綜采工作面場景及覆巖垮落的動態(tài)虛擬.pdf

1、煤炭開采是一個的復雜時變系統(tǒng)，井下作業(yè)環(huán)境惡劣，地質(zhì)條件復雜多變，人、機、環(huán)境多種因素相互交錯，致使許多傳統(tǒng)技術(shù)的應用受到嚴重限制。特別是在綜采工作面和采空區(qū)，傳統(tǒng)的研究方法不僅實驗環(huán)境難以保證，而且耗資巨大，又相當危險，研究結(jié)果也難以得到驗證。因此，在這個信息化時代，將虛擬現(xiàn)實技術(shù)與煤炭行業(yè)相結(jié)合，研究科學認知煤礦開采環(huán)境的新方法，成為當前解決煤礦安全生產(chǎn)的嶄新課題。
　　 本文將巷道的各種數(shù)據(jù)信息分為測量數(shù)據(jù)、斷面數(shù)據(jù)和屬性

2、數(shù)據(jù)三類，按照弧段節(jié)點的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)將巷道分為巷道體、巷道弧和巷道節(jié)點三種元素，建立了巷道弧、節(jié)點、導線點、斷面和屬性五個數(shù)據(jù)表，并分析了巷道體—巷道弧、巷道弧—節(jié)點、巷道體—節(jié)點間的拓撲關(guān)系。提出基于巷道中線斷面建模法，即通過導線點數(shù)據(jù)計算出巷道中線點坐標，在中線處繪制一系列巷道斷面線框模型，并將它們用線段連接起來構(gòu)成巷道的表面模型，用上、下、左、右四個弧段來描述巷道的斷面形態(tài)，最后經(jīng)過紋理影射處理，生成整體巷道的三維模型。
　　

3、 本文分析了虛擬場景的建模特點和建模方法，選用OpenGL 作為建模工具，通過幾何建模、形象建模和行為建模三個步驟建立采場設備模型。運用運動學、動力學分析綜采設備的運動力學特性，提出使用約束型反向關(guān)聯(lián)運動的方法對液壓支架進行行為建模，運用子父體層次模型對采煤機進行行為建模。應用OpenGL提供的選擇機制，利用鼠標控制設備上的虛擬控制器，實現(xiàn)液壓支架和采煤機的交互操縱。設置系統(tǒng)計時器，利用時鐘控制各個綜采設備的運行狀態(tài)，應用三維動畫雙緩存

4、技術(shù)實現(xiàn)生產(chǎn)工藝過程的動態(tài)模擬。
　　 本文總結(jié)了我國采場覆巖移動規(guī)律的研究成果，對上覆巖層進行了層次劃分和結(jié)構(gòu)分類，將頂板分為五類：易垮落松軟頂板、中等垮落性頂板1、中等垮落性頂板2、難垮落的堅硬頂板、假塑性彎曲頂板。采用基于面模型的線框模型建模方法，建立了采場覆巖的動態(tài)模型。系統(tǒng)能夠根據(jù)上覆巖層的數(shù)據(jù)自動判別頂板結(jié)構(gòu)類型，計算并確定出直接頂數(shù)目、直接頂厚度、關(guān)鍵層的數(shù)目和位置，關(guān)鍵層的破斷順序，基本頂?shù)某醮慰迓洳骄嗪椭芷诳迓?/p>

5、步距等參數(shù)。系統(tǒng)能夠動態(tài)模擬采場任意時空位置的覆巖運動，實現(xiàn)了不同結(jié)構(gòu)類型頂板垮落過程的虛擬表示，為研究礦山壓力和巖層移動提供了新的思路，可以驗證經(jīng)典的礦山壓力假說關(guān)于覆巖移動的模型。井下場景復雜，逼真的再現(xiàn)導致計算機運行緩慢，本文運用模型簡化、實例、單元分割、霧化等技術(shù)，提高了畫面渲染速度，滿足了虛擬現(xiàn)實實時性的要求。設計出場景漫游、視點控制、位置查詢、碰撞檢測等交互手段，利用Visual C++和OpenGL 開發(fā)出基于PC 機的煤