[发明专利]一种基于三维模型的地下矿山斜坡道构建方法

说明书

技术领域

本发明属于采矿工程可视化技术领域，具体涉及一种基于三维模型的地下矿山斜坡道构建方法。

背景技术

无轨设备由于机动、灵活、效率高、自动化程度高，无轨设备在地下矿山应用越来越广泛。随着无轨设备的发展和井下大量使用，为了便于无轨设备运输矿石和出入井下，产生了斜坡道，随着新采矿方法的应用和改进，斜坡道在采矿中起到了很大的作用：

首先，减轻了劳动强度；工人在向采场运送物料时，由斜坡道直达采场，改变了原来由混合溜矿井运送物料的方式，减轻了劳动强度，提高了工作效率；

其次，安全性有了更大的保障；斜坡道经过锚喷及其它支护形式维护后，巷道围岩得以稳固，人员经其进入采场的安全性得到保障；改变了以前由溜矿井进入采场时需爬一定高度且安全性差的梯子；

第三，增强了安全性；斜坡道将原来只有一个紧急安全出口的多个独立采场合并为具有三个或四个安全出口的一个采场；采场发生事故时，人员撤离的渠道增多，安全性增强；

第四，改善了通风条件；原独立单元采场采矿时，每个采场一台压入式风机进行吹烟，炮烟散尽缓慢。使用斜坡道工程采准时，采场多条联络道与斜坡道相通，炮烟散尽快；

斜坡道依据运输线路的布置形成，分为直线式，折返式和螺旋式三种。这三种类型的斜坡道，都由直线段和曲线段组合而成，其中直线段用于改变高程，曲线段用于改变方向和高程。相对于井巷工程而言，其具有独特的特征，因此，斜坡道三维模型构建技术不同于井巷建模。

随着矿业信息化浪潮不断扩大和深入，矿山信息建设的深度和广度越来越大。数字矿山、智能矿山建要求将矿山的开采对象、开采工程、开采环境、开采行为等信息简捷、快速、高效的可视化与动态更新，从而与生产实践保持一致，为数字开采或智能开采提供支撑。矿山斜坡道的建模技术相对较少，当前多采用手工方法建模，效率低下，无法满足工程快速可视化的需求。

巷道是矿山生产的动脉，担负着物资运输、通风、人员流动通道等功能，对矿山的生产安全和经济效益具有直接的影响。矿山巷道分布纵横交错、错综复杂，如何立体、直观、准确地表现巷道并反映其空间关系，是巷道设计的难点。

斜坡道的平面设计图纸，以二维图形表示复杂的井筒、巷道分布，很不直观。当前借助手工的斜坡道三维建模方法，工序繁杂、步骤繁多，构建工作依赖手工试凑，工作量大，构建工作量繁重，自动化程度低。斜坡道的建模，需要对斜坡道的空间形态有较好的理解，需要有雄厚的专业背景知识，方能将平面设计图纸转化为斜坡道三维模型，不利于专业分工与协作。所构建的模型，精度差，时效性差，修改困难，不能与生产保持实时一致，不利于及时呈现生产作业状态。手工建模，无法添加斜坡道的附属工程信息，只能构建斜坡道的空间几何形态，无法呈现工程属性，如工程量，工程施工、工程组织等、工程验收等信息，因此，构建的模型，不能很好的支持工程检索、查询、分析等功能。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明提出一种基于三维模型的地下矿山斜坡道构建方法，以达到为矿山无轨设备运行提供支撑，为井下人员车辆的运行、定位提供工程环境，为工程信息检索、工程施工组织提供服务，为下一步虚拟漫游以及采掘量的估算提供数据来源的目的。

一种基于三维模型的地下矿山斜坡道构建方法，包括以下步骤：

步骤1、根据地下矿山斜坡道的平面图数据，确定斜坡道起点平面坐标、每段直道长度、每个弯道的旋转半径和每个弯道的旋转角度，根据上述参数，在计算机中构建斜坡道的平面路径；

步骤2、根据地下矿山斜坡道的平面图数据，确定斜坡道每个直道的坡度和每个弯道的坡度，获得斜坡道起点的高程，具体如下：

步骤2-1、根据地下矿山斜坡道的平面图数据，确定第一直道起点的三维坐标；

步骤2-2、根据该直道长度和坡度，确定该直道终点和起点的高差，进而获得该直道终点的三维坐标；

步骤2-3、将第一弯道平均插入若干个点，根据该弯道的起点平面坐标，即第一直道的终点平面坐标、以x轴正方向为始边第一条直道前进方向为终边的角度、弯道的旋转半径和每个弯道的旋转角度，计算获得每个插入点的平面坐标，再根据弯道的坡度，计算获得每个插入点的三维坐标；

步骤2-4、反复执行步骤2-1至步骤2-3，直至获得斜坡道平面路径上所有点的三维坐标；

步骤2-5、将路径上点的三维坐标进行连接，获得斜坡道的三维路径；

步骤3、根据实际矿山的巷道断面，确定斜坡道断面形状；

步骤4、将斜坡道断面从斜坡道起点，沿斜坡道三维路径进行拉伸，获得斜坡道三维模型；