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第1章 数字矿山的基本知识 1

1．1 数字矿山的起源 1

1．1．1 数字地球与数字矿山 1

1．1．2 矿山空间数据基础设施 2

1．1．3 矿山信息化与数字化 3

1．2 数字矿山的发展 6

1．2．1 数字矿山的科技发展 6

1．2．2 数字矿山的教育发展 8

1．3 数字矿山的内涵 9

1．3．1 数字矿山的概念 9

1．3．2 数字矿山的特性 9

1．3．3 数字矿山的特征 10

1．3．4 数字矿山的功能 12

1．4 数字矿山的体系 13

1．4．1 数字矿山的内核 13

1．4．2 数字矿山的框架 14

1．4．3 数字矿山的结构 15

1．4．4 数字矿山的关键技术 15

1．5 数字矿山的建设 17

1．5．1 数字矿山的建设目标 17

1．5．2 数字矿山的建设任务 18

1．5．3 数字矿山建设的阶段性 19

本章练习 21

第2章 矿区资源环境信息获取与处理 22

2．1 矿区资源环境信息概述 22

2．1．1 矿区资源环境信息的概念及特征 22

2．1．2 矿产与土地资源信息 23

2．1．3 矿区生态环境信息 24

2．1．4 矿区地质构造信息 25

2．2 地球探测信息技术 28

2．2．1 重力勘探 28

2．2．2 磁法勘探 29

2．2．3 电法勘探 30

2．2．4 地震勘探 32

2．2．5 地球化学勘探 33

2．3 遥感技术 34

2．3．1 遥感找矿技术 34

2．3．2 遥感图像处理技术 38

2．4 矿山采场条件探测 42

2．4．1 采区三维地震技术 42

2．4．2 井中勘探与物探技术 43

2．5 矿体品位与储量矿量估算 45

2．5．1 矿体单元划分 45

2．5．2 矿体品位估算 46

2.5．3 储量与矿量估算 49

上机实习一：遥感找矿与矿区环境遥感分析 51

本章练习 51

第3章 矿山空间信息获取、处理与制图 52

3．1 矿山空间信息获取 52

3．1．1 水准仪经纬仪测量 52

3．1．2 全站仪数字化测图 55

3．1．3 三维激光扫描 57

3．1．4 GPS测量 59

3．1．5 摄影测量 60

3．1．6 雷达遥感测量 62

3．2 矿山空间数据处理 63

3．2．1 数据处理概述 63

3．2．2 GPS数据处理 64

3．2．3 摄影测量数据处理 66

3．2．4 遥感数据处理 67

3．2．5 变形监测数据处理 69

3．3 矿图制图 71

3．3．1 矿图的种类与作用 71

3．3．2 基于CAD的矿图制图 76

3．3．3 基于GIS的矿图制图 77

上机实习二：多专题图层叠加分析与矿图制作 80

本章练习 80

第4章 矿山生产与安全信息收集及分析 81

4．1 矿山生产信息 81

4．1．1 矿山生产信息分类 81

4．1．2 人员与设备的定位 82

4．1．3 采矿设备的工况监测 84

4．2 矿山安全信息 85

4．2．1 矿山安全信息分类与管理 85

4．2．2 瓦斯与粉尘的数字监测 87

4．2．3 矿压与温度的数字监测 89

4．3 矿山安全分析与预警 91

4．3．1 矿山安全监控系统 91

4．3．2 矿山安全分析技术 92

4．3．3 矿山安全预警模型 93

本章练习 95

第5章 矿山信息集成管理与共享利用 96

5．1 矿山信息集成框架 96

5．1．1 矿山信息集成的空间框架 96

5．1．2 矿山信息集成的时间框架 100

5．2 矿山信息管理与更新 100

5．2．1 矿山信息资源整合与规划 100

5．2．2 矿山信息的管理模式 102

5．2．3 矿山信息的更新方式 104

5．3 矿山信息分类与编码 105

5．3．1 矿山信息的分类 105

5．3．2 矿山信息的分类编码 105

5．3．3 矿山信息的空间编码 108

5．4 矿山空间信息的查询与共享 111

5．4．1 矿山空间信息的查询模式 111

5．4．2 矿山信息的共享利用 111

5．5 矿山数据挖掘与知识发现 114

5．5．1 可挖掘的矿山知识与作用 114

5．5．2 矿山数据的挖掘模式与方法 115

5．5．3 煤与瓦斯突出预测中的应用 117

本章练习 118

第6章 矿山信息集成建模与可视化 119

6．1 矿山地形的三维建模 119

6．1．1 概述 119

6．1．2 矿山地形的不规则三角网建模 120

6．1．3 矿山地形的规则网格建模 124

6．2 矿山地质的三维建模 125

6．2．1 三维地质建模的模型分类 125

6．2．2 基于面元模型的三维地质建模 126

6．2．3 基于体元模型的三维地质建模 127

6．2．4 基于混合模型的三维地质建模 131

6．3 井巷工程的三维建模 133

6．3．1 井巷工程特征与三维建模要求 133

6．3．2 井巷工程三维建模方法 134

6．4 井巷工程与地质体的集成建模 136

6．4．1 集成建模的一般方法 136

6．4．2 集成建模的GTP方法 137

6．5 矿山地上地下集成建模技术 141

6．5．1 集成建模需求与一般方法 141

6．5．2 基于TIN耦合的地上地下集成建模 142

6．6 矿山模型的多模式表达 144

6．6．1 二维视图与三维模型的相互转换 144

6．6．2 三维地质模型的多模式转换 145

上机实习三：矿山三维建模与可视化分析 147

本章练习 147

第7章 采矿数字化设计与决策优化 148

7．1 地下采矿数字化设计 148

7．1．1 采矿工程实体建模方法 148

7．1．2 巷道实体建模 148

7．1．3 采准巷道实体建模 149

7．1．4 盘区（采场）设计 150

7．1．5 爆破设计 150

7．2 露天矿最终境界优化 152

7．2．1 价值模型 152

7．2．2 浮锥法 153

7．3 露天矿境界与生产计划整体优化 156

7．3．1 整体优化思路与定理 157

7．3．2 技术最优境界与开采体序列 158

7．3．3 生产计划优化与开采体动态排序 161

7．3．4 境界与生产计划整体优化步骤 164

本章练习 165

第8章 矿山数字通信与自动化 166

8．1 矿山数字通信技术 166

8．1．1 概述 166

8．1．2 井工矿山的数字通信 167

8．1．3 露天矿山的数字通信 170

8．2 矿山自动化 171

8．2．1 井工矿山的自动化 171

8．2．2 露天矿山的自动化 177

8．3 采矿机器人 179

8．3．1 地下采矿机器人 180

8．3．2 海底采矿机器人 182

本章练习 185

第9章 采矿模拟、仿真与虚拟现实 186

9．1 矿山工程模拟 186

9．1．1 矿山通风模拟 186

9．1．2 矿山灾害模拟 189

9．2 采矿工程仿真 191

9．2．1 采掘空间三维仿真 191

9．2．2 放矿过程仿真 192

9．2．3 矿山物流仿真 196

9．3 矿山灾害虚拟现实 200

9．3．1 采矿过程中的灾害 201

9．3．2 矿山灾害虚拟现实 202

9．4 国内外采矿软件与应用 203

9．4．1 国外采矿模拟软件 203

9．4．2 国外采矿仿真软件 206

9．4．3 国外矿山虚拟现实软件 208

9．4．4 国内采矿软件概况 210

本章练习 211

第10章 数字矿山典型系统与应用 212

10．1 国产数字矿山典型系统 212

10．1．1 采矿CAD设计系统 212

10．1．2 村庄保护煤柱快速更新系统 215

10．1．3 煤矿安全监测监控一体化系统 217

10．1．4 金属露天矿开采规划与设计优化系统 220

10．1．5 露天矿山采运一体化系统 222

10．1．6 地下矿采掘计划编制系统 226

10．2 中国数字矿山建设典型范例 228

10．2．1 神华集团神东公司综合信息化 228

10．2．2 山东枣庄煤矿监测监控集成系统 231

10．2．3 福建紫金矿业集团数字矿山建设 232

10．2．4 云南大红山铜矿数字矿山建设 234

本章练习 239

参考文献 240

附录 245