东北大学朱万成团队在矿山精细化建模与虚拟现实平台研发方面取得了进展

现阶段，矿山信息化建设正朝着矿山智能化、智慧矿山、透明矿山的方向发展，形成面向生产各环节透明化的知识服务体系，实现局部少人化和无人化控制，为采空区群安全稳定、残矿安全高效回采提供了可能。基于现代智慧矿山理念，将物联网、云计算、大数据、人工智能、自动控制、移动互联网等与现代矿山开发技术深度融合，以云平台和移动端PP为媒介实现矿山生产过程信息的可视化与全面感知，以传感器为信息源实时监测矿山及设备状态，以多源异构数据和精细化三维地质建模实现矿山透明化，以云端计算和边缘计算实现各类数据的高效处理，以人工智能和大数据实现智能分析和预测预警，以自动化设备和移动机器人实现矿山安全生产进行智能调度，形成矿山全面感知、实时互联、分析决策、自主学习、动态预测、协同控制的完整智能系统，有助于减少矿山灾害的发生以及人员伤亡和财产损失，提升生产过程的自治化和自主化运行管控水平。因此，对开采扰动下的地表沉陷过程进行监测，并建立精细化三维模型，搭建可视化监测监控平台，从而实现地表稳定性状态的可视化展示，已然成为矿山的迫切需求

近年来，随着激光扫描技术及无人机倾斜摄影测量等技术的不断发展，精细化三维模型逐步在各大矿山中流行，尤其在数字孪生”“元宇宙等概念的提出和推行后，关于精细化建模方法的探索更是成为了广大科研机构的研究焦点。

对于岩体信息精细化表征，探地雷达、高密度电阻和地震波成像等物探方法已成为获取岩体内部的结构、构造信息的主流手段。学者通过对勘探钻孔进行钻孔电视成像，对钻孔取得的岩，进行裂缝识别和统计研究，并提出基于钻孔摄像和岩芯数据的裂缝识别解译算法，提高钻孔和岩数据的利用效率和准确度。此外，利用钻进过程中钻机数据，如轴压、转速、钻进速度以及声波信息等来预测岩体物理力学参数（力学参数、岩体质量、可爆性、渗透性等），建立精细化模型，并取得较好应用。

云计算、物联网、虚拟现实等技术的发展，为矿山三维场景的云端化集成创造了条件。基于虚拟现实技术，相关人员可直观查看矿山现状，并可真实地模拟矿井灾害发生过程，针对性地制定有关防范对策，促使矿山生产更加安全与稳定。目前虚拟可视化技术应用在矿山领域主要集中在安全培训和安全生产等方面。

阿尔哈达铅锌矿采空区群众多且分布较为复杂，极易引发地表沉降等矿山灾害事故。包含摄影测量、InSAR数据、钻孔数据、探地雷达等在内的单一数据源和矿山精细化建模与表征方法，已难以满足为采空区群安全稳定、残矿安全高效回采快速建立透明矿山模型并进行监测预警的需求。

在此背景下，东北大学朱万成教授团队阿尔哈达铅锌矿为例，开展了多源数据融合的矿山精细化建模方法与虚拟现实平台研发工作。

具体成果如下：

将精细化地质建模技术与矿山灾害监测预警方法相结合，搭建了兼容PC端浏览器和手机端APP的三维可视化的地表灾害监测预警云平台

）采用Hermite径向基隐函数、MaskR-CNN网络和反距离加权插值法等多源数据融合的矿山精细化建模方法，利用无人机摄影测量、InSAR数据、钻孔岩芯等多源异构数据，实现了地表形态、地层分布及岩体质量等信息的精细化智能表征，以及由表及里的矿山精细化模型构建。

）研发了一种岩体质量智能计算的移动端APP进行钻孔岩芯数据快速采集及智能识别，并采用WebGL和云计算技术搭建了兼容PC端浏览器和手机端APP的三维可视化监测预警云平台。

）该平台被应用到阿尔哈达铅锌矿，融合精细化模型和构建虚拟现实矿山场景，将研究对象的空间数据信息、监测信息以及精细化建模等进行了统一管理和可视化。

研究表明：三维虚拟现实场景的多终端嵌入以及矿山灾害预警预报的高度可视化，可方便矿山工作人员快速了解地表稳定性情况，在一定程度上为矿山的生产安全提供保障

多源监测数据融合示意

基于钻孔岩芯的岩体质量精细化表征

盒识别与RQD计算的APP

岩体质量精细化表征与建模

(a) PC端浏览器界面

虚拟现实场景平台集成

作者简介

验室主任。《金属矿山》青年专家学术委员，《地质与勘探》、《成都理工大学学报（自然科学版）》青年编委，成都理工大学首届优秀研究生导师团队成员，“自然资源部西藏主要成矿带大型-特大型矿床勘查评价和研究科技创新团队”和“自然资源部高层次科技创新人才工程科技创新团队”骨干成员，主要从事青藏高原及周缘铜多金属矿床的研究与找矿勘查工作，先后参与多个大型-超大型矿床的勘查评价，主持国家自然科学基金、国家重点研发计划专题、四川省自然科学基金及各类横向项目10余项，发表文章70余篇，主编专著2部，参编教材2部

朱万成

朱万成，东北大学二级教授，资源与土木工程学院院长，采矿工程和工程力学专业博士研究生导师，国家杰出青年科学基金获得者（2016—2020），国家“万人计划”科技创新领军人才（2018—2020），德国洪堡学者（2006—2007），中国青年科技奖获得者（2013），国家重点研发计划项目首席科学家（2022—2024）。从事岩石损伤破坏机理与矿山动力灾害预警及防控技术研究，发表SCI论文100余篇，论著他引12000余篇次，兼任中国岩石力学与工程学会常务理事、国际杂志IJRMMS副主编（2017以来）和《岩石力学与工程学报》《金属矿山》等多个杂志的编委。朱万成教授一直从事岩石损伤与破裂过程及其诱发矿山动力灾害的机理研究。围绕着“岩体损伤与破裂及其致灾机理”这一科学问题，以“岩体损伤”为主线，考虑岩体结构特征和“三高”赋存环境（可统称为致灾环境）的影响，提出了煤岩体参数及损伤的表征方法，构建了“三高一扰动”条件下岩石损伤与破裂的本构关系，发展了岩石损伤与破裂过程数值模拟方法，通过实验研究和数值模拟研究揭示了“三高一扰动”下岩石的损伤与破裂过程及其诱发岩爆、突水等矿山动力灾害的致灾机理；建立了现场监测与数值模拟相结合的矿山采动致灾过程分析方法，研发了矿山采动灾害风险监测预警云平台，相关成果在河钢石人沟铁矿，山东黄金新城金矿、阿尔哈达铅锌矿，鞍钢矿业弓长岭露天矿、大孤山露天矿，紫金矿业乌拉根铅锌矿、巨龙铜矿等矿山得以应用，用于矿山边坡滑坡和空区垮塌灾害的预测预警，通过现场技术措施的实施，防控了矿山动力灾害的发生，取得了显著的经济和社会效益。

扩展阅读

王江梅，关凯，朱万成，徐晓冬，刘阳晓，高楠，秦瑞博，李荟.多源数据融合的矿山精细化建模方法与虚拟现实平台搭建[J].金属矿山，2025（3）：158-167.

《金属矿山》简介

《金属矿山》由中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司和中国金属学会主办，主编为中国工程院王运敏院士，现为北大中文核心期刊、中国科技论文统计源期刊（中国科技核心期刊）、中国精品科技期刊（F5000顶尖学术论文来源期刊）、中国百强报刊、RCCSE中国核心学术期刊（A）、中国期刊方阵双百期刊、国家百种重点期刊、华东地区优秀期刊，被美国化学文摘（CA）、美国剑桥科学文摘（CSA）、波兰哥白尼索引（IC）、日本科学技术振兴机构数据库（JST）等世界著名数据库收录。主要刊登金属矿山采矿、矿物加工、机电与自动化、安全环保、矿山测量、地质勘探等领域具有重大学术价值或工程推广价值的研究成果，优先报道受到国家重大科研项目资助的高水平研究成果。根据科技部中国科技信息研究所发布的《2024中国科技期刊引证报告（核心版）》，《金属矿山》核心总被引频次位列26种矿业工程技术学科核心期刊第1位；根据中国知网发布的《中国学术期刊影响因子年报》（2024版），《金属矿山》学科影响力位居73种矿业期刊第9位。

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编排：余思晨

审核：王小兵

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