虚拟场景的三维建模与可视化V1

山西省基础研究计划

项目申报书

项目类别: □自然科学基金□青年科技研究基金项目名称: 三维数字化综采仿真平台

项目申报单位：（盖章）

项目组织单位：（盖章）

申请人：

填报日期：

山西省科学技术厅制

基本信息

项目基本信息项目名称

研究属性

A基础研究

B使用基础研究

指南领域

所属国家或省级重点学科名称

所属国家或省级重点实验室名称

报审学科

学科1 代码1

学科2 代码2 起止年限年月- 年月申请经费

申请者信息姓名性别民族出生年月年月学历学位身份证号码

毕业校名专业

毕业年份学术职务行政职务

通讯地址曾在何国留学或进修

技术职称现主要研究领域

联系电话手机E-mail

申请者所在博士点或硕士点名称

申报单位信息名称单位属性

通讯地址邮编法人代表电话法人代码

联系人电话传真E-mail

开户银行帐号

合作单位1．2．

摘要项目研究内容和意义简介（限400字内）

是针对现代化煤矿开采建立起来的数字化仿真平台，适用于综采的生产作业仿真。为煤矿管理人员提供了可靠的决策支持。实现了矿区布局展示、矿区内部地质构造展示、模拟矿井开采、开采过程实时仿真、机械设备作业实时仿真、安全预警、危险源分析等功能。

在山西整合煤矿大规模开工建设的推动下，煤炭行业固定资产投资增速将从2010年低点20%回升至2011年25%以上，拉动煤机设备行业超预期增长。

机械化率提升空间很大。2015年我国煤炭行业机械化率的目标为75%，相比2010年将提升20%，且不排除机械化率超预期的可能。十二五期间，煤炭机械化开采量CAGR达到12.8%，远超原煤产量CAGR的5.8%，对煤机设备需求形成重要支撑。

而在整个综合采煤过程中每个设备无法实时和准确的表达采煤现实场景，在以往的设计过程中，绝大部分煤机设备都采用二维平面设计，这样容易使产品结构等信息表达有误，不能及时反映采煤面实际采煤状态，同时，由于没有相关联的产品三维装配模型可供分析，给干涉分析及空间设计带来困难。而后续所有的分析，动态仿真等方面都是以三维实体模型为基础，另外还实现了动态交互的设计的设计功能，实现煤机设备的三维可视化和虚拟现实进而提高对采煤设备和实际工况分析，具有很大的实用性于必要性。

关键词（用分号分开，最多4个）山西整合煤矿虚拟现实三维可视化

项目组主要成员

姓名出生

年月

性别学历学位职称

学术

职务

专业所在单位

承担

任务

省级重点学科、重

点实验室名称

曾在何国留

学或进修

总人数正高副高中级初级博士后博士生硕士生

报告正文

1.项目的立项依据（研究的科学意义，项目所面向的经济、社会和科学技术自身发展的需求，发展关联程度，对解决行业使用需求的调研和预期贡献，国内外研究现状和发展趋势分析）(限2000字内)

研究的科学意义：要结合所报项目的核心内容，围绕研究背景、学术价值和使用前景进行撰写；基础研究须结合科学研究发展趋势来论述科学意义，使用基础研究须结合国民经济和社会发展中迫切需要解决的关键科学和技术问题来论述其使用前景。

国内外研究现状及分析：围绕主要研究内容和可能的突破点，论述国内外研究情况，依次论证项目的创新或研究特色。

十二五期间我国原煤产量可能超预期。山西整合煤矿批复产能达到8.5亿吨，全国大型煤企在建和规划的产能达到8亿吨，两者将推动十二五我国原煤产量超预期，2015年我国原煤产量可能达到45亿吨。

山西整合煤矿开工建设拉动煤炭行业固定资产投资拐点回升。山西省内规定整合煤矿50%于2010年底前动工建设，100%于2011年中前动工建设。山西需求将拉动2011年煤炭行业固定资产投资拐点回升，我们预期2011年煤炭行业固定资产投资增长25%以上，增速同比提升5个百分点以上。

根据我们对山西整合煤矿产能和大矿在建、规划产能的预期，我们认为2011-2015年，每年分别有 2.5亿吨、2亿吨、3亿吨、3亿吨和 1.5亿吨原煤产量增长，2015年原煤产量达到45亿吨，超过市场预期的40亿吨，对煤机需求提供有力支撑。

我国煤炭开采机械化率还有很大提升空间。机械化开采既可以提高回采率，提升煤矿生产效率，也可以降低煤矿安全隐患。根据《煤炭工业发展“十二五”规划（征求意见稿）》，至2015年我国煤炭开采机械化率将至少达到75%，不排除有进一步超预期的可能性。我们假设2011-2015年煤炭开采机械化率逐年递增，分别为59.5%、62.5%、67%、72%和75%。

煤炭行业固定资产投资中，改扩建的占比一直在 60%左右浮动，我们判断煤机设备需求中更新需求也会超越新建需求，占到 50%以上的份额。更新需求是煤机设备需求中非常重要的组成部分。据调研了解，煤机设备的使用年限在 5年左右，随着开采地质条件越来越复杂，对煤机设备的要求越来越高，使用年限也越来越短。

广义上的煤机，按照煤矿开采的顺序，主要分为勘探设备、综合采掘设备、提升设备、洗选设备、煤炭安全设备和其他设备，以及露天矿设备等。而狭义上的煤机则是指煤炭综合采掘设备，

包括掘进机、采煤机、刮板输送机及液压支架，合称“三机一架”。本计划中主要涉及的是煤炭综合采掘设备。

成套化和服务化是煤机未来的发展方向。而现在在现有的成套煤机综采装备制造能力基础上，将加大系统整合力度，力求从综采设备提供商向系统服务提供商和开采方案提供商转型。

而国际国内的主要的煤机设备制造厂商都是单一设备，而不是成套设备，所以对于综采成套化的三维建模和虚拟现实非常有必要，这样有助于提高采煤的效率，安全等各方面，山西作为一个煤机用量最大的省份，有必要综合各单一设备制造厂商，建立一个三维虚拟现实的实验室。

在基础研究方面也比较薄弱，适合我国煤矿地质条件的综采成套没有建立，没有完整的设计理论依据，没有可以供分析和验证的数字化虚拟样机作为支撑，计算机动态仿真等方面还处于空白；在元部件可靠性、控制技术、在截割方式、除尘系统、运输单元、高端支架一体化综采等核心技术方面有较大差距。

在以往的综采设备的设计过程中，绝大部分都采用二维平面设计，为了赶工期，设计人员往往直接在老图纸上刮去尺寸和线条，手工画上线条，填写新尺寸，这样容易使产品结构等信息表达有误，引起设计部门和制造工艺部门不必要的信息反复，同时，由于没有相关联的产品三维装配模型可供分析，给干涉分析及空间设计带来困难。而后续所有的分析，动态仿真等方面都是以三维实体模型为基础，使整个设计过程都是针对实体特征模型进行，摆脱了二维设计中的局限性。另外还实现了动态交互的设计的设计功能，随时改变控制参数来满足自己的要求，具有很大的实用性于必要性。