地下矿突水过程的三维动态仿真模型构建

通过分析突水水流井巷中漫延时空性变化的影响因素,提出了突水过程的三维动态仿真模型架构.经数据模型化、数据规则化、弧巷直巷化及井巷三维网络化处理,生成了井巷空间网络系统.通过研究水流在井巷空间网络中下向漫延、上向升涨的路径算法,构建了突水水流流经井巷的路径网络.结合突水水流流动的水力特征,解算了突水水流的漫延速度和到达时间.建立了能够真实模拟水流漫延过程的时空动态性变化的三维动态仿真模型.以国内某典型矿山的实际数据为例,验证了突水过程三维动态仿真模型的有效性.     

地下矿水灾场一体化构模及可视化仿真技术

针对地下矿突水三维可视化仿真,基于矿山复合场理论,通过对水灾漫延过程中各场量参数的空间几何性、分布性、矢量性和时序性进行分析,给出属性空间的拓扑关系,构建了地下矿突水仿真的一体化动态模型,提出了相关属性的可视化仿真方法.通过对空间场量进行体素化和场量化处理,以时间为步长,实现了水灾漫延过程的动态可视化表达.以某典型地下矿山为例,通过对相关数据进行整理分析,实现了水灾漫延过程的动态可视化仿真,验证了地下矿突水一体化模型的可行性和有效性.     

地下矿可视化生产管控系统参数化数据模型

在融合面向实体的数据模型和网络数据模型的基础上,引入参数对象,设计一种网络化、层次化、参数化的实体与网络复合模型(PENDM),解决该系统中RPS的空间数据建模问题,形成以井巷为空间参照的井巷与生产系统整体模型.运用面向对象的思想建立PENDM的主要数据结构.PENDM采用面向实体的元素描述井巷工程和生产系统的实体特征,采用网络元素描述系统内部网络的空间拓扑结构,采用参数描述实体轮廓、定位信息、设备信息和其他附属信息.结合具体应用分析PENDM在地下矿山生产管控系统中的作用.研究结果表明:该模型能够实现复杂生产系统信息管理、空间分析和三维体模型的自动建立,解决了矿山井巷工程与生产系统的表达、自动建模与快速更新以及漫游路径和救避灾路线的求解问题,对于其他(如通风量计算)的需要网络的专业分析同样有效.     

基于开源平台BPIP的采矿教学实践与学生科创探索

采矿工程是一门具有复杂性、整体性和系统性特点的学科。受制于开发平台等条件,采矿专业学生开展创新活动难度大、可持续性差,且与矿山现场应用存在较大距离。提出了一种基于开源程序的大学生科技创新实践平台(BPIP平台),该平台以Blender开源软件为载体,以Python为脚本语言,通过交互方式调用Blender自带内置引擎,构建一套支撑服务于矿山生产、灾害仿真等的三维可视化仿真平台。通过引入人工智能、数学建模等方法和思路,实现了矿山井巷自动生成、采矿参数优化、灾害动态仿真等内容。结合华北科技学院采矿专业学生的科技创新实践,BPIP平台已被成功应用于三维矿山模型快速构建、爆破设计三维可视化以及突水灾害避灾仿真等创新活动,取得了良好的效果。     

基于元胞自动机的井巷火灾仿真

提出了一种基于元胞自动机的井巷火灾可视化仿真方法.在矿井巷道可视化的基础上,通过对火灾元胞进行表征,综合考虑可燃物类型与投放密度、井巷通风、井巷坡度等因素对井巷火源引燃效果的影响及双扩散作用、井巷通风、浮力作用和节流作用等因素对火灾烟气蔓延效果的影响,采用概率函数进行元胞自动机建模,构建了表达元胞温度的井巷火源燃烧模型和表达元胞浓度的井巷火灾烟气蔓延模型.基于火源元胞燃烧演化规则和烟气元胞蔓延演化规则,通过可视化手段展示了井巷火灾火源燃烧和有害气体浓度的时空发展变化.同时以矿山实际数据进行检验,说明了基于元胞自动机的井巷火灾仿真的可行性与有效性.     

基于LBM的多巷道任意角度耦合的突水漫延仿真

为指导矿山突水时井下工作人员逃生,减少灾后损失.基于LBM(Lattice Boltzmann Method)对井下突水漫延趋势进行了数值仿真,提出了一种多巷道任意角度耦合突水漫延模型.首先对单个巷道中水害漫延趋势进行了模拟仿真,给出了多巷道任意角度耦合突水漫延模型的实现过程,该模型通过对多个巷道进行分块和独立划分网格,然后在各块分界处进行耦合,以适应井下复杂巷道网络水害漫延情况.通过在VC平台上进行模拟实现,结果表明,所提出的耦合模型可在较少的计算资源条件下对多个虚拟耦合巷道各点的速度进行直观显示,并可反映突水漫延的趋势,为科学规划煤矿井下水害避灾路线提供了依据.     

地下矿复合场的一体化构模及三维可视化

从矿山工程数字化及可视化的角度,将地下矿山看作是一包含多种几何量、属性量、参数量和状态量的动态量场,称之为地下矿复合场.通过分析各类空间场量的几何特性、分布特性、矢量特性和时空顺序特性,给出了各类空间场量及其相互关系的表征方法,进而提出了基于体素的一体化数字模型.经空间场量体素化、定量化、场量化及一体化处理,形成了地下矿复合场的一体化模型构建技术.以国内某典型矿山的实际数据为例,实现了地表地形、断层和井巷工程等几何特性、矿石品位的空间分布特性、井下通风系统的矢量特性的三维可视化仿真及火灾蔓延的动态仿真,进而验证了地下矿复合场一体化模型的可行性与有效性.     

一种用于地下矿可视化生产管控系统的全路径漫游网络设计

为了在地下矿山可视化生产管控系统中实现井巷内部快速漫游的功能,设计一种虚拟全路径漫游网络(Virtual full path roaming network,VFPRN),作为快速漫游时视点运动的路径。VFPRN以分段井巷中线网络为基础,引入虚拟结点和虚拟边,在交岔口处生成连接任意两条巷道的三维圆弧(直线)边,使得视点在交岔口处移动时具有平滑的转弯效果。同时,对依附于虚拟结点的边按顺时针排序,便于交互式选择前方路径。介绍VFPRN的特点及其组成元素,对传统的邻接多重表的数据结构进行改造,设计VFPRN的内存数据结构和数据库表结构,给出基于井巷实体网络复合数据模型建立VFPRN的算法步骤,并介绍VFPRN在井巷交互式快速漫游和自动漫游功能中的应用方式。结果表明,基于此网络实现的井巷漫游功能满足了大型地下矿山三维场景中井巷内部快速巡检的需求。     

矿山复杂巷道网络组件式三维建模方法

煤矿复杂巷道(曲线巷道、交汇巷道、变断面巷道)建模是巷道三维建模的难点.现有方法在基于导线测量数据重建复杂巷道网络、尤其是矿山常见的曲线交汇巷道仍存在不足.提出了一种巷道组件式三维建模方法.该方法针对煤矿巷道典型导线测量数据，通过巷道中心线建模、巷道双边线建模、巷道组件三维建模三个步骤，自动构建复杂巷道网络三维模型.实验结果表明，提出的方法鲁棒性好，建模时间随数据量增长呈线性稳定增长.建立的巷道网络三维模型可为智慧矿山建设中的空间、几何、力学等多种分析提供支持.     

基于权值时变模型的矿井突水最优逃生路径的动态选择

为了减少矿井突水发生时造成的人员伤亡,为井下人员动态选择出合理的逃生路径。综合考虑随时间变化的水位高度和水的流速对矿工逃生路径选择的影响,将其量化为对人体稳定性的影响,并将所研究的时间进行分段,根据不同时段下巷道内平均水流速与临界流速之比求得动态危险系数,并实时加权到邻接矩阵上,建立以巷道初始当量长度与危险性程度为衡量最优路径的权值时变数学模型,运用改进的Dijkstra算法进行求解,并结合W煤矿矿井进行实例分析。结果表明,优化后的模型更能反映突水时巷道内的实际情景,同时,改进的Dijkstra算法能够有效应用于突水时期最优逃生路径的动态选择中,使选择的逃生路径更加安全可靠。