探究虚拟现实技术在煤矿开采中的应用

[摘 要]在煤矿开采过程中，由于开采环境位于地下，工艺工序又颇为复杂。与此同时，煤矿开采又是一个工期长、投资大、安全隐患高的行业，很容易发生安全事故。为了设计合适的开采工序，排除危险因素，虚拟现实技术被引入到了煤矿开采中来。通过虚拟现实技术建立起的虚拟煤矿可以模拟矿井的整个环境，用户可以模拟矿井开采中的各种操作，进而有效的优化巷道，选择更加合适的设备，并进行生态环境重建。

[关键词]虚拟现实技术；煤矿开采；巷道

中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）27-0362-01

伴随着我国国民经济的飞速发展，各个行业都在迅猛的向前发展，作为最基础的能源之一，煤炭在我国的工业生产中占据了非常重要的地位。为了有效提高煤矿开采效率并保证安全生产，必须引进高水平的创新型技术。近年来，虚拟现实技术由于其能够对真实世界进行模拟仿真的特点，在煤矿开采中得到了广泛的应用。

一、虚拟现实技术概述

（一）基本概念

虚拟现实技术被简称为VR，通过计算机利用数学方法对现实世界进行仿真模拟。用户可以通过寻你世界，将现实世界中无法沟通多种信息联系到一起进行模拟，体验无法在现实生活中实现的情景，进而可以间接地了解该类状况的出现原因以及发展变化趋势，从而为用户提供合理的解决方案。

（二）主要特点

虚拟现实技术共有三个主要的特点，由于该技术以计算机为基础，所以基本特点也与计算机有关。下面分别介绍：虚拟特点。虚拟现实技术虽然涉及到现实，但其本质上仍然是虚拟的，并不能在现实生活中实现，是通过想象模拟出的情景。因此，该技术可以避免现实场景中对工作人员造成的危险，同时节约成本。人机交互特点，因为计算机进行虚拟现实模拟时也要根据真实场景的参数进行模拟，所以，操作人员需要在计算机上输入数据信息，保证实时性，并及时给予工作人员辅助决策意见。智能特点，虚拟场景设计完毕以后，并不是一成不变的，要结合实际需求设计一些针对性的变量，进而实现虚拟世界和现实世界的同步变化，实现智能化的虚拟世界。

（三）展现状

国内外对于虚拟现实技术的研究已经取得了一定的成果，然而，我国研究虚拟现实技术的时间并不长，与一些发达国家对比，仍然存在着很大的差距。但是近年来，对于虚拟现实技术的重视正在逐步加强，特别是煤矿开采领域中，更是有着极为广阔的发展前景。目前，我国的众多相关专家学者已经投入到了煤矿虚拟技术的研发中，同时正在培训新时期需要的高素质旷工。

二、煤矿开采中的虚拟现实技术应用

（一）三维自动制图

大多数煤矿的地质条件都是极为复杂的，而工作地点往往处于地面的百米以下位置，具体的工作对象更是颇为复杂。复杂的煤层彼此交织到一块，为工作人员带来了极大的麻烦。为了能够准确快速的获得第一手资料，并设计合理的开采工序流程，必须开发出三维模拟软件。煤矿虚拟现实技术可以模拟实际矿区的三维坐标，进而有效确定具体某一点的位置，这为实际操作提供了极大的方便。

（二）生产模拟仿真

有了三维模拟软件以后，并可以对整个生产过程进行模拟，并整合出具体的开采技术方案，将井下所有的涉及到的设备、工作面状况、巷道、工人全部考虑在内。通过鼠标和键盘控制虚拟出的工人进行工作，从一开始进入到井下，直到坐罐笼、到达井下的车场，并模拟出中央水泵房以及变电所，虚拟出的工人可以在井下进行漫游，查看各种仿真设备运行状况，也可以进行实地模拟采矿，上下山运输，查看工作面。特别是对工作面的采煤模拟，用户可以根据具体的实际采煤要求操纵虚拟旷工采煤，采煤期间还能对采煤机的工作状态进行模拟，采煤机的每个工作环节都能逼真的展示出来。另外，对于开采巷道中的支护过程也可以进行仿真模拟，操作用户可以通过操作液压的支架完成整个支护过程，同时，各个环节还有语音提示。采用煤矿生产的模拟仿真能够为技术人员和管理人员提供一定的直到，方便工人进行实地生产。

（三）信息安全管理

煤矿虚拟现实系统构建出整个矿井生产场景以后，管理人员能够借由该场景构建出整体的立体概念，方便管理。其中，管理功能包括下列内容：第一，对各项生产数据进行技术统计，主要包含了计划、设计、生产、材料、库存、支护、巷道等多项数据，同时还要计算出具体的巷道失修率，这些内容都可以通过鼠标点击完成；第二，对储量进行管理，矿井中的复杂煤层中具体包含了多少储量，可以精确计算，具体包括煤柱区以及储量区；第三，动态管理，煤矿生产中涉及到多个动态系统系统，包括通风、运输、供电、排水、避灾等多个系统。例如风量数据，就可以描述新风、乏风以及掘进风等等；第四，综合管理平台，虚拟现实技术中还利用了网络技术，所以，可以建立起综合性的管理平台，完成所有数据的综合共享。具体的管理内容有地质测量、钻孔、煤层概况、巷道状况、设备状况、事故隐患、储量、装车口等等。例如需要对事故隐患进行管理时，就要将可能出现危险的高危险区标记出来，以便在实际工作中进行处理。

（四）灾害事故模拟

采用虚拟现实技术可以对一个真正存在的矿井灾害进行模拟，帮助操作人员和管理人员更加直观的了解发生矿井灾害时，其诱发因素以及造成的结果，进而找出合理的防灾测量以及救灾对策。例如当发生以外火灾时，可以采用虚拟模拟系统对火势的蔓延进行模拟，并对自动灭火系统和风门进行模拟，同时模拟具体的抢救过程。

我国近年来煤矿重大事故频频发生，想要调查清楚具体的原因，并对多起事件进行综合分析，总结经验，防止类似事故再次出现，虚拟现实技术也有着重要的作用。因为事故的调查分析工作比较艰难，科学技术性很强，想要得出比较准确的结论，必须搜集到所有相关资料，并对事故现场进行实地取证，还原当时的具体场景。利用虚拟现实技术，可以准确还原当时的场景，并绘制出复原图，更加直观方便，真实感非常强。

结语

近年来，虚拟现实技术在医疗、军事、航天等领域中起到了令人瞩目的效果，但是煤矿领域中，虚拟现实技术的实际应用仍然需要进一步研究探索，有效解决煤矿开采中出现的各类问题。

参考文献

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