矿山地理信息系统中巷道模型的研究

在深入分析矿山测量信息的基础上 ,提出了组成矿井巷道的 4种基本元素 ,然后用C++语言描述了面向对象的矿井巷道数据模型 ,并分析了所包含的拓扑关系。矿井测量信息管理子系统的开发成功说明了本文所提出的数据模型和数据结构的合理性与可行性。

基于数字图像相关技术的巷道模型变形监测试验

建立了基于数字图像相关技术(DIC)的矿山巷道模型变形监测与分析系统,对直墙半圆拱形巷道的模型试件在单轴竖向压缩载荷下的变形进行了二维(2D-DIC)测量和三维(3D-DIC)测量,分析了试件的平面内变形和离面位移,揭示了离面位移对2D-DIC测量结果的影响。试验表明进行模型的受压变形监测时,3D-DIC技术的测量结果更准确,当采用2D-DIC技术测量时,应尽量避免或减少试件的离面位移。研究丰富了实验室内巷道模型测试手段,对数字图像相关技术在矿山模型试验中的应用具有指导和参考价值。

基于可视化技术的矿井三维巷道模型建立及应用

矿井三维可视化技术可以直观真实地表达地形地物、井下巷道、设备等的三维信息及综合特征。应用VC++语言及OpenGL可视化软件来实现井下巷道的三维可视化模型的创建,能使专业人员对巷道原始数据做出判断,能够在三维巷道实体模型中身临其境地任意漫游,使工程技术人员直观形象了解巷道断面形状、支护设备、及巷道所在位置的空间信息,以及巷道所布置的各种设备的基本情况,从而达到在地面上就能对整个矿井巷道中的生产信息有较详细了解的效果。

卸荷诱发巷道模型岩爆的发生机理实验研究

以"巷道-围岩"系统为研究对象,以水平应力卸荷操作模拟工程现场的巷道周边矿岩开挖卸荷作用,再现了巷道卸荷岩爆。实验结果指出,巷道卸荷岩爆经历了"平静期→小颗粒弹射→片状剥离→片状剥落"的演化过程,在巷道内壁产生"岩爆→应力调整→应力调整失败→再次岩爆"的多次岩爆过程,最终形成"V"字型岩爆坑。卸荷条件下,不同水平应力的巷道模型岩爆将产生不同的破坏,形成了不同的破裂面。理论推导得出卸荷前巷道围岩的应力分布规律,运用修正Griffith破坏准则,计算了不同水平应力(8.9MPa、13.3MPa、17.8MPa)卸荷后巷道围岩发生岩爆破坏的竖向起裂应力,构建了巷道边壁"V"字型岩爆坑的计算模型。研究得出水平应力存在一个影响竖向承载能力的应力点(13.3MPa),当水平应力小于13.3MPa时,水平应力与竖向起裂应力呈正相关;当水平应力大于13.3MPa时,水平应力与竖向起裂应力呈负相关。对左右边壁应变能累积区域的信息进行量化处理,得出相较8.9MPa和17.8MPa,水平应力为13.3MPa的左右边帮应变能集中区域的累积能量最大,集中区域与边壁的距离最短。

基于三角形剖分算法建立三维巷道模型的研究

目前,ACAD在我国矿山使用最为普遍,矿山巷道普遍采用由两条实测巷道轮廓腰线来进行二维描述。本文主要讨论怎样使二维巷道转变成拱形三维实体巷道的技术。一种方法是将实测数据整理和计算,通过计算结果实现模型建立。另一种方法是通过对二维巷道的图形分析研究,首先采用带约束的Delaunay方法,对巷道进行三角剖分来形成巷道底面,然后将剖分后的三角形划分成三类,分别进行三种不同的碎分方法来形成巷道拱顶,同时也形成巷道的侧面。在完成巷道完全三角剖分的基础上,引入ACIS技术将巷道进一步转变为三维实体,从而可以实现各种三维实体的布尔运算。巷道三维实体模型的建立已应用到实际矿山,为采矿作业及研究打下了基础。

基于三维仿真的矿井巷道模型的构建与应用

为了构建矿井巷道三维模型,基于对AutoCAD的二次开发技术,应用导线点逼近中心线加载断面的理论,采用煤矿工程平面图交互式采集的方法,研究了三维巷道模型自动生成算法;然后对节点及转弯处进行平滑处理,以风流、构筑物等判断了通风模型的合理性并加以应用。研究结果表明:利用中心线加载断面的方法建模,加载不同的断面,并进行节点和伪节点采集,最后生成巷道立体图,对巷道形状和走势的表达更加立体和清晰;此建模方法在平煤六矿加以运用,生成完整的三维矿井巷道模型图,以风流流向及构筑物和巷道间的拓扑关系判别使通风模型更加完整。

矿井巷道三维建模及可视化技术研究与应用

随着数字化技术在煤矿行业的不断进步,创建三维可视化的井下煤矿环境已逐渐成为数字化设计、生产以及管理的基础。通过对矿井进行全方位、多角度的立体观察,可以更加清晰了解整个矿区内各种资源与环境之间相互关系及分布情况,从而使管理人员更容易掌握各方面信息。在矿业项目的实施过程中,巷道被认为是至关重要地空间元素,且在数字化矿山系统中具有至关重要的作用。现深入分析矿井巷道三维建模及可视化技术具体研究与实际应用。

地质及巷道集成3维模型的研究与应用

针对目前地质和巷道独立建模给矿井灾害救援带来的问题，建立了基于面模型的多层3维地质与巷道集成模型，并结合可视化技术为救援决策提供可视化的技术支持。研究了复杂地质体的3维模型和巷道3维模型的关键技术，并给出了基于多层3维地质建模及基于巷道断面构建3维巷道模型的实现方法；最后结合3维巷道网络的弧-节点模型与地层岩性、节点相互关联的拓扑关系，实现了二者的集成建模。在此基础上，采用启发式路径搜索的A＊算法．实现了应急救援路线的智能快速选择。这种集3维地质模型、巷道模型为一体的可视化系统对于矿井的事故救援或定位事故发生地点具有很强的实用性。

基于镜像法的井下巷道无线损耗模型补偿方法

针对目前煤矿井下无线通信网络存在的通信传输损耗及系统构建方面的问题,以无线传感器网络为硬件平台,设计构建井下无线检测定位系统,并运用镜像法分析巷道截面模型对无线电通信接收信号强度的影响,通过研究推导并结合仿真,找到煤矿井下高频无线电信号功率损耗与传播距离的关系和规律,从而建立了井下巷道无线损耗的补偿模型。

矿井灾害的地质及巷道集成三维模型研究

针对目前地质和巷道独立建模给矿井灾害救援带来的问题,建立基于面模型的多层三维地质与巷道集成模型,并结合可视化技术为救援决策提供技术支持。研究复杂地质体的三维模型和巷道三维模型的关键技术,综合三维巷道网络的弧-节点模型与地层岩性、节点相互关联的拓扑关系,实现二者的集成建模。在此基础上,采用启发式路径搜索的A*算法,实现应急救援路线的智能快速选择。

矿井通风系统三维联通巷道建模算法及其应用

提出一种新的矿井通风系统三维联通巷道建模算法即多层闭合轮廓线联合法(Combining Multi-layer Closedcontour Algorithm,CMCA)。对已有的通风系统单线图进行求交、打断等操作,建立节点—正向弧—反向弧网络拓扑结构图;采取逆时针搜索、最外层闭合轮廓线优先提取策略,提取网络拓扑结构图中的所有闭合轮廓线;并对所有闭合轮廓线进行右偏移操作,从而生成一组闭合轮廓线。根据用户输入的生成精度,在巷道顶底板间插入若干与巷道底板平行的面,将巷道在空间上分割成对应的若干层,即可在每一层生成一组闭合轮廓线。然后将这一系列闭合轮廓线三角化,再合并所有三角网格,最终形成三维联通巷道表面模型。CMCA已用于DIMINE数字矿山系统的通风模块中,并在实际矿井通风工程中得到应用。研究结果表明:采用闭合轮廓线法生成通风系统三维联通巷道,实现简单,结果正确,能准确反映矿井巷道的内部联通状况及真实三维空间形态,为矿井通风系统三维联通巷道模型的建立提供了一种新的有效方法。

基于带约束三角剖分的三维巷道建模方法

提出了具有可行性的巷道模型实现方法,将巷道模型抽象为顶盘面、底盘面和侧面3部分。在获取巷道顶盘(或底盘)边界测量数据的条件下,提出了采用约束三角剖分的方法生成巷道模型的上下底盘面,利用两段成面法生成巷道模型的侧面,最后将这些面组合成巷道模型。该方法可以一次性地生成某一开采层面的全部巷道模型,并已成功地运用到以GeoView为平台的"数字紫金"项目中,取得了良好的效果。

马坑铁矿采矿工程三维巷道建模研究

巷道的二维显示方式具有反馈速度慢,线路查看复杂,不能直观、立体、形象地描述井下已有巷道及其空间关系等缺点.采用AutoCAD、Surpac软件,以马坑铁矿巷道数据资料为依据,具体介绍了三维实体巷道建模的思路和过程,并构建了马坑铁矿三维巷道实体模型,实现了马坑铁矿巷道二维表达向三维展现的转化,为实现矿山数字化奠定了基础.

基于空间句法的矿井应急疏散研究与应用

地下矿井作业危险,空间拓扑结构复杂,因而矿山安全事故时有发生,合理的应急疏散路线规划以及疏散指示布置,能够有效提高井下人员的逃生效率,降低人员伤亡与财产损失。结合某地下矿井实例,基于空间句法和GIS网络分析搭建地下矿井巷道网络模型,从逃生人员的空间认知角度出发,利用标准化角度选择度值选取巷道网络模型中的前景网络和背景网络作为主要避险通道,为应急疏散指示标志布置提供参考;考虑巷道宽度、巷道类型、巷道坡度等巷道基础属性信息,并结合空间句法指标——标准化角度整合度,构建巷道网络应急脆弱模型,顾及巷道空间单元的稳定性,规划井下人员的最优认知路径,进而实现了多目标的地下矿井紧急疏散路线规划。该研究不仅能够为地下矿井的巷道布局设计提供建议,还可为地下矿井的应急疏散路线规划辅助决策、应急预案制定提供理论依据,同时为紧急避险系统的建设与完善提供新的思路。

Surpac在数字矿体模型建立中的应用

三维矿体模型对指导矿山生产具有重要的意义,介绍了利用Surpac软件建立数字矿体模型的技术及该软件在某矿山主矿体建模中的应用。

带盲区巷道网络人员全局定位系统

针对现有煤矿人员定位系统成本高、精度低、不能进行全局位置预测等问题,提出一套基于无线传感器网络的巷道网络人员全局定位系统。该系统将井下巷道网络分割成多个以网关为中心的分布式定位单元,当人员经过定位单元时,首先由其随身携带的移动节点通过定位引擎实时计算其在局部定位单元内的位置坐标,并将该位置信息通过网关传送到井上计算机;再通过坐标变换计算出人员在井下巷道网络的三维位置坐标;进而得到人员在监控单元内的速度、方向等信息,并通过位置估计算法预测出人员在盲区的位置。实验结果表明,该系统在地下防空洞环境静态定位误差为2.87m,在室内楼道环境运动估计误差约为4.5m,且长期连续运行无故障,具有很好的可靠性、可扩展性和定位性能。

巷道网络全局定位系统关键技术分析与实验

提出并实现了一种新型带盲区的煤矿巷道人员全局定位系统,介绍了国内外煤矿人员定位系统的研究现状,分析了发展带盲区巷道网络全局定位系统的必要性。从系统应完成的目标角度考虑,较全面地分析了全局定位系统中的基本问题、数据模型、拓扑优化及全局定位等关键问题;构建了全局定位原型系统,并对定位系统在地下巷道环境进行了较全面的实验测试。将全局定位系统和现有的煤矿人员定位系统进行了对比分析,结果表明:全局定位系统在功能、定位性能、成本、可靠性和可维护性等方面具有较大优势。

巷道壁面与瓦斯爆炸相互作用的数值模拟

通过物理机制分析,建立合理的巷道物理模型,并对燃烧爆炸反应模型中阻力系数CD和湍流特征尺度Lt进行修正,模拟实际巷道内壁粗糙情况对瓦斯爆炸传播过程的影响,为模型计算提供修正参数。研究结果表明,巷道壁面条件对瓦斯爆炸过程有很大影响;CD和Lt越大,爆炸峰值超压越大;当CD=3、Lt=0.008时,模拟结果与实验值的偏差最小。

矿山巷道三维动态建模机制研究

当前巷道三维建模是数字矿山的重要组成部分,通过现有技术手段建立的巷道模型虽然满足可视化需求,但由于精度不高,无法满足分析算法和可视化渐变效果的要求。提出了通过生成三角面片的方法,动态创建矿山巷道三维模型。通过阐述巷道断面、巷道壁、巷道底面和巷道交点过渡模型的三角面片建模机制,结合布尔并集运算融合模型,建立满足指定精度要求的矿山巷道三角面片三维模型。

三维巷道拼接建模关键技术研究与实现

在数字矿山建设中井下巷道的三维(3D)展示一直是研究的重点,本文在总结原始巷道导线测量数据的基础上,对巷道组织、拓扑结构、巷道单体及网络建模、巷道拼接等进行了研究,构建并实现了用于三维巷道建模的三维数据模型,然后在对巷道数据进行预处理后通过分层建模的方法依次实现了巷道网面模型、网络及截面模型,最终实现了三维巷道的无缝平滑拼接。最后利用三维开源引擎OpenSceneGraph(OSG)对三维巷道模型进行了实现并开发完成了三维巷道原型系统,在实际生产中具有一定的参考意义。