[發明專利]一種煤礦井下瓦斯爆炸實時動態虛擬現實仿真方法

有效

• 申請號: 201811490856.6
• 申請日: 2018-12-07
• 公開（公告）號: CN109657310B
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發明（設計）人: 王成;邵昊;李濤;韓文虎;范靈鵬;楊同會
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06T19/00;E21F17/00;G06F111/10
• 代理公司: 北京正陽理工知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鄔曉楠

本發明公開的一種煤礦井下瓦斯爆炸實時動態虛擬現實仿真方法，屬于災害預防領域。本發明實現方法為：調研礦井實際情況，收集礦井開拓、通風資料；根據收集的礦井開拓、通風資料，建立礦井三維爆炸自主仿真模塊、礦井三維實體模塊2個基本模塊，利用所述2個基本模塊形成符合瓦斯爆炸傳播規律的實時動態的三維爆炸虛擬場景，進行三維爆炸虛擬場景實時動態顯示仿真；利用所述三維爆炸虛擬場景實時動態顯示仿真結果，觀察者可以身臨其境的體會到煤礦井下瓦斯爆炸的整個過程，有利于對瓦斯爆炸事故的動態感知、評價和預防，進而提高對瓦斯爆炸事故的動態感知能力和災害預防效果。

技術領域

本發明涉及一種煤礦井下瓦斯爆炸實時動態虛擬現實仿真方法，屬于災害預防領域。

背景技術

近幾年來，隨著我國煤礦安全生產工作的逐步深入，煤礦的整體安全生產水平有了大幅度的提高，煤礦安全生產呈現總體穩定、趨向好轉的發展態勢。盡管如此，安全生產的形勢依然嚴峻，事故總量仍然偏大，重特大事故多發，煤礦事故占工礦企業一次死亡10人以上特大事故的72.8％～89.6％。據礦山事故分析和權威數據統計，瓦斯爆炸、煤與瓦斯突出以及由此引發的繼發性事故一直是導致煤礦重大人員傷亡、威脅礦工生命的頭號殺手。對瓦斯爆炸事故特性的研究一直是熱門研究領域。

當前，煤礦爆炸仿真模擬軟件已經能夠模擬爆炸沖擊波和爆炸溫度的傳播過程，但需要專門的后處理軟件才能顯示單一物理場的變化圖像，不能直觀反映爆炸傳播的宏觀變化過程，其研究結果無法為煤礦基層安全技術工作者理解和服務。為此，有人提出利用虛擬現實技術，通過計算機圖形技術，基于真實的礦井巷道布置，構建虛擬的瓦斯爆炸場景，利用輸出設備讓用戶通過視覺、聽覺、觸覺等感官，獲得接近真實瓦斯爆炸事故的體驗。但這種場景完全是人為制作的，不符合瓦斯爆炸傳播基本規律，不能反映礦井的實際爆炸傳播特點。

發明內容

本發明公開的一種煤礦井下瓦斯爆炸實時動態虛擬現實仿真方法要解決的技術問題為：將爆炸仿真模擬軟件得出的真實的爆炸傳播參數與展示爆炸場景的沖擊、火焰、聲音等元素相結合，構建符合瓦斯爆炸傳播規律的虛擬瓦斯爆炸場景，用于對瓦斯爆炸事故的動態感知、評價和預防，進而提高對瓦斯爆炸事故的動態感知能力和災害預防效果。

本發明目的是通過下述技術方案實現的。

本發明公開的一種煤礦井下瓦斯爆炸實時動態虛擬現實仿真方法，包括如下步驟：

步驟一：調研礦井實際情況，收集礦井開拓、通風資料。所述礦井開拓、通風資料包括礦井主要通風路線及拓撲關系、巷道斷面、支護形式、風阻系數，通風構筑物信息。

步驟一具體實現方法為：

步驟1.1：收集礦井通風系統平面圖及通風系統立體圖，得到礦通風路線及通風網絡拓撲關系，包括各巷道長度、各巷道節點坐標值、各巷道節點連接關系；

步驟1.2：收集礦井開拓開采平面圖、得到礦井各巷道的支護類型和截面形狀。

步驟1.3：現場調研各巷道中的關鍵設備及布置圖，包括采煤機、采煤支架、掘進機、軌道、皮帶、風筒、管路、風門。

步驟二：根據步驟一收集的礦井開拓、通風資料，建立礦井三維爆炸自主仿真模塊、礦井三維實體模塊2個基本模塊，利用所述2個基本模塊形成符合瓦斯爆炸傳播規律的實時動態的三維爆炸虛擬場景，進行三維爆炸虛擬場景實時動態顯示仿真。

步驟二具體實現方法為，

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建礦井三維巷道幾何模型、建立瓦斯爆炸數學模型、礦井瓦斯初始化、礦井瓦斯爆炸快速自主模擬、爆炸超壓、爆炸溫度的數據讀取和存儲模型。

步驟2.1具體實現方法為：