基于Blender的矿山虚拟现实快速构建与实现

为了实现矿山三维实体模型和虚拟现实的快速搭建与实现,分析了当前数字化矿山建模可移植性差、扩展性不灵活、开发难度大的缺陷 ,提出了一种矿山三维模型及虚拟现实体系的自动构建方法:基于Blender开源软件提供的建模平台,利用Python语言编写矿山实体的表达方法 与生成算法;利用矿山基础信息,实现了对矿山井巷、矿体等三维实体模型的自动、快速构建,并以矿山井巷工程、矿体以及地表模型等实体 模型的构建为例进行了演示;利用Blender脚本实现对三维实体模型的快速渲染,初步建立了矿山虚拟现实环境与仿真系统,并利用驱动内核实 现虚拟情景的演示。结果表明,该方法具有开发快捷、要求低等特点,为数字化矿山建设提供了一种新的思路。     

基于3D激光扫描技术的绕腰法采空区资源回收方法研究

针对大多数矿山采空区残留资源回收探测中存在人员、设备进入难,精度低、危险高等问题,我们通过采用三维激光扫描技术恰恰克服了以上困难。应用三维激光自动扫描新技术对采空区进行精密探测,能够安全准确地获取采空区的三维形态和矿石空间分布位置,再通过三维建模软件 Surpac 建立三维可视化实体模型,为回收残留矿石资源提供重要依据;最后通过应用绕腰法综合回收残留矿石,不仅能够减少采准工程量,并把采准与采矿工作很好地结合起来,而且达到了能够高效安全地回采采空区残留矿石目的。工程实例的成功应用,表明此方法在给矿山和国家带来良好的经济社会效益的同时,能够在同类矿山中推广应用。     

基于三维“O”型圈的采空区多场分布特征数值模拟

为进一步研究综放采空区的多场分布特征,以大兴矿N2-706工作面为例,构建"双三"模型,即优化三维"O"型圈采空区冒落非均质多孔介质数学模型及"U"型通风方式下的三维综放采空区物理模型,重点考虑了采空区垂直方向上的孔隙率变化,并实现了孔隙率的三维可视化。运用Fluent软件加载自定义UDF对采空区气体压力分布、漏风场及氧气、瓦斯分布情况进行了数值模拟,得出与实际情况相吻合的采空区气体压力分布、合理漏风量范围内的风流场分布,其中重点分析瓦斯体积分数分布规律。结果表明:考虑三维孔隙率的数值模拟结果收敛性更好,采空区瓦斯的积聚现象不仅出现在采空区顶部,在距底板20~25 m高度的位置就大量上浮,且呈现高体积分数瓦斯积聚分布的特征规律。     

采空区三维耦合场数值模拟研究

采用FLUENT数值模拟方法对采空区三维耦合场进行了分析研究,简述了FLUENT流体数值模拟软件的理论基础,并对FLUENT进行了自行编程,运用开发模型对祁南矿1015工作面及采空区的三维耦合场进行了模拟分析,得到了采空区压力场、漏风流场分布规律。运用现场实测氧气浓度和模拟结果相对比,得出此次模拟能够较好满足现场工程要求。对采空区进行了自燃三带划分,指出采空区自燃最危险的区域在支架后上部,结合10煤最短发火期算出最小推进速度0.8m/d,对工作面的安全回采和采空区火灾的防治具有指导意义。     

滑坡体三维构造及稳定性分析

采用体元技术建立滑坡体真三维模型,通过基本三棱柱体构建具有复杂曲面结构的空间组合体,每个单元都赋予不同的属性,为滑坡体三维稳定性分析提供基本的前、后处理功能.以此为基础,并结合三维极限平衡分析计算方法,开发了相关的滑坡三维模拟与稳定性分析软件,并成功应用于清江库岸大型滑坡的三维仿真计算.     

基于C-ALS采空区探测及三维模型可视化研究

采空区三维激光扫系统(C-ALS)具有全自动扫描、操作方便、数据处理简单等特点,同时探测人员无须进入空区。所以结合河北某铁矿的实际工程地质条件,利用C-ALS对矿山的1#、2#采空区进行探测,了解其空区的形状、大小和位置,运用其自带的软件进行编辑与成图并建立三维模型。从而确定空区在矿山CAD图上的具体位置,为采空区的处理提供可靠的理论依据,从而确保作业工人和设备的安全。     

基于数字化设计平台的固定管板换热器三维参数化设计

本文介绍了基于数字化设计平台的固定管板换热器三维参数化设计程序开发及工程应用情况。数字化设计平台通过数据传递与数据链建设,实现正向设计和数据共享,旨在提高压力容器设计质量和效率,并实现压力容器全寿命周期的协同管理。参数化设计通过将设备的计算逻辑、设计方法和标准文件等建立程序关联,通过自主开发的相关子程序,实现从工艺数据到三维模型、三维模型到图纸的智能化设计。本文以固定管板换热器为例,分析了基于数字化设计平台的三维参数化设计的基本思路,明确了基于数字化设计平台的三维参数化设计对于压力容器智能化设计及数字化转型的有效性和良好应用效果。本文对压力容器智能化设计和数字化转型提供一定参考。     

采场瓦斯运移的三维LBM仿真

地下煤矿工作面上隅角瓦斯积聚并超限是煤矿生产的重大安全隐患.为了解瓦斯积聚规律及瓦斯积聚量,构建了采场统一的三维LBM仿真模型,并开发采场瓦斯运移的三维LBM仿真软件.采场由工作面和采空区2个流场组成,其中,瓦斯与大气混合气体在工作面流场中的运动为紊流运动,而在采空区内的运动为非均质多孔介质的渗流运动.采场统一的LBM仿真模型通过采用不同的松弛时间和平衡分布函数来体现2个流场的特征.由于采场结构复杂,为了提高运算效率,采用分块耦合算法将采场划分成多个块,各块独立并行计算,块与块之间通过耦合交换数据,最终实现整个采场瓦斯运移仿真.模拟实例表明,该方法可以模拟和分析采场瓦斯运移状况,并得到采场瓦斯运移的相关数据.同时也可以得到采场流线分布规律、速度变化规律和采空区瓦斯运移规律.     

基于真三维GIS的危险化学气体泄漏扩散动态模拟仿真系统

针对传统危险化学气体泄漏扩散软件在模拟表现力方面的不足,提出将改进的随机游走大气泄漏扩散模型集成到真三维地理环境信息系统中,完成了基于真三维GIS环境下的危险化学品泄漏扩散模拟仿真系统的设计与开发.该系统能够在真三维场景中直观地展示危险化学气体的三维扩散过程,实时显示危险化学品泄漏扩散浓度分布图及事故不同程度的危害范围.同时通过与PHAST软件模拟结果对比,验证了该系统的可靠性.系统可以直观地、有效地帮助应急指挥人员组织应急救援和疏散,为企业、政府在危险化学品泄漏事故预防、预测和评估以及应急预案的制定提供参考.     

三维点云基础上排土场垮塌影响范围研究

高台阶排土场下游常分布有居民区、厂房等,一旦垮塌,后果严重,因此完善的防治与应急准备工作十分关键,而排土场垮塌影响范围的预测是这些工作的重要前提依据。为提升高台阶排土场垮塌影响范围的预测准确性,需要获取准确的地形边界基础数据。通过利用三维激光扫描仪对新建排土场及其下游地形精细扫描,对获取的三维点云数据去噪、拼接、建模等处理,生成精度更高的数字高程模型与三维实体模型。在此基础上,结合新建高台阶排土场地质勘查与设计资料,建立颗粒离散元数值模型,利用PFC3D计算高台阶排土场垮塌影响范围,并与经验公式法计算结果对比分析,结果表明排土场颗粒离散元数值模型精度符合要求,可快速、准确地计算影响范围,从而为相关部门提供科学决策依据。     

多软件联合的煤矿三维数值建模方法及其应用

为了解决复杂三维地质模型构建耗时费力、难度大的问题,提出了一种联合多个软件的复杂三维地质模型快速构建的方法,以钻孔信息为基础资料,利用3DMINE建立岩（煤）层等高线,以dxf文件形式导入GOCAD生成岩（煤）层点阵数据文件,利用SURFER对点阵数据进行网格化处理,导入RHIRO软件之中生成ANSYS可读取的iegs文件,经过ANSYS划分网格后导入FLAC3D中进行数值计算。以山东郓城煤矿的地质模型构建为例进行介绍,给出了以该方法进行地应力反演后得到的区域应力场分布云图。通过多个煤矿应用表明:该方法建模速度快,摒弃了繁杂命令流式建模方法,通过数据的逐步对接,减少了中间过程的人为干扰和误差,兼顾了ANSYS优良的网格划分功能和FLAC3D数值计算能力,且效果较好,可在其他领域和行业复杂地质模型构建中推广使用。     

基于三维可视化与虚拟仿真技术的综采工作面生产仿真研究

针对现阶段煤矿从业人员生产培训中存在的不足,以淮南矿业集团潘三矿1622综采工作面为例,引出了基于三维可视化与虚拟仿真技术的综合机械化采煤虚拟仿真系统的设计与开发,利用3D MAX三维建模软件对矿区地形、地质及综采工作面采煤机、液压支架、刮板输送机等生产机械设备进行三维模型的创建,并结合Converse3D虚拟现实制作软件对系统的界面UI和交互进行设计,提出了系统设计开发的完整流程。通过在潘三矿的应用结果表明:基于三维可视化及虚拟仿真技术开发的综采工作面虚拟仿真系统具有易学性、真实性和交互性等特点,能够快速激发工人的学习兴趣,大大降低了工人安全培训的时间。同时,也为工业生产的实时仿真,提供了新的研究方向。     

钱家营煤矿火灾系统报警功能的实现

钱家营煤矿火灾系统报警可视化软件,实现了人机对话,并创造性地实现了监视控信息和通风网络信息在立体示意图上图形和数字动态交互显示,实现了井下火灾发生时的声音报警和图示报警功能。     

采空区瓦斯涌出的回采速度效应分析

为了深入了解煤层开采时工作面回采速度对采空区瓦斯涌出的影响,提高矿井采空区瓦斯治理能力,保障矿井安全生产,通过建立数学模型并采用COMSOL有限元分析软件建立不同回采速度采空区瓦斯涌出模型,开展数值模拟试验,研究不同回采速度下采空区瓦斯涌出规律及分布情况。结果表明:不同回采速度下采空区相同深度的瓦斯浓度呈梯度增长;通过对现场采空区回采速度数据进行归类平均后,降低其他因素对采空区瓦斯涌出的影响后,采空区瓦斯涌出量与回采速度线性相关性从0.60提高至0.94,表明回采速度越快,采空区瓦斯涌出速度越快,采空区瓦斯涌出量越大。研究结果揭示了煤层开采过程中回采速度对采空区瓦斯涌出的影响规律,为现场优化回采速度及抽采参数提供了理论指导。     

露天矿山隐伏盲空区精确探测及爆破优化设计

隐伏盲空区是严重威胁露天矿山正常采矿作业的安全隐患,应予以探明并处置。针对露天矿隐伏盲空区探测难度大、崩落处置爆破设计精度差等问题,以白马铁矿1号溜井盲空区为例,首先基于矿山历史资料,利用钻探手段,初步圈定盲空区异常分布范围;然后运用钻孔激光扫描设备进行三维精确扫描,获得盲空区塌腔三维形态和真实边界,并以实测数据为基础,利用逆向建模方法,构建盲空区三维可视化模型;最后根据盲空区的三维空间特征和分布条件,进行爆破分区及参数优化设计。结果表明:采用钻探圈定结合三维激光精确扫描建模的综合探测方法,可获得露天矿山盲空区的可靠信息,准确掌握盲空区垮塌现状,进而为制定更为精准的爆破设计方案提供重要依据,最终达到消除盲空区的目的。研究结果对保障矿山安全生产具有重要意义,同时可为类似工程提供有益参考。     

复杂形态井巷工程三维激光扫描与MIDAS-FLAC3D耦合建模稳定性分析研究

受井巷工程空间形态的复杂性及探测技术的局限性影响,部分人员无法进入的复杂形态井巷工程的实际空间形态往往很难准确获得,复杂井巷工程的数值分析往往很难进行建模或建立模型与实际误差较大,而在此基础上进行的稳定性分析结果可靠性往往较差。采用三维激光扫描技术对复杂形态井巷工程进行三维激光点云扫描,基于点云数据运用MIDAS软件建立精确形态的复杂井巷工程模型,通过耦合技术建立最终可以在FLAC3D中进行运算并且与实际形态相一致的数值模型。最后以某矿山主溜井为工程实例,利用三维激光精确扫描技术获取该井巷工程的实际空间形态,在此基础上进行MIDAS与FLAC3D耦合方法的建模分析,对该复杂井巷工程的稳定状况进行了稳定性分析。     

3D可视化石化装置安全管理系统的开发

本文介绍了3D可视化石化装置安全管理系统构成、功能和实验途径，该系统将三维激光扫描和GIS技术运用于石化行业，通过数据处理建立石化装置测绘级精度、全尺寸、全真实体的三维数字模型，并通过添加GIS信息和设备属性信息，实现石化装置5D可视化管理、分层管理、设备检维修和施工改造模拟、事故影响范围及应急救援最佳路径模拟、工作人员仿真培训等安全管理模块，为石化企业设备管理提供了新的技术平台。     

基于激光扫描和无人机倾斜摄影的露天采场安全监测应用

为解决露天采场安全监测中观测困难、效率低下等问题,结合引用三维激光扫描和无人机倾斜摄影等三维测量技术开展露天采场安全监测融合应用研究。通过应用研究表明:2类技术结合应用可实现露天采场生产环境信息完整三维数据采集;通过统一控制点坐标系和基于点云特征点的迭代最临近点配准算法（ICP）可有效融合2类点云数据,能构建高时效、高精度、高分辨率的采场三维点云模型;融合的三维模型能直观再现采场生产环境,多尺度精准监测安全隐患问题,有效辅助采场生产安全规划;该技术方案弥补了人工安全监测缺陷,提高了安全监测效率,可适用于矿山尾矿库、水电大坝等其他危险源安全监测应用。