瓦斯抽采系統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)分析
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摘要：采用可視化與計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)對(duì)瓦斯抽采工藝系統(tǒng)開(kāi)展研發(fā)，利用3DMAX和NURBS曲面技術(shù)實(shí)現(xiàn)了巷道系統(tǒng)及瓦斯抽采系統(tǒng)的仿真，結(jié)果表明：該仿真系統(tǒng)成功地展示鉆孔布置，抽采范圍以及瓦斯運(yùn)移狀況，具有直觀(guān)、生動(dòng)和易懂等特點(diǎn)，可用于煤礦安全培訓(xùn)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工和培訓(xùn)學(xué)習(xí)具有一定的指導(dǎo)意義。
關(guān)鍵詞:虛擬仿真；瓦斯抽采；計(jì)算機(jī)；安全培訓(xùn)
1概述
礦井瓦斯是煤礦的主要災(zāi)害之一，預(yù)防突出的主要方法之一是預(yù)抽采瓦斯[1-3]。隨著軟件開(kāi)發(fā)應(yīng)用的高速發(fā)展，越來(lái)越多的計(jì)算機(jī)軟件應(yīng)用到了礦井設(shè)計(jì)和預(yù)測(cè)中。根據(jù)瓦斯抽采形態(tài)，采用計(jì)算機(jī)技術(shù)（3DMAX、NURBS曲面技術(shù)）建立三維巷道仿真模型和瓦斯抽采工藝系統(tǒng)等的虛擬仿真，將整個(gè)工藝過(guò)程用模型動(dòng)作制成動(dòng)畫(huà)演示出來(lái)，直觀(guān)地展示了抽采瓦斯的相關(guān)細(xì)節(jié)，可供人員學(xué)習(xí)和培訓(xùn)應(yīng)用。
2瓦斯抽采仿真系統(tǒng)研發(fā)
本文借助計(jì)算機(jī)結(jié)合3DMAX軟件，把井下瓦斯抽采工程中的巖層、鉆場(chǎng)、巷道、瓦斯抽采管道等要素展現(xiàn)出來(lái)，在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中，涉及的關(guān)鍵技術(shù)包括系統(tǒng)的智能化、三維要素的建模和顯示等，運(yùn)用控制插值算法的精度和視窗的消隱與裁剪等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了多角度觀(guān)察、旋轉(zhuǎn)、透明處理等可視化功能。
2.1巷道模型仿真
以拱形巷道為例，通過(guò)NURBS中CV曲線(xiàn)創(chuàng)建巷道輪廓，利用UV放樣曲面生成巷道斷面，進(jìn)行UV放樣時(shí)先畫(huà)出CV曲線(xiàn)，當(dāng)點(diǎn)擊修改面，出現(xiàn)NURBS的工具面板，依次選擇兩條曲線(xiàn)即可生成巷道斷面圖形，將各條巷道用中心線(xiàn)條表示；利用創(chuàng)建“復(fù)合對(duì)象”中的放樣工具，拾取已創(chuàng)建的巷道斷面作為基本圖形，放樣得到立體巷道模型，輔以巷道內(nèi)部管路、軌道等設(shè)施模型設(shè)計(jì)，抽排巷道的三維巷道模型。
2.2瓦斯抽采系統(tǒng)模型仿真
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)抽采工藝，基于抽采設(shè)備的3DMAX靜態(tài)建模，模擬了抽采巷道、卸壓煤層的空間位置關(guān)系，并實(shí)現(xiàn)了鉆機(jī)，注漿泵、油泵等抽采設(shè)備的創(chuàng)建及配套。在3DMAX中設(shè)置模型透明度參數(shù)，使內(nèi)部煤巖體變得透明可見(jiàn)，設(shè)置多個(gè)角度的攝像機(jī)路徑進(jìn)行分段渲染，設(shè)定攝像線(xiàn)性路徑，攝像機(jī)在渲染時(shí)沿著指定路徑運(yùn)動(dòng)。打開(kāi)“修改”命令，設(shè)置攝像機(jī)鏡頭參數(shù)，達(dá)到較好的攝影效果，在渲染窗口設(shè)置視頻的幀數(shù)，控制演示速度和時(shí)間。通過(guò)仿真，清晰展示了煤層與鉆場(chǎng)、巷道層位的關(guān)系，具有較強(qiáng)的立體感，將鉆桿鉆進(jìn)，注漿封孔及瓦斯流動(dòng)真實(shí)地展現(xiàn)出來(lái)，實(shí)現(xiàn)了可視化，有利于工程技術(shù)人員對(duì)該工藝的了解。
3結(jié)論
本文建立的可視化瓦斯抽采計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)在一定程度上反映了瓦斯抽采的主要工藝過(guò)程，清晰地顯示鉆孔布置，抽采范圍，瓦斯運(yùn)移狀況。該仿真系統(tǒng)可直接應(yīng)用在其他煤礦企業(yè)的安全培訓(xùn)中，能夠?qū)@孔布置及參數(shù)設(shè)計(jì)模型準(zhǔn)確形象地用于培訓(xùn)教學(xué)上，同時(shí)，可為煤礦瓦斯抽采及綜合治理提供一定參考。
參考文獻(xiàn)
[1]林柏泉,孟凡偉,張海賓.基于區(qū)域瓦斯治理的鉆割抽一體化技術(shù)及應(yīng)用[J].煤炭學(xué)報(bào),2011,01:75-79.
[2]徐乃忠,涂敏.三維立體瓦斯抽采鉆孔程序設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J].煤礦安全,2013,09:17-19.
[3]張鋒,梁一鴻,陳國(guó)華等.基于3DMAX的礦體三維立體形態(tài)研究[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào),2007,37(1):48-53.
作者：史友升 單位：國(guó)投新集能源股份有限公司培訓(xùn)中心駐劉莊煤礦培訓(xùn)辦