方案的目的。

在介绍本申请提供的煤矿透明地质模型的构建方法之前，首先介绍本申请所涉及的背景内容。

本申请提供的煤矿透明地质模型的构建方法、装置以及计算机可读存储介质，可应用于处理设备，用于构建能实时调用、显示、存储及曲线分析这些功能的煤矿透明地质模型及其配套的地质力学信息三维可视化***，如此在实际应用中有助于深部开采灾害的精准防治处理。

本申请提及的煤矿透明地质模型的构建方法，其执行主体可以为煤矿透明地质模型的构建装置，或者集成了该煤矿透明地质模型的构建装置的服务器、物理主机或者用户设备(User Equipment，UE)等不同类型的处理设备。其中，煤矿透明地质模型的构建装置可以采用硬件或者软件的方式实现，UE具体可以为智能手机、平板电脑、笔记本电脑、台式电脑或者个人数字助理(Personal Digital Assistant，PDA)等终端设备，处理设备可以通过设备集群的方式设置。

其中，作为一种具体的实现方式，处理设备具体可以为煤矿工程现场部署的台式主机、笔记本等常见的、方便现场部署的具体硬件设备，或者，处理设备也可以通过云端服务器的方式，在本地的实验室环境中为煤矿工程现场提供远程数据指导。

显然，处理设备的具体设备形式，可以随实际应用中的具体应用需求进行调整，本申请在此不加以限定。

下面，开始介绍本申请提供的煤矿透明地质模型的构建方法。

首先，参阅图1，图1示出了本申请煤矿透明地质模型的构建方法的一种流程示意图，本申请提供的煤矿透明地质模型的构建方法，具体可包括如下步骤S101至步骤S103：

步骤S101，处理设备构建目标煤矿区域的数据库，其中，数据库包括围岩力学参数数据库以及地应力数据库；

可以理解，本申请所涉及的数据处理，是以一个确定的煤矿区域为目标对象展开的，对于当前认定为目标对象的煤矿区域，可以记为目标煤矿区域。

其中，煤矿区域，可以理解为煤矿工程所涉及的区域，其与煤矿资源的开采工作相关，本申请一般是针对需要深部开采的煤矿资源，即，目标煤矿区域为深部开采的煤矿区域。

步骤S101此处所涉及的数据库，通俗来讲，可以理解为目标煤矿区域在力学方面的参数形成，其既可以直接以参数集合的形式体现，也可以是在预设的数据库结构中填充进相关参数得到。

具体的，对于目标煤矿区域的数据库，本申请主要包括两个方面，即，围岩力学参数数据库和地应力数据库。

对于围岩力学数据库，容易理解，就是表征目标煤矿区域围岩力学方面的数据库，类似的，地应力数据库就是表征目标煤矿区域在地应力方面的数据库。

可以理解的是，对于目标煤矿区域的相关模型的构建，本申请认为可以考虑包括围岩力学还有地应力两方面的力学特征，如此可以为后续煤矿透明地质模型的精确构建提供良好的数据依据。

其中，对于地应力，本申请认为，深部开采过程中，实际上灾害的发生只是表象，地应力才是根本驱动因素，因此获取精细化的地应力参数数据，可以为后续煤矿透明地质模型的高精细度带来较大的贡献。

作为一种适于实用的实现方式，在构建此处数据库中的围岩力学数据库的过程中，具体可以通过以下方式实现：

处理设备通过针对目标煤矿区域展开的室内试验处理、支持向量回归优化算法开展反分析处理以及现场收集处理，得到目标煤矿区域的不同参数以形成围岩力学参数数据库，目标煤矿区域的不同参数具体包括不同岩层的编号、岩性、三维坐标、抗压强度、抗拉强度、弹性模量、泊松比、孔隙率、容重以及软化系数等参数。

可以理解的是，对于本申请数据处理所需涉及的相关测量设备，如此处列出的室内试验处理、现场收集处理所需的相关测量设备，既可以包含于处理设备，也可以是以外部设备的形式为处理设备提供工具基础，随实际情况调整即可。

此外，对于围岩力学参数，除了此处列举的不同岩层的编号、岩性、三维坐标、抗压强度、抗拉强度、弹性模量、泊松比、孔隙率、容重以及软化系数，在具体操作中，还可以涉及到其他方面的参数，随实际情况调整即可。

作为又一种适于实用的实现方式，在构建此处数据库中的地应力数据库的过程中，具体可以通过以下方式实现：

处理设备获取现场地应力测试得到的矿区地应力测点数据；

处理设备在矿区地应力测点数据的基础上，采用支持向量回归算法进行反演分析，获取矿区区域地应力分布数据以形成地应力数据库。

可以理解，在地应力方面，本申请则可在实测点(即上述矿区地应力测点数据，一般可以由人工通过应力解除法和流变应力恢复法对现场进行测量得到)的基础上辅以反演分析的方式，来分析目标煤矿区域整体的地应力分布情况，如此得到目标煤矿区域的地应力数据库。

其中，作为一种具体的实现方式，在基于支持向量回归算法进行的反演分析，实际应用中具体可以包括以下处理内容：

将实测地应力作为输入变量带入到最优模型中，输出最优边界条件，并将最优边界条件加到最优模型上再次进行应力计算，得到整个模型及断层的应力状态；

从整个模型及断层的应力状态中选取1500～2000个不同深度的数据点，其中，每个数据点包含三维空间坐标，还包括三个主应力的大小和方向。

可以看出，本申请在此处实施例中采用了二次应力计算的方式来分析地应力分布情况，如此提高地应力的分析精度，并从分析结果即整个模型及断层的应力状态中，选取1500～2000个预设数量的数据点来作为最终反演分析的结果输出。

步骤S102，处理设备构建目标煤矿区域的三维模型，其中，三维模型包括三维钻孔模型以及三维地质模型；

在构建目标煤矿区域的数据库的另一方面，本申请还需要构建目标煤矿区域的三维模型。

应当理解的是，对于数据库和三维模型的构建处理，两者之间并没有特别的限定，既可以先构建数据库再构建三维模型，也可以先构建三维模型再构建数据库，或者还可以同时构建两者，具体可以随实际情况调整，本申请具体在此不做限定。

步骤S102此处所涉及的三维模型，通俗来讲，可以理解为目标煤矿区域在三维结构方面的参数形成，其既可以直接以参数集合的形式体现，也可以是在预设的数据库结构中填充进相关参数得到。

具体的，对于目标煤矿区域的三维模型，本申请主要包括两个方面，即，三维钻孔模型和三维地质模型。

对于三维钻孔模型，容易理解，就是表征目标煤矿区域基于钻孔数据确定的三维结构模型，类似的，三维地质模型就是表征目标煤矿区域基于地质数据确定的三维结构模型。

可以理解的是，对于目标煤矿区域的煤矿透明地质模型的构建，本申请认为可以考虑包括三维钻孔模型还有三维地质模型两方面的三维结构特征，如此可以为后续煤矿透明地质模型的精确构建提供良好的数据依据。

作为又一种适于实用的实现方式，在构建此处三维模型中的三维钻孔模型的过程中，具体可以通过以下方式实现：

基于钻孔柱状图，建立钻孔数据结构模式和全区域需构建地层的标准地层结构模型；

在钻孔数据结构模式和全区域需构建地层的标准地层结构模型的基础上，采用地理信息***(Geographic Information System，GIS)平台二次开发的SECTION软件，建立三维钻孔数字模型。

可以理解，钻孔柱状图为描述钻孔穿过岩层的层性、厚度、岩性、结构构造和接触关系、地下水取样和试验、钻孔结构和钻进等情况而编制的工程地质图，其作为输入数据，供后续钻孔数据结构模式、全区域需构建地层的标准地层结构模型和GIS平台二次开发的SECTION软件的数据处理使用。

作为又一种适于实用的实现方式，在构建此处三维模型中的三维地质模型的过程中，具体可以通过以下方式实现：

基于GIS平台、钻孔插值拟合算法及界面约束算法，建立矿区各地层三维地质三角网格模型；

基于QuantyView(现有的三维可视化平台)的三维地质建模软件，联合各地层三维地质三角网格模型，构建所有地层的三维地质模型。

对于此处基于上述算法或者工具进行处理的数据源，可以理解为根据前期对矿区钻孔数据的收集以及整理，再结合矿区平面分布形式所选取出来的。

其中，本申请可以对钻孔数据进行分类整理，建立钻孔定位表、钻孔岩性表和钻孔轨迹表，从而基于三者建立钻孔数据库供数据使用。

又作为一个实例，具体可以根据前期收集的地质资料，分析处理有效钻孔，根据厘定的本地区的标准地层对这些钻孔进行了标准化处理，处理后每个钻孔都含有标准地层的分界点，对于某个钻孔缺失的地层，该层按照厚度为0处理。

可以理解，此处实施例中，采用了两层建模机制，先通过GIS平台、钻孔插值拟合算法及界面约束算法三者来构建目标煤矿区域各地层三维地质三角网格模型，再通过QuantyView的三维地质建模软件进行联合处理，获得表征目标煤矿区域整体的、所有地层的三维地质模型。

步骤S103，处理设备在数据库和三维模型的基础上，构建目标煤矿区域的煤矿透明地质模型和煤矿透明地质模型配套的地质力学信息三维可视化***。

可以理解，在完成了数据库和三维模型这两个方面的准备工作后，则可基于两者，构建目标煤矿区域的煤矿透明地质模型和煤矿透明地质模型配套的地质力学信息三维可视化***。

其中，煤矿透明地质模型还是从结构模型的角度来处理的，其以透明化为目标，表征有具有良好可视化条件的目标煤矿区域的力学特征和三维结构特征，而地质力学信息三维可视化***则可基于与煤矿透明地质模型相配套的条件下，为向用户提供的查询服务所构建的查询***，其查询服务具体可以查询目标煤矿区域特定位置范围内的力学特征和三维结构特征，此外还可提供目标煤矿区域其他方面甚至应用***本身的数据的查询。

可以理解，在现有技术中，现有研究主要针对具体工况建立数学与有限元模型，进而通过模拟计算分析得到区域应力场，使用这一方法会导致区域地应力场的反演结果普适性不强且难于被现场工程技术人员所使用，相较之下，通过本申请构建的煤矿透明地质模型和煤矿透明地质模型配套的地质力学信息三维可视化***，显然，普适性较佳，且更便于用户的应用。

作为又一种具体的实现方式，此处目标煤矿区域的煤矿透明地质模型和煤矿透明地质模型配套的地质力学信息三维可视化***的构建过程中，具体可以包括以下内容：

处理设备在数据库和三维模型的基础上，通过空间数据管理技术、对象一关系数据管理技术及属性数据管理技术，构建基于Web3D开发的目标煤矿区域的煤矿透明地质模型和煤矿透明地质模型配套的地质力学信息三维可视化***。

可以看出，本申请在此处实施例进行具体处理的过程中，融合了空间数据管理技术、对象一关系数据管理技术、属性数据管理技术和Web3D开发四者，如何构建出可视化和方便查询的煤矿透明地质模型和煤矿透明地质模型配套的地质力学信息三维可视化***。

其中，对于煤矿透明地质模型，作为又一种适于实用的实现方式，煤矿透明地质模型配置有主界面上的***设置菜单，通过主界面上的***设置菜单提供包括模型的显隐、模型透明度、地表透明度和地下模式的显示场景及其参数的调整设置；

进一步的，由于从空间位置来讲三维地质模型在地表遥感影像之下，因此正常情况下，在地上视角下是看不到三维地质模型的，为了既能看到地表又能看到三维地质模型，可在煤矿透明地质模型在场景设置中，通过滑杆调整地表遥感影像的透明程度，或者，通过开启地下模式，以进入内部的方式从下向上的视角进行浏览，从而可以同时看到地表影像和地下三维地质模型，具体可以参考图2示出的本申请同时看到地表影像和地下三维地质模型的一种场景示意图。

进一步的，作为又一种具体的实现方式，煤矿透明地质模型还可具有画线剖切分析功能，该功能主要为：

在地表遥感影像上根据需要任意绘制一条剖面线，利用三维地质模型的信息，自动绘制该剖面线对应的剖面图。

对于画线剖切分析，可以理解，为本申请的一个特色功能，使用该功能时，用户只需要地表遥感影像上根据需要任意绘制一条剖面线，***会利用三维地质模型的信息，自动绘制该剖面线对应的剖面图，与传统绘制剖面图的方式相比，该方式具有效率高，使用方便的优点。

作为又一个实例，在地质模型画线剖切结果图中，可以将鼠标移动到任意地层上，能够高亮显示该地层并展示所有地层在当前位置的厚度；拖动地质剖面分析图右侧的垂直滑杆，还能够动态调节地质剖面分析图的显示范围，从而实现地质剖面分析图的局部查询功能。

可以理解，此处实施例可以由用户根据自身需要自由进行剖切，如此可以获取精细化的地层、巷道等数据。

进一步的，作为又一种具体的实现方式，煤矿透明地质模型还可具有全矿区巷道和主要断层的空间查询功能，该功能主要为：

通过菜单栏三维模型，模型设置，点击勾选巷道(断层)模型后，区域内仅显示矿区主要巷道(断层)；

作为又一个实例，可以默认地质模型、断层模型和巷道模型都为显示状态且模型的透明程度都为0％，即不透明状态，在该情况下，可以点击“模型显示”切换按钮控制模型的显示和隐藏，可拖动“透明程度”滑块来调整模型的透明程度，从而实现了更加灵活、更加直观的空间查询效果，满足了各种不同的查询需求。

可以理解，此处实施例可以细化查询对象，如此提供了更为细腻的空间查询效果。

进一步的，作为又一种具体的实现方式，煤矿透明地质模型还可具有模型属性拾取功能，该功能主要为：

在模型显示的情况下，点击″三维模型″菜单下的″属性拾取″子菜单后，点击地质模型即可完成地层的岩性、相关力学参数等信息的查询；点击巷道模型，即可获得巷道的名称、起终点三维坐标等信息；点击断层模型，即可从右上角弹出的窗口中得到断层的名称、厚度、空间坐标等信息。

在该空间查询设置下，可以查看三维地质模型中不同岩层的信息和其对应的岩石力学参数信息。

可以理解，此处实施例可以自动显示可以供查询的模型属性，如此可以以主动提醒的方式促使用户进行更为精细的查询服务。

对于地质力学信息三维可视化***，作为又一种适于实用的实现方式，地质力学信息三维可视化***包括力学参数搜索功能、地应力场搜索功能、数据更新功能、统计分析功能、空间查询量算功能以及用户管理功能。

对于力学参数搜索功能，主要可以包括以下几个功能：

(1)实时查询任一地层的力学参数属性；

(2)具备数据录入与删除功能；

(3)通过点检索、点坐标检索、线检索和线坐标检索的方式实时查询任意位置的围岩力学参数；

(4)具备数据统计功能。

对于(1)，力学参数搜索功能可以实时查询任一地层的力学参数，作为又一种具体的实现方式，该功能主要为：

点击″力学参数″菜单栏，选择″属性拾取″后，点击对应地层，即可显示该地层所有数据点的平均值。

作为又一个实例，对于具有一定权限的用户，可以进行岩石力学参数信息的更改，***可以将数据库中现有的信息和新录入的数据取平均值作为对应的新值更新到数据库中。

进一步地，对于(2)，作为又一种具体的实现方式，该功能主要为：

点击″力学参数″窗口下的″新增″按钮，填写新的岩石力学参数信息后点击“确定”按钮即可新增一条岩石力学参数信息；

在该机制下，岩石力学参数记录窗口下能够对单个岩石力学参数信息进行编辑和删除，通过数据的不断更新，一定程度上确保了***的先进性和可参考性。

进一步地，对于(3)，作为又一种具体的实现方式，其涉及数据检索功能，具体可以包括点搜索、点坐标搜索、线搜索和线坐标搜索的方式，以此可以实时查询任意位置的围岩力学参数，具体的：

点检索的操作方式为：点击″力学参数″下的子菜单″数据检索″，点击″点搜索″，移动鼠标并点击任一位置，即可得到以该点为圆心，缓冲区半径值为半径的圆形区域内所有测点的力学参数信息；

线搜索的操作方式为：点击″线搜索″，在区域内移动鼠标画出一条折线，调整缓冲区半径，即可获得该线两侧，缓冲区半径值范围内所有测点对应的参数信息，具体可以参考图3示出的本申请线搜索的一种场景示意图；

在该检索功能下，可以看出，显著增加了检索方式的多样性，用户可以根据自己的需求选择合适的方式进行检索，从而得到更为清晰直观的数据。

进一步地，对于(4)，作为又一种具体的实现方式，该功能主要为：

点击″力学参数″菜单下的″统计分析″子菜单后，会弹出岩石力学参数统计分析窗口，从而获得地层信息统计的柱状图、煤层占比的饼状图、当前煤层的顶底板信息等。

在该统计分析功能下，能够更加快速便捷地得到地层的统计信息，且统计的信息更加详细全面。

对于地应力场搜索功能，主要可以包括以下几个功能：

(1)矿区内区域三向主应力云图显示与查询功能；

(2)任意剖面地应力云图查询与显示功能；

(3)地应力搜索功能，包括线搜索、点搜索、点坐标搜索；

(4)空间任意一点地应力的查询与显示功能。

进一步地，对于(1)，作为又一种具体的实现方式，该功能主要为：

点击***菜单栏地应力场，选择任一主应力后，***提示关闭地质力学模型，即可出现矿区第一主应力云图显示模式。

进一步地，对于(2)，作为又一种具体的实现方式，该功能主要为：

点击地应力场菜单后，可以通过输入横剖面深度的方式得到任意剖面的地应力云图，也可以通过纵剖面查询的方式得到任意纵剖面的云图。

进一步地，对于(3)，作为又一种具体的实现方式，该功能主要为：

点坐标搜索方法为：选择″点坐标搜索″，输入待获取信息附近位置的坐标值，获得该点的地应力数据。

进一步地，对于(4)，作为又一种具体的实现方式，该功能主要为：

通过采用点击交互式显示模式，在空间内任意点击某一点，即可显示该点的三向主应力大小。

通过采用点击交互式显示模式，输入任意点三维空间坐标，实现查询。

对于数据更新功能，作为又一种具体的实现方式，该功能主要为：

资料汇交分为钻孔基本信息、地应力数据和围岩力学参数录入3个子模块，不同模块的数据录入方式均分为界面录入和批量录入两种模式。

对于统计分析功能，作为又一种具体的实现方式，该功能主要为：

对整个矿区地层和煤层信息进行统计分析。

对于空间查询量算功能，作为又一种具体的实现方式，该功能主要为：

实现三维空间的长度、面积、高程信息的三维量算

对于用户管理功能，作为又一种具体的实现方式，该功能主要为：

设置了3个层次的用户，不同角色的用户具有不同的权限，其中：

工程师用户只具有三维模型、岩石力学参数、地应力等信息的读取查看权限；

总工用户具有岩石力学参数、地应力信息的更新权限；

管理员用户具有审核用户、管理用户、录入数据的权限。

从以上实施例内容可看出，针对于目标煤矿区域，本申请一方面构建目标煤矿区域的数据库，该数据库包括围岩力学参数数据库以及地应力数据库，另一方面构建目标煤矿区域的三维模型，该三维模型包括三维钻孔模型以及三维地质模型，此时结合该数据库和该三维模型两者，构建目标煤矿区域的煤矿透明地质模型和煤矿透明地质模型配套的地质力学信息三维可视化***，可提供实时调用、显示、存储及曲线分析这些功能，可帮助获得地质力学资料，掌握地应力场的空间展布状态，实现地质力学数据管理、可视化、分析与共享，从而在实际应用中可以良好地指导工程设计和施工，有助于深部开采灾害的精准防治处理，对深部灾害防治及煤炭资源高效安全开采具有较大的应用价值。

为便于理解以上内容，本申请还可结合实际应用中的一组实例进行更为形象化的说明。

在图4、图5分别示出的本申请煤矿透明地质模型的构建方法的场景示意图的基础上，下面内容利用巷道虚拟开挖实例，从用户角度出发，对本申请的主要操作功能作进一步详细说明，在此处实施例中，拟在矿区新建某条巷道，具体可以涉及以下内容：

1.1)首先在“模型设置”中设置地质模型为显示状态，再点击“应力分析”，在下拉框中选择主应力，再点击“上传文件”选择地应力数据文件；

1.2)点击“虚拟开挖”，在弹出的“参数设置”窗口中设置“起点经度”、“起点纬度”等信息，点击“确认”即可完成虚拟开挖操作；

1.3)新建完成后，利用矿区内区域三向主应力云图显示与查询功能，对虚拟巷道的主应力大小和方向进行查询；

点击***菜单栏地应力场，选择主应力σ₁后，即可出现矿区第一主应力云图显示模式，从中可获取第一主应力的大小和方向及其与巷道轴线的相关关系等信息，查询σ₂和σ₃的方式相同。

1.4)利用任意剖面地应力云图查询与显示功能，对巷道的任意横纵剖面的地应力数据进行查询；

点击地应力场菜单后，输入横剖面的深度为1000m，得到该区域内地下深度为1000m的横剖面的地应力云图，可以查询到该剖面上地应力的大小和方向。

1.5)利用地应力搜索功能，对开挖巷道范围内的应力进行查询；

通过线搜索方式，在巷道区域内画线，调整缓冲区半径至50m，进而得到线两侧50m范围内所有测点的地应力信息。

1.6)利用空间任意一点地应力的查询与显示功能，查询巷道周围点的地应力信息；

通过采用点击交互式显示模式，在空间内任意点击某一点或者输入点的三维空间坐标，如(200m，300m，560m)，即可显示该点的三向主应力大小。

2)利用煤矿透明地质模型的功能，对新建的虚拟巷道进行操作：

2.1)通过主界面上的***设置菜单进行包括模型的显隐、模型透明度、地表透明度和地下模式的显示场景及其参数的调整设置；

默认情况下地质模型、断层模型和巷道模型都为显示状态且模型的透明程度都为0％，即不透明状态；

通过滑块将模型的透明程度调整为50％，此时，巷道边界线显示，中间实体部分为半透明状态，可同时看到地表影像和巷道模型；

点击″模型显示″切换按钮控制模型的显示和隐藏，只能看到巷道模型的边界线，巷道中间部分变为透明状态，此时地表影像清晰可见。

2.2)利用画线剖切分析功能，在地表遥感影像上绘制一条剖面线；

在地质模型上选择画线起点和画线终点绘制剖面线，参考图6示出的本申请画线剖切结果的一种场景示意图，可以看出，能够获得同样开挖坐标条件下新建巷道所经过的地层信息；

将鼠标移动到任意地层上能够高亮显示该地层并展示所有地层在当前位置的厚度，参考图7示出的本申请画线剖切结果的又一种场景示意图，将鼠标移动到地层为″0203泥岩″，该地层在当前位置的厚度为193.135m；

拖动地质剖面分析图右侧的垂直滑杆能够动态调节地质剖面分析图的显示范围，从而实现地质剖面分析图的局部查询功能，参考图8示出的本申请画线剖切结果的又一种场景示意图，其为将滑杆拖动到-832.3m～-782.3m范围内的效果；

参考图9示出的本申请画线剖切结果的又一种场景示意图，通过调节垂直滑杆，***会自动生成其所经历的地层，也可以获得具体的地层信息，包括岩层相关关系、倾角、厚度等信息。

2.3)利用全矿区巷道和主要断层的空间查询功能，查询其余巷道与新建巷道的空间位置关系；

通过菜单栏″三维模型″，点击″模型设置″，点击勾选巷道模型后，区域内仅显示矿区主要巷道，此时可观察到新建巷道的空间分布形式及其与其它巷道的空间关系。

2.4)利用模型属性拾取功能，查询新建巷道模型相关信息查询；

在模型显示的情况下，点击″三维模型″菜单下的子菜单″属性拾取″，点击巷道模型，即可获得巷道的名称、起终点三维坐标等信息。

3)利用力学参数搜索功能，对新建的虚拟巷道进行操作：

3.1)利用力学参数属性拾取功能，即，实时查询任一地层的力学参数属性的功能，获取地层数据点的平均值；

点击″力学参数″菜单栏，选择″属性拾取″后，鼠标左键点击对应地层，如选择″0203泥岩″，即可弹出该泥岩地层的岩石力学参数，显示该地层所有数据点的平均值。

3.2)利用数据录入与删除的功能，添加或删除地层信息；

若巷道范围内需要添加新的地层，则点击″力学参数″窗口下的″新增″按钮，填写新的岩石力学参数信息后，如添加″0502砂质泥岩″，将该砂质泥岩的编号、岩性等参数全部录入，点击“确定”按钮即可新增一条岩石力学参数信息；

点击岩石力学参数窗口下的“浏览”按钮，可查询该地层的所有岩石力学参数记录，在岩石力学参数记录窗口下可以对多余的单个岩石力学参数信息进行编辑和删除操作。

3.3)利用数据检索功能，即，通过点检索等方式实时查询任意位置的围岩力学参数的功能，对巷道所在地层岩石力学参数信息进行查询；

采用点检索的操作方式，移动鼠标并点击任一位置，调整缓冲区半径为200m，即可得到以该点为圆心，半径为200m的圆形区域内所有测点的力学参数信息；

3.4)利用数据统计功能，得到巷道范围内煤层相关信息；

点击″力学参数″菜单下的″统计分析″子菜单后，可获得所有地层、煤层和有参地层的数量、所有开采煤层的占比等信息；

4)利用空间查询量算功能，对巷道进行以下操作：

4.1)点击空间量算菜单中的线段按钮后，点击鼠标左键选取距离量算起点，再点击鼠标左键选取距离量算终点，可用来量算新建巷道的长度、宽度和高度等距离；

4.2)点击空间量算菜单中的矩形按钮后，点击鼠标左键选取若干个面积量算点后，双击鼠标左键结束选取面积量算点，通过面积量算可以完成新建巷道模型占据的面积大小，以上量算可有效指导工程设计。

以上是本申请提供煤矿透明地质模型的构建方法的介绍，为便于更好的实施本申请提供的煤矿透明地质模型的构建方法，本申请还从功能模块角度提供了一种煤矿透明地质模型的构建装置。

参阅图10，图10为本申请煤矿透明地质模型的构建装置的一种结构示意图，在本申请中，煤矿透明地质模型的构建装置1000具体可包括如下结构：

第一构建单元1001，用于构建目标煤矿区域的数据库，其中，数据库包括围岩力学参数数据库以及地应力数据库；

第二构建单元1002，用于构建目标煤矿区域的三维模型，其中，三维模型包括三维钻孔模型以及三维地质模型；

第三构建单元1003，用于在数据库和三维模型的基础上，构建目标煤矿区域的煤矿透明地质模型和煤矿透明地质模型配套的地质力学信息三维可视化***。

在又一种示例性的实现方式中，第一构建单元1001，具体用于：

通过针对目标煤矿区域展开的室内试验处理、支持向量回归优化算法开展反分析处理以及现场收集处理，得到目标煤矿区域的不同参数以形成围岩力学参数数据库，目标煤矿区域的不同参数具体包括不同岩层的编号、岩性、三维坐标、抗压强度、抗拉强度、弹性模量、泊松比、孔隙率、容重以及软化系数。

在又一种示例性的实现方式中，第一构建单元1001，具体用于：

获取现场地应力测试得到的矿区地应力测点数据；

在矿区地应力测点数据的基础上，采用支持向量回归算法进行反演分析，获取矿区区域地应力分布数据以形成地应力数据库。

在又一种示例性的实现方式中，反演分析包括以下处理内容：

将实测地应力作为输入变量带入到最优模型中，输出最优边界条件，并将最优边界条件加到最优模型上再次进行应力计算，得到整个模型及断层的应力状态；

从整个模型及断层的应力状态中选取1500～2000个不同深度的数据点，其中，每个数据点包含三维空间坐标，还包括三个主应力的大小和方向。

在又一种示例性的实现方式中，第三构建单元1003，具体用于：

在数据库和三维模型的基础上，通过空间数据管理技术、对象一关系数据管理技术及属性数据管理技术，构建基于Web3D开发的目标煤矿区域的煤矿透明地质模型和煤矿透明地质模型配套的地质力学信息三维可视化***。

在又一种示例性的实现方式中，煤矿透明地质模型配置有主界面上的***设置菜单，通过主界面上的***设置菜单提供包括模型的显隐、模型透明度、地表透明度和地下模式的显示场景及其参数的调整设置；

煤矿透明地质模型在场景设置中，通过滑杆调整地表遥感影像的透明程度，或者，通过开启地下模式，以进入内部的方式从下向上的视角进行浏览。

在又一种示例性的实现方式中，地质力学信息三维可视化***包括力学参数搜索功能、地应力场搜索功能、数据更新功能、统计分析功能、空间查询量算功能以及用户管理功能。

本申请还从硬件结构角度提供了一种处理设备，参阅图11，图11示出了本申请处理设备的一种结构示意图，具体的，本申请处理设备可包括处理器1101、存储器1102以及输入输出设备1103，处理器1101用于执行存储器1102中存储的计算机程序时实现如图1对应实施例中煤矿透明地质模型的构建方法的各步骤；或者，处理器1101用于执行存储器1102中存储的计算机程序时实现如图10对应实施例中各单元的功能，存储器1102用于存储处理器1101执行上述图1对应实施例中煤矿透明地质模型的构建方法所需的计算机程序。

示例性的，计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，一个或者多个模块/单元被存储在存储器1102中，并由处理器1101执行，以完成本申请。一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述计算机程序在计算机装置中的执行过程。

处理设备可包括，但不仅限于处理器1101、存储器1102、输入输出设备1103。本领域技术人员可以理解，示意仅仅是处理设备的示例，并不构成对处理设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如处理设备还可以包括网络接入设备、总线等，处理器1101、存储器1102、输入输出设备1103等通过总线相连。

处理器1101可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，处理器是处理设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个设备的各个部分。

存储器1102可用于存储计算机程序和/或模块，处理器1101通过运行或执行存储在存储器1102内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器1102内的数据，实现计算机装置的各种功能。存储器1102可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作***、至少一个功能所需的应用程序等；存储数据区可存储根据处理设备的使用所创建的数据等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(SecureDigital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

处理器1101用于执行存储器1102中存储的计算机程序时，具体可实现以下功能：

构建目标煤矿区域的数据库，其中，数据库包括围岩力学参数数据库以及地应力数据库；

构建目标煤矿区域的三维模型，其中，三维模型包括三维钻孔模型以及三维地质模型；

在数据库和三维模型的基础上，构建目标煤矿区域的煤矿透明地质模型和煤矿透明地质模型配套的地质力学信息三维可视化***。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的煤矿透明地质模型的构建装置、处理设备及其相应单元的具体工作过程，可以参考如图1对应实施例中煤矿透明地质模型的构建方法的说明，具体在此不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解，上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤可以通过指令来完成，或通过指令控制相关的硬件来完成，该指令可以存储于一计算机可读存储介质中，并由处理器进行加载和执行。

为此，本申请提供一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，该指令能够被处理器进行加载，以执行本申请如图1对应实施例中煤矿透明地质模型的构建方法的步骤，具体操作可参考如图1对应实施例中煤矿透明地质模型的构建方法的说明，在此不再赘述。

其中，该计算机可读存储介质可以包括：只读存储器(Read Only Memory，ROM)、随机存取记忆体(Random Access Memory，RAM)、磁盘或光盘等。

由于该计算机可读存储介质中所存储的指令，可以执行本申请如图1对应实施例中煤矿透明地质模型的构建方法的步骤，因此，可以实现本申请如图1对应实施例中煤矿透明地质模型的构建方法所能实现的有益效果，详见前面的说明，在此不再赘述。

以上对本申请提供的煤矿透明地质模型的构建方法、装置、设备以及计算机可读存储介质进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种煤矿透明地质模型的构建方法，其特征在于，所述煤矿透明地质模型的构建方法包括：

处理设备构建目标煤矿区域的数据库，其中，所述数据库包括围岩力学参数数据库以及地应力数据库；

所述处理设备构建所述目标煤矿区域的三维模型，其中，所述三维模型包括三维钻孔模型以及三维地质模型；

所述处理设备在所述数据库和所述三维模型的基础上，构建所述目标煤矿区域的煤矿透明地质模型和所述煤矿透明地质模型配套的地质力学信息三维可视化***。

2.根据权利要求1所述的煤矿透明地质模型的构建方法，其特征在于，所述处理设备构建所述目标煤矿区域的数据库，包括：

所述处理设备通过针对所述目标煤矿区域展开的室内试验处理、支持向量回归优化算法开展反分析处理以及现场收集处理，得到所述目标煤矿区域的不同参数以形成所述围岩力学参数数据库，所述目标煤矿区域的不同参数具体包括不同岩层的编号、岩性、三维坐标、抗压强度、抗拉强度、弹性模量、泊松比、孔隙率、容重以及软化系数。

3.根据权利要求1所述的煤矿透明地质模型的构建方法，其特征在于，所述处理设备构建所述目标煤矿区域的数据库，包括：

所述处理设备获取现场地应力测试得到的矿区地应力测点数据；

所述处理设备在所述矿区地应力测点数据的基础上，采用支持向量回归算法进行反演分析，获取矿区区域地应力分布数据以形成所述地应力数据库。

4.根据权利要求3所述的煤矿透明地质模型的构建方法，其特征在于，所述反演分析包括以下处理内容：

将实测地应力作为输入变量带入到最优模型中，输出最优边界条件，并将所述最优边界条件加到所述最优模型上再次进行应力计算，得到整个模型及断层的应力状态；

从所述整个模型及断层的应力状态中选取1500～2000个不同深度的数据点，其中，每个数据点包含三维空间坐标，还包括三个主应力的大小和方向。

5.根据权利要求1所述的煤矿透明地质模型的构建方法，其特征在于，所述处理设备在所述数据库和所述三维模型的基础上，构建所述目标煤矿区域的煤矿透明地质模型和所述煤矿透明地质模型配套的地质力学信息三维可视化***，包括：

所述处理设备在所述数据库和所述三维模型的基础上，通过空间数据管理技术、对象-关系数据管理技术及属性数据管理技术，构建基于Web3D开发的所述目标煤矿区域的煤矿透明地质模型和所述煤矿透明地质模型配套的地质力学信息三维可视化***。

6.根据权利要求1所述的煤矿透明地质模型的构建方法，其特征在于，所述煤矿透明地质模型配置有主界面上的***设置菜单，通过所述主界面上的***设置菜单提供包括模型的显隐、模型透明度、地表透明度和地下模式的显示场景及其参数的调整设置；

所述煤矿透明地质模型在场景设置中，通过滑杆调整地表遥感影像的透明程度，或者，通过开启地下模式，以进入内部的方式从下向上的视角进行浏览。

7.根据权利要求1所述的煤矿透明地质模型的构建方法，其特征在于，所述地质力学信息三维可视化***包括力学参数搜索功能、地应力场搜索功能、数据更新功能、统计分析功能、空间查询量算功能以及用户管理功能。

8.一种煤矿透明地质模型的构建装置，其特征在于，所述煤矿透明地质模型的构建装置包括：

第一构建单元，用于构建目标煤矿区域的数据库，其中，所述数据库包括围岩力学参数数据库以及地应力数据库；

第二构建单元，用于构建所述目标煤矿区域的三维模型，其中，所述三维模型包括三维钻孔模型以及三维地质模型；

第三构建单元，用于在所述数据库和所述三维模型的基础上，构建所述目标煤矿区域的煤矿透明地质模型和所述煤矿透明地质模型配套的地质力学信息三维可视化***。

9.一种处理设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器调用所述存储器中的计算机程序时执行如权利要求1至7任一项所述的方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有多条指令，所述指令适于处理器进行加载，以执行权利要求1至7任一项所述的方法。

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