吴亚斌

(长沙矿山研究院有限责任公司， 湖南长沙 410012)

0 引言

目前，矿山已广泛应用数值模拟研究矿体开采顺序和采场结构参数，以及复杂的岩石力学问题，但由于矿山地质条件的复杂性，以及开采过程的多样性，导致数值模拟软件建立的模型很难接近实际情况［1］;地质建模软件提供了强大的矿山信息化，以及相应的矿山开采设计功能。应用地质建模软件建立数值计算模型，可以减少矿山大范围岩石力学数值模拟的复杂性，提高模型的准确性，以及具有快速建立计算模型的能力，可以模拟研究矿体在开采过程中遇到的岩石力学问题［2-3］。

因此，本文以建模软件SURPAC和数值计算软件FLAC3D为例，研究三维地质模型快速转化为数值计算模型的原理和实现过程。

1 模型转换原理与实现

FLAC3D中计算模型的基础单元主要有四面体和六面体，SURPAC中模型基础单元为六面体，主要用于计算储量，通过实体模型的约束区分岩层边界和反应空区形态。可以对每个单元块赋值，其岩性和力学参数可以真实反应在每一个单元块［4］。

1.1 模型基本单元

SURPAC块体模型是一个可包含地质品位和力学参数的数据库，模型的基础单元为规则六面体。块体模型的建立过程如图1所示。

块体模型建立:为了方便模型在FLAC3D中施加边界条件，取方位角、倾角、倾伏角都为零，基单元块大小的选择主要考虑模型范围和总单元数量的控制，对于岩性边界的描述尽可能采用小尺寸单元体，可以相对准确表达岩性边界。

图1 块体模建立过程

1.2 模型转换

模型转换的过程是在FLAC3D中直接应用SUPAC块体模型，因此，必须将SURPAC模型数据库进行数据格式的改变，形成FLAC3D可以接受的，能自动形成的模型数据。其中SURPAC软件中基本单元输出格式中X，Y，Z为基本单元体中心坐标;SIZE(X)，SIZE(Y)，SIZE(Z)分别为单元体的边长。图2为FLAC3D中转换的基础六面体单元，其中P0－P7为节点顺序。

图2 单元体

以六面体单元为基础实现模型数据的转换，转换原理分析［5］:

(1)根据质心点坐标和六面体边长计算出P0—P7节点的X，Y，Z坐标;

(2)节点和单元进行编号，定义单元间的位置关系;

(3)定义每个单元的属性，对属性相同的单元进行分组。

1.3 SQL语言实现模型自动生成方法

在SURPAC软件中完成地质体的块体模型建立，导出模型数据，并将数据用ACCESS数据库导入，依据上述原理分析编写了数据库SQL查询语言来实现转换，执行SQL查询语言形成新的数据表，将数据导出，调入FLAC3D软件中形成计算模型［6］。

2 应用实例

应用SURPAC软件建立了矿体地质模型和采空区模型(见图3)，根据本文前期所述对模型进行赋值，导出块体模型，在ACCESS数据库中采用SQL语言进行转换，形成FLAC3D可以接受的模型(见图4)，其中岩性和采空区用不同的group区分［7-8］。

图3 SURPAC块体模型

3 结论

应用地质建模软件构建数值计算模型，可以减少矿山大范围岩石力学数值模拟的复杂性，提高模型的准确性，以及具有快速建立计算模型的能力。适合对在厚大矿体回采顺序和采场结构参数应用中遇到的岩石力学问题进行研究，该模型转换对于类似的研究应用具有一定的参考价值。

图4 FLAC3D地质模型

［1］侯恩科，吴立新，等.三维地学模拟与数值模拟的耦合方法研究［J］.煤炭学报，2002，27(4):388-392.

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［3］胡 斌，张倬元，黄润秋，等.FLAC3D前处理程序的开发及仿真效果检验［J］.岩石力学与工程学报，2002，21(9).

［4］Itasca Consulting Group，Inc，Fast Language Analysis of continua in three dimensions.Itasca Consulting Group，Inc，1997.

［5］SURPAC Vision软件用户使用手册(第四版)［M］.SURPAC Software International国际软件公司发行，2000.

［6］萨师煊.数据库系统概论［M］.北京:高等教育出版社，1984.

［7］李廷春，李术才，邱祥波.三维快速拉格朗日法在安全顶板厚度研究中的应用［J］.岩土力学，2004，25(6):935-939.

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