[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

说明书

本发明公开的一种煤矿井下瓦斯爆炸实时动态虚拟现实仿真方法，属于灾害预防领域。本发明实现方法为：调研矿井实际情况，收集矿井开拓、通风资料；根据收集的矿井开拓、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；利用所述三维爆炸虚拟场景实时动态显示仿真结果，观察者可以身临其境的体会到煤矿井下瓦斯爆炸的整个过程，有利于对瓦斯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。

技术领域

本发明涉及一种煤矿井下瓦斯爆炸实时动态虚拟现实仿真方法，属于灾害预防领域。

背景技术

近几年来，随着我国煤矿安全生产工作的逐步深入，煤矿的整体安全生产水平有了大幅度的提高，煤矿安全生产呈现总体稳定、趋向好转的发展态势。尽管如此，安全生产的形势依然严峻，事故总量仍然偏大，重特大事故多发，煤矿事故占工矿企业一次死亡10人以上特大事故的72.8％～89.6％。据矿山事故分析和权威数据统计，瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出以及由此引发的继发性事故一直是导致煤矿重大人员伤亡、威胁矿工生命的头号杀手。对瓦斯爆炸事故特性的研究一直是热门研究领域。

当前，煤矿爆炸仿真模拟软件已经能够模拟爆炸冲击波和爆炸温度的传播过程，但需要专门的后处理软件才能显示单一物理场的变化图像，不能直观反映爆炸传播的宏观变化过程，其研究结果无法为煤矿基层安全技术工作者理解和服务。为此，有人提出利用虚拟现实技术，通过计算机图形技术，基于真实的矿井巷道布置，构建虚拟的瓦斯爆炸场景，利用输出设备让用户通过视觉、听觉、触觉等感官，获得接近真实瓦斯爆炸事故的体验。但这种场景完全是人为制作的，不符合瓦斯爆炸传播基本规律，不能反映矿井的实际爆炸传播特点。

发明内容

本发明公开的一种煤矿井下瓦斯爆炸实时动态虚拟现实仿真方法要解决的技术问题为：将爆炸仿真模拟软件得出的真实的爆炸传播参数与展示爆炸场景的冲击、火焰、声音等元素相结合，构建符合瓦斯爆炸传播规律的虚拟瓦斯爆炸场景，用于对瓦斯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。

本发明目的是通过下述技术方案实现的。

本发明公开的一种煤矿井下瓦斯爆炸实时动态虚拟现实仿真方法，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。

步骤一具体实现方法为：

步骤1.1：收集矿井通风系统平面图及通风系统立体图，得到矿通风路线及通风网络拓扑关系，包括各巷道长度、各巷道节点坐标值、各巷道节点连接关系；

步骤1.2：收集矿井开拓开采平面图、得到矿井各巷道的支护类型和截面形状。

步骤1.3：现场调研各巷道中的关键设备及布置图，包括采煤机、采煤支架、掘进机、轨道、皮带、风筒、管路、风门。

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：