[发明专利]一种煤矿井下瓦斯爆炸实时动态虚拟现实仿真方法

权利要求书

1.一种煤矿井下瓦斯爆炸实时动态虚拟现实仿真方法，其特征在于：包括如下步骤，

步骤一：调研矿井实际情况，收集矿井开拓、通风资料；所述矿井开拓、通风资料包括矿井主要通风路线及拓扑关系、巷道断面、支护形式、风阻系数，通风构筑物信息；

步骤二：根据步骤一收集的矿井开拓、通风资料，建立矿井三维爆炸自主仿真模块、矿井三维实体模块2个基本模块，利用所述2个基本模块形成符合瓦斯爆炸传播规律的实时动态的三维爆炸虚拟场景，进行三维爆炸虚拟场景实时动态显示仿真；

步骤二具体实现方法为，

步骤2.1：建立矿井三维爆炸自主仿真模块，矿井三维爆炸自主仿真模块包括构建矿井三维巷道几何模型、建立瓦斯爆炸数学模型、矿井瓦斯初始化、矿井瓦斯爆炸快速自主模拟、爆炸超压、爆炸温度的数据读取和存储模型；

步骤2.1具体实现方法为，

步骤2.1.1：根据各巷道长度，各巷道节点坐标值，各巷道节点连接关系及各巷道截面形状，利用建模软件，构建矿井三维巷道几何模型；

步骤2.1.2：利用网格划分软件对几何模型进行网格划分；

步骤2.1.3：建立满足质量守恒、动量守恒、能量守恒和化学组分平衡的非稳态的Navier-Stokes方程、标准k-ε湍流燃烧模型、有限速率和涡耗散的混合模型，求解控制方程，实现对瓦斯爆炸的数值模拟；

步骤2.1.4：对矿井瓦斯初始化，即初始化瓦斯超限范围、瓦斯浓度、点火源位置；

步骤2.1.5：进行矿井瓦斯爆炸快速自主模拟，并根据模拟结果对爆炸超压、爆炸温度的数据读取和存储；在数值模拟模型中每隔预设间隔距离设置一个数据监测点，设置数值模拟的时间步长，每预设时间读取各数据监测点的爆炸压力和火焰数据，并根据模拟结果对爆炸超压、爆炸温度的数据实时存储在数据库中，数据库中的每一组数据都包含三维坐标位置、时间、爆炸压力、爆炸火焰，所述三维坐标位置包括横向x、纵向y、竖向z；

步骤2.2：矿井三维实体模块用于构建矿井三维虚拟场景模型，建立爆炸火焰颜色、爆炸声音强度、物品破坏等虚拟仿真要素数据库，构建各要素与爆炸温度、爆炸超压的对应关系；

步骤2.2具体实现方法为，

步骤2.2.1：根据2.1中矿井三维巷道几何模型以及1.2中矿井各巷道的支护类型和截面形状，利用三维绘图软件构建矿井三维实体模块虚拟场景；

所述巷道的支护类型包括锚杆支护、锚杆锚网支护、锚杆锚梁支护、锚杆锚网喷浆支护、素喷浆支护、碹石起拱支护、现浇钢筋水泥支护、U型钢支护、工字钢三节棚支护、裸体支护；

所述截面形状包括矩形、梯形、多角形、拱形、圆形、马蹄形、椭圆形；

步骤2.2.2：绘制采煤机、采煤支架、掘进机、轨道、皮带、风筒、管路、风门设备在正常工作状态下的三维图像，根据各设备在巷道中的实际布置情况，确定各设备在矿井三维实体模块虚拟场景中的具体坐标位置，形成设备的正常状态图像数据库和坐标位置数据库；

步骤2.2.3：在全尺寸瓦斯爆炸实验巷道中，合理布置采煤机、采煤支架、掘进机、轨道、皮带、风筒、管路、风门设备，并安设爆炸压力、爆炸火焰亮度、爆炸温度、爆炸声音强度测试传感器，进行瓦斯爆炸实验；

步骤2.2.4：录制不同爆炸压力下，各设备受冲击破坏后的三维图像，利用三维绘图软件绘制各设备在不同破坏压力下的破坏状态模型；利用数据库建立爆炸压力与各设备破坏状态模型相对应的设备破坏状态数据库；

步骤2.2.5：利用爆炸温度和爆炸火焰亮度传感器，分别记录爆炸温度和爆炸火焰颜色的数据，建立爆炸火焰温度范围和爆炸火焰颜色相对应的数据库；

步骤2.2.6：利用爆炸压力和爆炸声音强度传感器，测定爆炸压力和爆炸声音强度的关系，建立爆炸压力和爆炸声音强度相对应的数据库；

步骤2.3：根据矿井三维爆炸自主仿真模块得出的爆炸压力、爆炸温度实时数据，实时读取虚拟仿真要素数据库中的仿真要素，并将对应仿真要素实时映射到矿井三维虚拟场景中，即形成符合瓦斯爆炸传播规律的实时动态的三维爆炸虚拟场景，进行三维爆炸虚拟场景实时动态显示仿真。

2.如权利要求1所述的一种煤矿井下瓦斯爆炸实时动态虚拟现实仿真方法，其特征在于：还包括步骤三，利用步骤2.3进行的三维爆炸虚拟场景实时动态显示仿真，对爆炸事故的动态感知、评价和预防，进而提高对瓦斯爆炸事故的动态感知能力和灾害预防效果。