虚拟现实技术在采矿工程中的应用

虚拟现实技术在采矿工程中的应用

吴清法

(徐州矿务集团旗山煤矿,江苏徐州　221132)

摘　要　该文结合旗山煤矿计算机和网络技术的应用,主要介绍了虚拟现实(Virtual Reality)技术的基本概念,及其在旗山矿新副井提升系统的应用。VR技术作为一门新兴学科,在大型现代化矿井中有着广阔的应用前景。

关键词　虚拟现实技术　计算机　采矿　应用

中图分类号TP39 文献标识码　B

1　VR技术简介

虚拟现实(Virtual Reality,简称VR)技术是一门人机工程与信息科学结合的高新技术。它汇集了计算机图形学、多媒体技术、人工智能、人机接口技术、传感器技术、高度并行的实时计算技术和人类行为学研究等多项关键技术。VR是计算机绘图技术的高级阶段,其所产生的这种虚拟环境就如同真正的现实空间一样具有多种感知层次,并不仅仅是一种多媒体的形式,其中的图像可根据人的视觉和动作来完成。目前,世界范围内的VR技术的研究可归纳为危险环境及远程环境下的监控操作、科学感知、C AD、教育培训、空间探索、医学和娱乐等方面。

对采矿工程来说,VR技术的应用既属于危险环境及远程环境下的监控操作,也属于C AD和教育培训的范畴。VR技术为煤矿安全生产、优化设计和矿工技术培训等提供了一种更为有效的手段。

2　VR在采矿中的应用

2.1　房柱式开采模拟VR-MINE系统

汉诺丁大学AIMS研究室应用VR技术开发的房柱式开采模拟VR-MINE系统,可以对连续式采煤机、顶板锚杆机、蓄电池式机动矿车和给料破碎机构成的生产系统进行动态的三维实时模拟。该系统提供了灵活的用户界面,既可以设定设备型号及数量、作业参数,又可以选择煤柱尺寸、回采巷道数量和几何参数,而且可以通过全屏幕或多窗口视图形式动态的显示房柱式生产系统的平面图或三维立体图。该系统的主要特点在于它的真实性和人机系统的交互性。更有意义的是操作人员可以与这一系统进行交互作用,操作人

3收稿日期:2008-04-09

作者简介:吴清法(1983-),男,山东临沂人,技术员,2005年毕业于华北科技学院机电一体化专业,已发表论文两篇。员可以在任意时刻穿越任何空间进入系统模拟出的任何区域,通过计算机屏幕显示出所视空间的采矿作业情况;还可以获得生产系统运行状况平面图,图上可以用不同的色彩框标示不同的设备。它是动态显示图,不仅能看到设备的当前位置和运行状况,而且还可以获知设备的运行时间、产量、设备间的距离等动态信息。这种模型超过以往任何方法建立的模型达到的效果。

应用VR-MINE系统可以通过对不同型号的设备、不同的开采工艺参数下的生产系统进行动态模拟,从而达到优化生产系统的目的。

2.2　模拟地质构造

目前主要依靠地质勘探来推断各种地质构造。人们非常希望能够预先了解甚至掌握地质构造的分布规律及其对生产的影响。南非CSIR公司矿业分公司用区域3D沉积模型来模拟各种断裂构造,通过该模型可以看到断裂面之间复杂的内部关系,预测断裂构造在时间和空间上的分布,加深对地质条件的了解和掌握。

2.3　综采工作面设备的虚拟研究

由于井下条件的限制,对于工作面设备的运行情况、作用范围和相互之间的匹配情况,很难进行细致的研究。通过虚拟现实研究,VR系统可以演示采煤机、刮板输送机、液压支架的运动和操作过程,使人们对工作面这些设备的作用有更深入的理解,对设备系统出现的问题及时解决,优化设备整体性能,提高生产效率和生产的安全性。

3　VR技术在旗山煤矿中的应用

旗山煤矿座落在徐州市东郊,现实际生产能力为1.8M tΠa左右,是全国第一批现代化、高产高效矿井。旗山矿新副井提升系统担负着全矿的人员、设备、物料下运和提升工作。通过对新副井进行的P LC控制系统和VR技术的综合改造,已经实现了运行系统故障的实时监控和预警、可视化操作和罐笼位置的动态模拟(如图1)。(下转第71页)

导体薄膜,从而使管材表面电阻率大幅度的下降。

2.2　阻燃改性

阻燃改性的目的是使易燃绕的PE 原料能够提高氧指数,基本达到不易燃绕、离火自熄的目的,具体实验方法和判定规则见MT 181-88标准。目前主要的阻燃体系是溴锑体系,如十溴二苯醚和三氧化二锑配合使用就有很好的协作作用。其基本作用机理是终止链反应,阻燃剂受热分解产生一种能够捕获自由基的载体,从而消除燃烧反应。卤系阻燃体系就是在燃烧温度下生成卤化氢(HX ),卤化氢可以捕捉H O.自由基,生成X.自由基和水,X.自由基通过和烃类反应又能够重新生成卤化氢,如此周而复始,达到终止链反应。三氧化二锑作用机理是和卤化氢燃烧时反应生成卤化锑

(SbX 3)或卤氧化锑(SbOX )。上述两种气体为不燃气

体,可冲淡可燃气体和隔绝氧气,同时其挥发时又能够吸收大量的热量,降低塑料表面的温度,从而发挥阻燃的效果。

2.3　韧性改性

在聚乙烯原料中加入特导电碳黑、无机阻燃剂后,无机物的成分占到了35%,

根据相似相溶原理,无机相与有机相很难有效的结合,因此对聚乙烯的力学性能影响较大,特别是拉伸强度与断裂伸长率尤为明显,随着无机相加入量的增大,断裂伸长率就越来越小,由最初的800%降到不足200%。但是在对无机物进行表面活化处理后,这种影响就减小很多。选用硅烷偶联剂、铝酸酯类偶联剂分别对其表面进行处理,大大增加了与聚乙烯树脂的相容性,能够使有机相、无机相有效的结合到一起,增强了聚乙烯树脂的拉伸强度与断裂

伸长率。

通过对普通聚乙烯进行抗静电、阻燃、韧性改性,能够扩大聚乙烯管道的适用范围,同时保持了原有聚乙烯材料的力学性能,各项指标如表1所示。

表1　聚乙烯材料的力学性能

检验项目标准值扁平试验无裂纹,无破坏

拉伸强度,MPa ≥12.4拉断伸长率,%≥350

落锤冲击试验无裂缝,无破坏(锤高2m ,锤重2kg )液压试验

无渗漏,无破坏(1.5MPa 压力下,保压2h )

表面电阻外表面电阻平均值,Ω≤1.0×106内表面电阻平均值,Ω≤1.0×106

有焰燃烧时间6根平均值,s ≤3有焰燃烧时间最大单值,s ≤10无焰燃烧时间6根平均值,s ≤20无焰燃烧时间最大单值,s

≤60

3　结论

随着国家以塑代钢政策的实施,大力发展塑料非金属产业已成当务之急,而研究新材料在技术上、时间上有一定的困难,因而对现有的材料进行改性,在保持原有材料基本性能不变的基础上赋予材料一些新的特殊功能,如阻燃、抗静电、增强、耐高温等就成为一条捷径,使老材料变为具有特殊功能的新材料。参考文献:

[1]李良波,孟平蕊。导电炭黑Π硬质聚氯乙烯共混抗静电矿用管材[J ]。化学建材。1998(2):15-25。

(上接第69页)

通过VR 技术的改造,消除了利用传统技术查看罐笼位置带来的各种弊端,简化了系统控制,具有高智能化、高可靠性等优点;还节省了大量的维修、管理费用,为下一步实现井下机电设备的集中控制提供了宝贵的经验。

4　VR 技术在矿业中应用前景

计算机技术和软件工程的高速发展,进一步扩大了VR 技术的应用范围和研究规模,随着VR 技术在矿业应用研究的进一步发展,必将成为矿山优化设计、生产管理、危险性评价及矿工培训等方面的重要手段。参考文献:

[1]曾芬芳.虚拟现实技术[M].上海:上海交通大学出版社.1997.96

～100

图1　罐笼位置的动态模拟示意图

[2]朱景和,袁怀雨.虚拟现实技术在矿业中的应用[J ].有色金属,2002,3(31):42-45

[3]张瑞新,任廷祥,Schofield D ,等.虚拟现实技术及其在采矿工程中

的应用[J ].中国矿业大学学报,1998,27(3):230～234.

[4]李青,韩可琦,申闫春.矿井工业广场的可控可视化与虚拟环境开

发[J ].中国矿业大学学报,2002,31(1):27-29.