矿山井巷模型快速构建与突水避灾三维动态仿真

为准确规划人员最优避灾路径,以矿井现场实测数据为基础,联合Python与Blender快速生成矿山三维井巷模型,建立基于时空动态性的突水漫延仿真平台;综合考虑不同因素对巷道通行状况的影响,建立一种支持从源节点至多目标节点的前N条最优避灾路径搜索方法;调用Blender时间线功能,建立人员避灾逃生演示模型;以山东某矿为工程背景,开展矿井突水与人员最优路径避灾仿真模拟。结果表明:基于Python与Blender联合开发的矿井突水应急避灾仿真平台,可实现矿山井巷系统几何模型的快速构建;可真实模拟不同突水状态下水流漫延过程,为受灾人员规划出前N条最佳避灾路径,并可结合实时水情及时优化最佳避灾路径。     

采空区精确建模信息系统实体模型交互接口开发

随着矿业的快速发展,Surpac,Dimine,3DMine等三维矿业软件在矿业领域得到了广泛的应用。为进一步完善自主研发的采空区激光扫描三维精确建模信息系统功能,在解析stl,dxf及dtm格式文件的数据结构及其三维实体数据存储规律的基础上,成功地开发了基于上述三种实体模型存储文件格式的采空区三维实体模型交互接口,实现了信息系统与目前主流三维矿业软件之间三维实体模型的交互。实用表明,所开发的接口能有效实现信息系统与其他三维矿业软件之间采空区三维模型的交互与共享,进一步完善了信息系统的模型数据输入输出功能,提高了其应用价值。     

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。     

基于虚拟现实技术的喷射火事故三维动态仿真及应用

基于Shell模型的原理和计算方法,把喷射火焰视为近似倒立圆台形,构建了不同风向影响下的喷射火三维模型,运用虚拟现实技术和三维可视化技术对喷射火事故进行模拟与仿真。以Delphi和OpenGL/GLScene为开发工具,实现了喷射火三维模型的程序化与三维场景绘制,同时引入粒子特效系统,实现了喷射火焰燃烧的实时动态仿真,完成了喷射火三维动态可视化软件系统的开发。最后,利用该系统进行实例分析。应用表明:虚拟现实技术与事故后果模拟相结合,使整个系统实现实时性和形象性的统一,虚拟现实技术在化工行业具有广泛应用前景,也为事故后果预测评估提供科学依据。     

近塌陷区矿山公路开采沉降规律及安全性研究

由于受到地下开采扰动的影响,如何保证矿山公路的安全性是研究者们关注的焦点之一。从工程实际出发,基于三维几何建模软件和MIDAS/GTS有限元软件的结合技术,通过建立地表三维模型和矿体三维模型,构建了关于塌陷区沉降模拟的精细三维模型,开展了地下开采过程中临近塌陷区矿山公路沉降特性及其安全性的数值模拟研究。结果表明,随着地下开采强度和范围的增大,地表沉降的规模和程度都在不断增加,临近塌陷区的矿山公路及沿线边坡受到了地下采动的影响也变大;虽然总体仍保持稳定,但是在公路的局部区域存在一定的安全隐患;计算结果和实地调查的情况一致,故得到矿山公路的沉降特性规律为下一步塌陷区的安全有效处治提供了基础数据。     

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。     

基于RFID及WSN技术的矿山实时三维定位及灾害预警平台

通过对比分析国内外矿山灾害死亡事故数据,突显我国矿山安全生产形势十分严峻,提出了构建矿山实时三维定位及灾害预警平台的重要性。平台基于无线射频识别技术和无线传感网络技术,实现井下工作人员、井下移动设备的三维定位,实现井下巷道工作环境的各种参数（如温度、湿度、井巷通风风速、有害气体含量等）的实时监测,分析实时监测数据,预警井下数据异常区域,防止灾害发生,分析灾害发生位置、原因及发生时井下人员、移动设备等信息,为灾后救援工作提供有价值的决策参考。     

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Vega的灭火救援视景仿真研究

Vega是目前流行的虚拟现实应用程序开发环境,与Vega环境相关的应用程序还有三维建模工具Creator和人物仿真软件DI-GUY.在基于虚拟现实技术的灭火救援模拟训练系统中,救援场景的视景仿真是其重要组成部分.本文分析了基于Vega的软件平台开发灭火救援视景仿真系统的可行性,论述了在开发仿真系统过程中的一些关键技术,包括数据处理流程、三维建模、Vega软件的二次开发等.结论表明,利用Vega技术开发灭火救援视景仿真系统的方法是切实可行的.     

铸造起重机多单元装配与耦合建模分析

结构建模分析是工程应用领域中应用较为普遍的一种分析设计方法,对于简单的几何模型实体单元不仅能够得到较高的精度而且能够很好地再现结构受力特性,应力云图具有较高的展示度,而对于复杂的几何模型,实体模型不仅消耗大量的建模时间,而且求解时间也相对较长.文中分析了Solid-Shell-Beam(S-S-B)多单元建模及耦合技术原理,建立了铸造起重机S-S-B多单元装配模型,通过S-S-B多单元模型与实体模型的对比分析,验证了S-S-B单元装配模型计算准确性,最后利用S-S-B单元耦合分析方法计算了铸造起重机在空载、满载、偏载等典型工况下的结构受力情况,为铸造起重机的设计、校核及使用维护提供技术支撑.     

基于虚拟现实技术的非煤矿山救护队培训系统设计与实现

针对非煤矿山救护队应急救援培训的实际需求和现实不足的情况,根据救护队行动程序,应用虚拟现实技术,研究与设计非煤矿山救护队应急救援培训系统。硬件系统采用可视立体技术和多点触摸技术,设计双屏触摸一体培训考试机。软件系统由用户信息管理子系统、多媒体演示培训子系统、专项操作训练子系统、考核与评价子系统、综合训练子系统构成。采用3D显示、人性化用户体验设计、自动寻路A*算法和导航网格等关键技术,从几何建模、动画建模、信息数据库和场景驱动等方面对系统整体进行架构。该系统的设计与开发可使非煤矿山救护队培训考核更加安全、高效、系统和节约。     

矿井通风仿真系统双线图的快速自动绘制研究

在深入研究通风网络巷道连接关系的基础上,创造性地提出一种新的效率更高的通风系统双线图的快速自动绘制方法,即"假双线法"。"假双线法"与固定宽度双线法有本质的不同,其本质是将单线巷道的线型用固定宽度双线线型表示,再对交叉点进行消隐处理,无需计算双线坐标来实现双线图的快速自动绘制。该法较好地解决了传统方法的缺陷,具有普遍性,其计算量小,执行效率高,并在双线图的基础上很容易拓展生成通风系统立体图。笔者研究成果,对于研发、改进矿井通风仿真图形系统和解决其他行业类似问题具有一定的参考价值。     

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。     

Research on 3D dynamic visualization simulation system of toxic gas diffusion based on virtual reality technology

A three-dimensional (3D) model of toxic gas diffusion was advanced based on Monte Carlo method with the presupposition that toxic gas diffusion process can be considered as random walk process of a large number of toxic gas particles. Compared to other existing models, this model includes analysis of both movement and non-movement attributes of toxic gas particles, and can well meet the need of dynamic simulation. Then, a 3D gas diffusion visualization scene management subsystem, including leak hazard source (tank), leak background (ground and sky) and surroundings near the leak area, was developed based on virtual reality (VR) technology. In this system, diffusion scene can be designed in accordance with the reality, which embodies the reunification between VR technology and engineering application. Finally, according to OpenGL particle system theory, by using Delphi and OpenGL as main programming tools, the diffusion simulation subsystem of toxic gas diffusion process and real-time concentration prediction and consequence simulation subsystem was completed. Application shows that by using VR technology in the accident consequence simulation, the whole system is of real-time, lifelike and visual characteristics, which not only embodies the great engineering value of virtual reality technology in the field of safety engineering, but also provides references for accident impact prediction, assessment and emergency plan.     

金山店铁矿平行矿体地下开采地表沉降物理模拟预测研究

根据金山店铁矿张福山矿区平行矿体的赋存特点，采用物理相似模拟方法，研究和预测了矿体地下开采过程中地表的沉降和位移规律。研究结论对于矿山安全地安排井下采矿生产、适时地进行地面建（构）筑物的搬迁以及土地的征购等，具有指导意义。     

铀矿山穿孔爆破系统免疫遗传优化控制

根据地下铀矿山穿孔爆破系统特点及放射性污染物的特性,应用自适应模糊推理技术构建爆破矿石块度模型,应用放射性污染物迁移机制构建氡浓度析出模型,再将其模型参数换算成与穿爆参数关联的氡浓度模型,然后构建铀矿山氡浓度控制下穿孔爆破系统的集成模型,最后运用免疫遗传优化算法对其进行优化求解。实例分析表示该方法可在满足氡浓度的要求下实现块度最优化问题,为铀矿山安全生产提供了重要决策依据。