[發(fā)明專(zhuān)利]一種煤礦井下瓦斯爆炸實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)虛擬現(xiàn)實(shí)仿真方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811490856.6
• 申請(qǐng)日: 2018-12-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109657310B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-08-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王成;邵昊;李濤;韓文虎;范靈鵬;楊同會(huì)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/20
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/20;G06T19/00;E21F17/00;G06F111/10
• 代理公司: 北京正陽(yáng)理工知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鄔曉楠

1.一種煤礦井下瓦斯爆炸實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)虛擬現(xiàn)實(shí)仿真方法，其特征在于：包括如下步驟，

步驟一：調(diào)研礦井實(shí)際情況，收集礦井開(kāi)拓、通風(fēng)資料；所述礦井開(kāi)拓、通風(fēng)資料包括礦井主要通風(fēng)路線及拓?fù)潢P(guān)系、巷道斷面、支護(hù)形式、風(fēng)阻系數(shù)，通風(fēng)構(gòu)筑物信息；

步驟二：根據(jù)步驟一收集的礦井開(kāi)拓、通風(fēng)資料，建立礦井三維爆炸自主仿真模塊、礦井三維實(shí)體模塊2個(gè)基本模塊，利用所述2個(gè)基本模塊形成符合瓦斯爆炸傳播規(guī)律的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的三維爆炸虛擬場(chǎng)景，進(jìn)行三維爆炸虛擬場(chǎng)景實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示仿真；

步驟二具體實(shí)現(xiàn)方法為，

步驟2.1：建立礦井三維爆炸自主仿真模塊，礦井三維爆炸自主仿真模塊包括構(gòu)建礦井三維巷道幾何模型、建立瓦斯爆炸數(shù)學(xué)模型、礦井瓦斯初始化、礦井瓦斯爆炸快速自主模擬、爆炸超壓、爆炸溫度的數(shù)據(jù)讀取和存儲(chǔ)模型；

步驟2.1具體實(shí)現(xiàn)方法為，

步驟2.1.1：根據(jù)各巷道長(zhǎng)度，各巷道節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)值，各巷道節(jié)點(diǎn)連接關(guān)系及各巷道截面形狀，利用建模軟件，構(gòu)建礦井三維巷道幾何模型；

步驟2.1.2：利用網(wǎng)格劃分軟件對(duì)幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分；

步驟2.1.3：建立滿足質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒、能量守恒和化學(xué)組分平衡的非穩(wěn)態(tài)的Navier-Stokes方程、標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流燃燒模型、有限速率和渦耗散的混合模型，求解控制方程，實(shí)現(xiàn)對(duì)瓦斯爆炸的數(shù)值模擬；

步驟2.1.4：對(duì)礦井瓦斯初始化，即初始化瓦斯超限范圍、瓦斯?jié)舛取Ⅻc(diǎn)火源位置；

步驟2.1.5：進(jìn)行礦井瓦斯爆炸快速自主模擬，并根據(jù)模擬結(jié)果對(duì)爆炸超壓、爆炸溫度的數(shù)據(jù)讀取和存儲(chǔ)；在數(shù)值模擬模型中每隔預(yù)設(shè)間隔距離設(shè)置一個(gè)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，設(shè)置數(shù)值模擬的時(shí)間步長(zhǎng)，每預(yù)設(shè)時(shí)間讀取各數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的爆炸壓力和火焰數(shù)據(jù)，并根據(jù)模擬結(jié)果對(duì)爆炸超壓、爆炸溫度的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，數(shù)據(jù)庫(kù)中的每一組數(shù)據(jù)都包含三維坐標(biāo)位置、時(shí)間、爆炸壓力、爆炸火焰，所述三維坐標(biāo)位置包括橫向x、縱向y、豎向z；

步驟2.2：礦井三維實(shí)體模塊用于構(gòu)建礦井三維虛擬場(chǎng)景模型，建立爆炸火焰顏色、爆炸聲音強(qiáng)度、物品破壞等虛擬仿真要素?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，構(gòu)建各要素與爆炸溫度、爆炸超壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系；

步驟2.2具體實(shí)現(xiàn)方法為，

步驟2.2.1：根據(jù)2.1中礦井三維巷道幾何模型以及1.2中礦井各巷道的支護(hù)類(lèi)型和截面形狀，利用三維繪圖軟件構(gòu)建礦井三維實(shí)體模塊虛擬場(chǎng)景；

所述巷道的支護(hù)類(lèi)型包括錨桿支護(hù)、錨桿錨網(wǎng)支護(hù)、錨桿錨梁支護(hù)、錨桿錨網(wǎng)噴漿支護(hù)、素噴漿支護(hù)、碹石起拱支護(hù)、現(xiàn)澆鋼筋水泥支護(hù)、U型鋼支護(hù)、工字鋼三節(jié)棚支護(hù)、裸體支護(hù)；

所述截面形狀包括矩形、梯形、多角形、拱形、圓形、馬蹄形、橢圓形；

步驟2.2.2：繪制采煤機(jī)、采煤支架、掘進(jìn)機(jī)、軌道、皮帶、風(fēng)筒、管路、風(fēng)門(mén)設(shè)備在正常工作狀態(tài)下的三維圖像，根據(jù)各設(shè)備在巷道中的實(shí)際布置情況，確定各設(shè)備在礦井三維實(shí)體模塊虛擬場(chǎng)景中的具體坐標(biāo)位置，形成設(shè)備的正常狀態(tài)圖像數(shù)據(jù)庫(kù)和坐標(biāo)位置數(shù)據(jù)庫(kù)；

步驟2.2.3：在全尺寸瓦斯爆炸實(shí)驗(yàn)巷道中，合理布置采煤機(jī)、采煤支架、掘進(jìn)機(jī)、軌道、皮帶、風(fēng)筒、管路、風(fēng)門(mén)設(shè)備，并安設(shè)爆炸壓力、爆炸火焰亮度、爆炸溫度、爆炸聲音強(qiáng)度測(cè)試傳感器，進(jìn)行瓦斯爆炸實(shí)驗(yàn)；

步驟2.2.4：錄制不同爆炸壓力下，各設(shè)備受沖擊破壞后的三維圖像，利用三維繪圖軟件繪制各設(shè)備在不同破壞壓力下的破壞狀態(tài)模型；利用數(shù)據(jù)庫(kù)建立爆炸壓力與各設(shè)備破壞狀態(tài)模型相對(duì)應(yīng)的設(shè)備破壞狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)；

步驟2.2.5：利用爆炸溫度和爆炸火焰亮度傳感器，分別記錄爆炸溫度和爆炸火焰顏色的數(shù)據(jù)，建立爆炸火焰溫度范圍和爆炸火焰顏色相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)；

步驟2.2.6：利用爆炸壓力和爆炸聲音強(qiáng)度傳感器，測(cè)定爆炸壓力和爆炸聲音強(qiáng)度的關(guān)系，建立爆炸壓力和爆炸聲音強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)；

步驟2.3：根據(jù)礦井三維爆炸自主仿真模塊得出的爆炸壓力、爆炸溫度實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)讀取虛擬仿真要素?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中的仿真要素，并將對(duì)應(yīng)仿真要素實(shí)時(shí)映射到礦井三維虛擬場(chǎng)景中，即形成符合瓦斯爆炸傳播規(guī)律的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的三維爆炸虛擬場(chǎng)景，進(jìn)行三維爆炸虛擬場(chǎng)景實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示仿真。

2.如權(quán)利要求1所述的一種煤礦井下瓦斯爆炸實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)虛擬現(xiàn)實(shí)仿真方法，其特征在于：還包括步驟三，利用步驟2.3進(jìn)行的三維爆炸虛擬場(chǎng)景實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示仿真，對(duì)爆炸事故的動(dòng)態(tài)感知、評(píng)價(jià)和預(yù)防，進(jìn)而提高對(duì)瓦斯爆炸事故的動(dòng)態(tài)感知能力和災(zāi)害預(yù)防效果。