[發明專利]一種基于三維模型的地下礦山斜坡道構建方法

在審

• 申請號: 201410635688.0
• 申請日: 2014-11-12
• 公開（公告）號: CN104408771A
• 公開（公告）日: 2015-03-11
• 發明（設計）人: 徐帥;李元輝;唐忠偉;王運森;張小輝;閆騰飛;張馳;李坤蒙;莫東旭;侯朋遠;張偉峰
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G06T17/05
• 分類號: G06T17/05
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

技術領域

本發明屬于采礦工程可視化技術領域，具體涉及一種基于三維模型的地下礦山斜坡道構建方法。

背景技術

無軌設備由于機動、靈活、效率高、自動化程度高，無軌設備在地下礦山應用越來越廣泛。隨著無軌設備的發展和井下大量使用，為了便于無軌設備運輸礦石和出入井下，產生了斜坡道，隨著新采礦方法的應用和改進，斜坡道在采礦中起到了很大的作用：

首先，減輕了勞動強度；工人在向采場運送物料時，由斜坡道直達采場，改變了原來由混合溜礦井運送物料的方式，減輕了勞動強度，提高了工作效率；

其次，安全性有了更大的保障；斜坡道經過錨噴及其它支護形式維護后，巷道圍巖得以穩固，人員經其進入采場的安全性得到保障；改變了以前由溜礦井進入采場時需爬一定高度且安全性差的梯子；

第三，增強了安全性；斜坡道將原來只有一個緊急安全出口的多個獨立采場合并為具有三個或四個安全出口的一個采場；采場發生事故時，人員撤離的渠道增多，安全性增強；

第四，改善了通風條件；原獨立單元采場采礦時，每個采場一臺壓入式風機進行吹煙，炮煙散盡緩慢。使用斜坡道工程采準時，采場多條聯絡道與斜坡道相通，炮煙散盡快；

斜坡道依據運輸線路的布置形成，分為直線式，折返式和螺旋式三種。這三種類型的斜坡道，都由直線段和曲線段組合而成，其中直線段用于改變高程，曲線段用于改變方向和高程。相對于井巷工程而言，其具有獨特的特征，因此，斜坡道三維模型構建技術不同于井巷建模。

隨著礦業信息化浪潮不斷擴大和深入，礦山信息建設的深度和廣度越來越大。數字礦山、智能礦山建要求將礦山的開采對象、開采工程、開采環境、開采行為等信息簡捷、快速、高效的可視化與動態更新，從而與生產實踐保持一致，為數字開采或智能開采提供支撐。礦山斜坡道的建模技術相對較少，當前多采用手工方法建模，效率低下，無法滿足工程快速可視化的需求。

巷道是礦山生產的動脈，擔負著物資運輸、通風、人員流動通道等功能，對礦山的生產安全和經濟效益具有直接的影響。礦山巷道分布縱橫交錯、錯綜復雜，如何立體、直觀、準確地表現巷道并反映其空間關系，是巷道設計的難點。

斜坡道的平面設計圖紙，以二維圖形表示復雜的井筒、巷道分布，很不直觀。當前借助手工的斜坡道三維建模方法，工序繁雜、步驟繁多，構建工作依賴手工試湊，工作量大，構建工作量繁重，自動化程度低。斜坡道的建模，需要對斜坡道的空間形態有較好的理解，需要有雄厚的專業背景知識，方能將平面設計圖紙轉化為斜坡道三維模型，不利于專業分工與協作。所構建的模型，精度差，時效性差，修改困難，不能與生產保持實時一致，不利于及時呈現生產作業狀態。手工建模，無法添加斜坡道的附屬工程信息，只能構建斜坡道的空間幾何形態，無法呈現工程屬性，如工程量，工程施工、工程組織等、工程驗收等信息，因此，構建的模型，不能很好的支持工程檢索、查詢、分析等功能。

發明內容

針對現有技術的缺點，本發明提出一種基于三維模型的地下礦山斜坡道構建方法，以達到為礦山無軌設備運行提供支撐，為井下人員車輛的運行、定位提供工程環境，為工程信息檢索、工程施工組織提供服務，為下一步虛擬漫游以及采掘量的估算提供數據來源的目的。

一種基于三維模型的地下礦山斜坡道構建方法，包括以下步驟：

步驟1、根據地下礦山斜坡道的平面圖數據，確定斜坡道起點平面坐標、每段直道長度、每個彎道的旋轉半徑和每個彎道的旋轉角度，根據上述參數，在計算機中構建斜坡道的平面路徑；

步驟2、根據地下礦山斜坡道的平面圖數據，確定斜坡道每個直道的坡度和每個彎道的坡度，獲得斜坡道起點的高程，具體如下：

步驟2-1、根據地下礦山斜坡道的平面圖數據，確定第一直道起點的三維坐標；

步驟2-2、根據該直道長度和坡度，確定該直道終點和起點的高差，進而獲得該直道終點的三維坐標；

步驟2-3、將第一彎道平均插入若干個點，根據該彎道的起點平面坐標，即第一直道的終點平面坐標、以x軸正方向為始邊第一條直道前進方向為終邊的角度、彎道的旋轉半徑和每個彎道的旋轉角度，計算獲得每個插入點的平面坐標，再根據彎道的坡度，計算獲得每個插入點的三維坐標；

步驟2-4、反復執行步驟2-1至步驟2-3，直至獲得斜坡道平面路徑上所有點的三維坐標；

步驟2-5、將路徑上點的三維坐標進行連接，獲得斜坡道的三維路徑；

步驟3、根據實際礦山的巷道斷面，確定斜坡道斷面形狀；

步驟4、將斜坡道斷面從斜坡道起點，沿斜坡道三維路徑進行拉伸，獲得斜坡道三維模型；