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数字矿山中的巷道开掘搜索预测方法

阅读:595发布:2023-12-31

专利汇可以提供数字矿山中的巷道开掘搜索预测方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种数字矿山中巷道开掘搜索预测方法,主要是利用来自矿山的巷道数据、 矿体 数据、 数据库 等工程地质数据,通过输入设备导入处理器的缓存区中,并利用 接口 工具完成矿体巷道数据集成。依赖于交互式工具构建三维巷道结构,进行巷道开掘和巷道属性建立,对复杂矿区进行巷道网络拓扑结构的构建。本发明可实现实际工程的巷道开掘或进行巷道模拟开采。根据巷道长度、巷道地质结构变化、地质构造特性、围岩 稳定性 、突 水 性、瓦斯涌出等因素搜索巷道的最佳路径,实现 风 险预测,降低风险。本发明方法易于推广到地下隧道、地 下管 道、排污巷道、地下河等应用,为地下工程提供更为直观的数字化信息,提高地质勘探数据的准确性和可靠性。,下面是数字矿山中的巷道开掘搜索预测方法专利的具体信息内容。

1.数字矿山中的巷道开掘搜索预测方法,其特征在于:技术方案包括以下步骤:
步骤A:对来自矿山不同时期、不同格式、不同来源的工程地质数据进行预处理;
步骤B:通过接口工具,将经过预处理的巷道数据通过输入设备导入处理器的缓存区*pLBuffer中,并与已构建的三维矿体模型进行集成;
步骤C:利用缓存区*pLBuffer中的巷道数据以及交互式工具构建三维巷道结构;
步骤D:根据实际工程数据或模拟数据构建的三维巷道结构以及空间位置,候选矿体层;通过计算相应的包围盒或包围柱,建立需要开掘单元的对应关系,以RTree结构存储记录;遍历RTree中所有叶子节点,得到巷道与矿体的交点列,并进行优化处理;以交点列为界重构三维巷道结构和候选矿体层的局部单元,实现巷道开掘操作,并保持空间数据的一致性和无冲突性,反映真实地开掘过程和开掘结果;
步骤E:测试矿体的闭合性,依次扫描三维巷道结构的每个单元U,通过射线法判断U与矿体的位置关系,并从数据库获取属性数据,完成巷道属性的构建工作;判断缓存区*pLBuffer非空,则转步骤C;
步骤F:对复杂矿区进行巷道网络拓扑结构的构建;矿山中各矿井巷道纵横交错,形成巷道网络;随着巷道的掘进逐渐进行,测量点的布设始终沿着巷道,形成井下巷道的拓扑关系,将巷道网络中的各巷道抽象为弧,形成由弧和顶点组成的巷道网络拓扑结构;
步骤G:在已构建的开掘巷道网络中,基于数据查询技术实现搜索预测;
步骤H:采用虚拟矿山技术,通过输出设备实现三维数据场一体化及多分辨率可视化显示;方法为:利用OpenGL库函数对矿体进行透明度设计,便于观察矿体中包含的巷道;采用视点跟踪技术求得视点位置,调节OpenGL相关函数的参数实现对巷道从宏观到巷道内进行虚拟漫游;根据巷道断面长度、巷道掘进深度、矿体区域的范围、视点位置等因素,设置多分辨率可视化方法,如当比例尺>l:1000∪视点>-4,可视化为巷道属性数据;当1:5000<比例尺2.根据权利要求1所述的数字矿山中的巷道开掘搜索预测方法,其特征在于:所述步骤A具体包括:
步骤A1:巷道开掘的数据通常主要来源于矿山设计和测绘工程,通过GIS系统进行矢量化处理,生成巷道图层数据,可抽象为线类(Segment)或多边形类(Polygon)的数据;如果利用最新的三维激光洞穴扫描仪结合亚米级手持GPS定位实现巷道数据采集,于是可对复杂巷道进行探测,能够精确地扫描出复杂巷道实际空间分布状况,获取三维点数据,经过噪声或插值处理之后,通过三维重构方法得到曲面类(Surface)巷道模型;
步骤A2:将巷道属性数据、岩性属性数据、突性、瓦斯涌出等存储在SQL Server、Access、Oracle等数据库中;
步骤A3:利用矿区现有的钻井、剖面、地质图等数据,构建三维矿体模型。
3.根据权利要求2所述的数字矿山中的巷道开掘搜索预测方法,其特征在于:所述步骤C具体包括:
步骤C1:对于实际工程地质数据,判断缓存区*pLBuffer中的巷道数据,如果是Surface类巷道,则直接转步骤D;如果是Segment类的巷道数据,则转步骤C3;如果是Polygon类的巷道数据,则转步骤C4;
步骤C2:根据工程开采的需要,地质工作者可以在感兴趣的位置通过交互式工具设置导线点的三维坐标,形成线类的模拟巷道数据;不仅可以通过实际工程地质数据实现巷道开掘,也可以为进行模拟巷道开掘提供数据源;
步骤C3:由实际巷道断面的拱形、矩形、梯形3种主要特征,结合矿巷道断面特征抽象出适合多种巷道的抽象断面巷道结构,利用三维空间立体几何和解析几何构建巷道断面,使其满足任意实际巷道的结构特征和开掘需求;
步骤C4:沿着导线方向连接断面巷道结构形成巷道网格结构;利用分割原理和微积分原理分割成有限个三棱柱的组合;或利用距离加权连接法进行三化剖分;
步骤C5:根据工程实际情况给定一个巷道精度阈值,利用网格细化法,对通过上述建立的三维巷道进行光滑处理;如果巷道精度无法达到实际需求,则转步骤C3,重新进行参数设计和网格化处理。
4.根据权利要求2所述的数字矿山中的巷道开掘搜索预测方法,其特征在于:所述步骤G具体包括:
步骤G1:对于已构建的开掘巷道网络,可构成一个无向网G,其中,顶点Vi表示巷道的交汇点,弧表示2个交汇点Vi、Vj之间的巷道,弧上的权值(Vi,Vj)由巷道长度、围岩稳定性、突水性、瓦斯涌出、断层、裂隙等因素确定,并将分析的这些因素存入数据库或文件系统中;
步骤G2:设G=(V,E)是有n≥1个顶点的网,V(G)是顶点的非空有限集,E(G)是弧的有限集合;采用邻接矩阵A存储G,其中A是具有以下性质的n阶方阵:
步骤G3:搜索从某个源点Vi到其余各顶点的最佳路径的方法为,初令S={Vi},T={其余顶点},T中顶点对应的距离值:若(Vi,Vj)∈E(G),为(Vi,Vj)弧上的权值;若为-1;从T中选取一个其距离值为最小的顶点U,加入S,对T中顶点的距离值进行修改:若加进U作中间顶点,从Vi到Vj的距离值比不加U的路径要短,则修改此距离值;重复上述步骤,直到S中包含所有顶点为止,可得到源点Vi到其余各顶点的最佳路径Path;
步骤G4:沿着最佳路径进行巷道漫游和险预警,方法为:选择巷道中的起止位置p1、p2,搜索包含p1、p2的弧,以确定它们在组成巷道网络拓扑结构的无向网中的顶点(Vi,Vj),通过Path可以获得从Vi至Vj的最佳路径;从p1开始,通过控制视点沿着Vi至Vj的最佳路径实施漫游,途经可实现自动弹出或交互式查询风险预警信息;其目的是为了在巷道中预定的起止位置,沿着最佳路径模拟身临其境地观察巷道地质结构变化、地质构造特性与规律、围岩稳定性、突水性、瓦斯涌出等情况,便于对巷道开掘过程中可能出现的突发事件进行分析预测,沿着最佳路径处理事故;
步骤G5:基于构建的三维巷道结构及巷道属性数据,通过体剖分,实现巷道体积或储量的计算;结合巷道风险评估及预测系统,为实际巷道开掘、规划等提供科学决策依据。

说明书全文

数字矿山中的巷道开掘搜索预测方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种矿山中的巷道开掘搜索预测方法,尤其是一种数字矿山中的巷道开掘搜索预测方法。

背景技术

[0002] 数字矿山是建立一个多分辨率、三维动态表达的虚拟矿山,使获取、存储、处理和显示矿山数据的方法发生深刻地变化。通过数字矿山能使矿山自然地理、生态环境、矿床地质、矿山建设、掘采选冶等实现数字化、信息化、智能化、网络化和可视化,使矿山规划、设计的效率更高、表现手法更丰富、信息量更多,可以大大提高矿山建设、安全监控和企业管理的实时性和有效性。
[0003] 目前我国矿井下地质条件复杂,工作环境恶劣,矿井巷道有时长达几十千米,作业地点分散,采煤机电设备及人员流动性大,巷道和开掘工作面空间狭窄,环境中还存在着大量的有爆炸危险的一、瓦斯及煤尘等空气混合体,导致工作人员在井下很难知道自身的位置和周围的环境设施,事故隐患极大。
[0004] 巷道是采矿生产中将煤炭从工作面运送到地面,以及通、安全输送工人的通道。对整个矿井而言,巷道是其核心部分。在实际巷道的开掘过程中,围岩矿体结构复杂性、地质环境变化等,都将给施工带来不利影响。因此,在巷道工程施工过程中,掌握地下矿体的地质特征、地层结构、地质分布规律以及巷道开挖风险、巷道的优化布置等,对于安全、科学地规划巷道施工无疑至关重要。
[0005] 现有技术巷道开掘技术方法主要存在如下问题:通过提取的导线点三维坐标作为数据源,利用2D各截面顶点或Weiler-Atherton多边形裁剪算法进行巷道三维建模,采用复杂的树形存储结构,浪费空间,在两多边形相互包含或分离情况产生冗余求交计算,时间复杂度高,对于某些特殊交点无法正确处理等不足;利用断面对象和似柱面来表达矿井巷道现象或通过巷道的上、下距和左、右距来表达巷道的空间形态,则不能形成巷道空间网络或不能自动生成井巷工程的三维空间图形数据。此外,随着三维建模技术的发展以及建模软件的广泛使用,基于3DMAX、MAYA、AutoCAD等三维建模工具制作巷道也越来越普遍,但是,这种方法通常没有与矿体结构模型相结合,无法反映出开掘过程中,围岩矿体结构的地质环境变化;通过扫描仪获取的三维点数据,虽然能够直接建立巷道模型,空间形状逼真,但是目前仍然缺乏有效的刻画巷道的岩性、断层等地质特征,缺乏复杂巷道的搜索预测功能,不能满足矿山建设快速发展的需要。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于:提供一种充分利用现有工程地质数据建立有效而准确的开掘巷道,对复杂矿区进行巷道网络拓扑结构和巷道属性的构建,并通过搜索巷道的最佳路径及多分辨率可视化,实现风险预测的方法。
[0007] 为了实现上述目的,本发明将来自矿山不同时期、不同格式、不同来源的工程地质数据如巷道数据、矿体数据、数据库等,通过输入设备导入处理器的缓存区中,并利用接口工具完成矿体巷道数据集成。可以充分利用现有的工程地质数据建立有效而准确的开掘巷道。利用缓存区中的巷道数据以及交互式工具构建三维巷道结构,结合矿体模型进行巷道开掘,基于数据库中的数据建立巷道属性,并对复杂矿区进行巷道网络拓扑结构的构建。可以实现实际工程的巷道开掘,同时,也允许地质工作者在感兴趣的位置进行巷道模拟开采。在已构建的开掘巷道中,基于数据查询技术实现搜索预测,并采用虚拟矿山技术,通过输出设备实现三维数据场一体化及多分辨率可视化显示。
[0008] 输入设备包括三维激光洞穴扫描仪、亚米级手持GPS、网络设备、PC机或虚拟现实专用图像工作站的键盘/鼠标等输入设备等。三维激光洞穴扫描仪能够快速准确地全方位测量以前无法测量的地下空区,通过直径20cm的钻孔,即可对入口处的上、下、左、右进行全方位精密测量;亚米级手持GPS整合了多路径技术,高分辨率VGA显示器可显示清晰地图,具有Bluetooth和无线局域网连接选项,1GB内置存储器和SD可拆除卡插槽,Windows Mobile v6操作系统,坚固耐用的手持机内置可供全天使用的电池;网络设备包括有线网络或无线网络设备。
[0009] 处理器包括高档PC机或虚拟现实专用图像工作站,性能:≥Intel(R)Pentium(R)processor 1.86GHz,≥782MHz,≥2GB内存,Microsoft Windows XP以上。
[0010] 输出设备包括光盘/磁盘等文件存储设备、PC机或虚拟现实专用图像工作站的高分辨率VGA显示器、以及立体仿真设备。立体仿真设备由专业工程投影机、立体投影金属硬幕、视频矩阵切换器、液晶显示器、专业偏振玻璃镜头构成。
[0011] 本发明采用了以下技术方案:数字矿山中的巷道开掘搜索预测方法,包括以下步骤:
[0012] 步骤A:对来自矿山不同时期、不同格式、不同来源的工程地质数据进行预处理。
[0013] 步骤B:通过接口工具,将经过预处理的巷道数据通过输入设备导入处理器的缓存区*pLBuffer中,并与已构建的三维矿体模型进行集成。
[0014] 步骤C:利用缓存区*pLBuffer中的巷道数据以及交互式工具构建三维巷道结构。
[0015] 步骤D:根据实际工程数据或模拟数据构建的三维巷道结构以及空间位置,候选矿体层;通过计算相应的包围盒或包围柱,建立需要开掘单元的对应关系,以RTree结构存储记录。遍历RTree中所有叶子节点,得到巷道与矿体的交点列,并进行优化处理。以交点列为界重构三维巷道结构和候选矿体层的局部单元,实现巷道开掘操作,并保持空间数据的一致性和无冲突性,反映真实地开掘过程和开掘结果。
[0016] 步骤E:测试矿体的闭合性,依次扫描三维巷道结构的每个单元U,通过射线法判断U与矿体的位置关系,并从数据库获取属性数据,完成巷道属性的构建工作。判断缓存区*pLBuffer非空,则转步骤C。
[0017] 步骤F:对复杂矿区进行巷道网络拓扑结构的构建。矿山中各矿井巷道纵横交错,形成巷道网络。随着巷道的掘进逐渐进行,测量点的布设始终沿着巷道,形成井下巷道的拓扑关系,将巷道网络中的各巷道抽象为弧,形成由弧和顶点组成的巷道网络拓扑结构。
[0018] 步骤G:在已构建的开掘巷道网络中,基于数据查询技术实现搜索预测。
[0019] 步骤H:采用虚拟矿山技术,通过输出设备实现三维数据场一体化及多分辨率可视化显示。方法为:利用OpenGL库函数对矿体进行透明度设计,便于观察矿体中包含的巷道;采用视点跟踪技术求得视点位置,调节OpenGL相关函数的参数实现对巷道从宏观到巷道内进行虚拟漫游;根据巷道断面长度、巷道掘进深度、矿体区域的范围、视点位置等因素,设置多分辨率可视化方法,如当比例尺>1∶1000∪视点>-4,可视化为巷道属性数据;当1∶5000<比例尺<1∶1000∪-4≥视点≥-6,可视化为三维巷道结构体;当比例尺<1∶5000∪视点<-6,可视化为线框模式。
[0020] 由于采用上述技术方案,本发明具有以下优点和效果:
[0021] 1、本发明的方法充分利用来自矿山的巷道数据、矿体数据、数据库等工程地质数据,通过输入设备导入处理器的缓存区中,并利用接口工具完成矿体巷道数据集成,能够有效而准确的建立开掘巷道。
[0022] 2、本发明的方法利用缓存区中的巷道数据以及交互式工具构建三维巷道结构,结合矿体模型进行巷道开掘,基于数据库中的数据建立巷道属性,能够有效的刻画巷道的岩性、断层、突性等地质特征,并对复杂矿区进行巷道网络拓扑结构的构建。可以实现实际工程的巷道开掘,也允许地质工作者在感兴趣的位置进行巷道模拟开采。
[0023] 3、本发明的方法在已构建的开掘巷道中,根据巷道长度、巷道地质结构变化、地质构造特性与规律、围岩稳定性、突水性、瓦斯涌出等因素搜索巷道的最佳路径,实现风险预测,节约资金,降低风险。同时,采用虚拟矿山技术,通过输出设备实现三维数据场一体化及多分辨率可视化显示,为实际巷道开掘、规划等提供科学决策依据。
[0024] 4、本发明的方法易于推广到地隧道、铁路隧道、地下隧道、地下管道、地下河、排污巷道等应用,为地下工程提供更为直观的数字化信息,极大地提高地质勘探数据的准确性、可靠性和实用性,将传统的定性探测提高到精确三维定位水平。附图说明
[0025] 图1为本发明总体框架示意图。
[0026] 图2为本发明流程示意图。
[0027] 图3为本发明抽象断面巷道结构示意图。
[0028] 图4a为本发明巷道三棱柱分割组合示意图。
[0029] 图4b为本发明巷道三化剖分示意图。
[0030] 图5为本发明金矿中巷道的线类数据示意图。
[0031] 图6为本发明某金矿数字矿山中三维实际巷道模拟示意图。
[0032] 图7为本发明开掘巷道网络拓扑结构的部分无向网示意图。
[0033] 图8a为本发明可视化为巷道线框模式示意图。
[0034] 图8b为本发明三维巷道结构体并叠加金矿结构示意图。
[0035] 图8c为本发明巷道属性数据显示示意图。
[0036] 图9为本发明巷道穿过某个矿体切面的分布情况示意图。
[0037] 图10为本发明在地层之间模拟开掘的三条交叉巷道示意图。
[0038] 图11为本发明基于三棱柱的拱形巷道开掘部分结果示意图。
[0039] 图12为本发明在巷道内部视点跟踪过程示意图。
[0040] 图13为本发明对部分地层进行了透明设计以便观察巷道在地层内的位置示意图。

具体实施方式

[0041] 下面结合附图及实施例对本发明进一步说明。
[0042] 参照附图1-4,本发明将来自矿山不同时期、不同格式、不同来源的工程地质数据如巷道数据、矿体数据、数据库等,通过输入设备导入处理器的缓存区中,并利用接口工具完成矿体巷道数据集成。可以充分利用现有的工程地质数据建立有效而准确的开掘巷道。利用缓存区中的巷道数据以及交互式工具构建三维巷道结构,结合矿体模型进行巷道开掘,基于数据库中的数据建立巷道属性,并对复杂矿区进行巷道网络拓扑结构的构建。可以实现实际工程的巷道开掘,同时,也允许地质工作者在感兴趣的位置进行巷道模拟开采。在已构建的开掘巷道中,基于数据查询技术实现搜索预测,并采用虚拟矿山技术,通过输出设备实现三维数据场一体化及多分辨率可视化显示。
[0043] 输入设备包括三维激光洞穴扫描仪、亚米级手持GPS、网络设备、PC机或虚拟现实专用图像工作站的键盘/鼠标等输入设备等。三维激光洞穴扫描仪能够快速准确地全方位测量以前无法测量的地下空区,通过直径20cm的钻孔,即可对入口处的上、下、左、右进行全方位精密测量;亚米级手持GPS整合了多路径技术,高分辨率VGA显示器可显示清晰地图,具有Bluetooth和无线局域网连接选项,1GB内置存储器和SD可拆除卡插槽,Windows Mobile v6操作系统,坚固耐用的手持机内置可供全天使用的电池;网络设备包括有线网络或无线网络设备。
[0044] 处理器包括高档PC机或虚拟现实专用图像工作站,性能:≥Intel(R)Pentium(R)processor 1.86GHz,≥782MHz,≥2GB内存,Microsoft Windows XP以上。
[0045] 输出设备包括光盘/磁盘等文件存储设备、PC机或虚拟现实专用图像工作站的高分辨率VGA显示器、以及立体仿真设备。立体仿真设备由专业工程投影机、立体投影金属硬幕、视频矩阵切换器、液晶显示器、专业偏振玻璃镜头构成。
[0046] 参照附图2,本发明数字矿山中的巷道开掘搜索预测方法,包括以下步骤:
[0047] 步骤A:对来自矿山不同时期、不同格式、不同来源的工程地质数据进行预处理。
[0048] 步骤B:通过接口工具,将经过预处理的巷道数据通过输入设备导入处理器的缓存区*pLBuffer中,并与已构建的三维矿体模型进行集成。
[0049] 步骤C:利用缓存区*pLBuffer中的巷道数据以及交互式工具构建三维巷道结构。
[0050] 步骤D:根据实际工程数据或模拟数据构建的三维巷道结构以及空间位置,候选矿体层;通过计算相应的包围盒或包围柱,建立需要开掘单元的对应关系,以RTree结构存储记录。遍历RTree中所有叶子节点,得到巷道与矿体的交点列,并进行优化处理。以交点列为界重构三维巷道结构和候选矿体层的局部单元,实现巷道开掘操作,并保持空间数据的一致性和无冲突性,反映真实地开掘过程和开掘结果。
[0051] 步骤E:测试矿体的闭合性,依次扫描三维巷道结构的每个单元U,通过射线法判断U与矿体的位置关系,并从数据库获取属性数据,完成巷道属性的构建工作。判断缓存区*pLBuffer非空,则转步骤C。
[0052] 步骤F:对复杂矿区进行巷道网络拓扑结构的构建。矿山中各矿井巷道纵横交错,形成巷道网络。随着巷道的掘进逐渐进行,测量点的布设始终沿着巷道,形成井下巷道的拓扑关系,将巷道网络中的各巷道抽象为弧,形成由弧和顶点组成的巷道网络拓扑结构。
[0053] 步骤G:在已构建的开掘巷道网络中,基于数据查询技术实现搜索预测。
[0054] 步骤H:采用虚拟矿山技术,通过输出设备实现三维数据场一体化及多分辨率可视化显示。方法为:利用OpenGL库函数对矿体进行透明度设计,便于观察矿体中包含的巷道;采用视点跟踪技术求得视点位置,调节OpenGL相关函数的参数实现对巷道从宏观到巷道内进行虚拟漫游;根据巷道断面长度、巷道掘进深度、矿体区域的范围、视点位置等因素,设置多分辨率可视化方法,如当比例尺>1∶1000∪视点>-4,可视化为巷道属性数据;当1∶5000<比例尺<1∶1000∪-4≥视点≥-6,可视化为三维巷道结构体;当比例尺<1∶5000∪视点<-6,可视化为线框模式。
[0055] 所述步骤A具体包括:
[0056] 步骤A1:巷道开掘的数据通常主要来源于矿山设计和测绘工程,通过GIS系统进行矢量化处理,生成巷道图层数据,可抽象为线类(Segment)或多边形类(Polygon)的数据。如果利用最新的三维激光洞穴扫描仪结合亚米级手持GPS定位实现巷道数据采集,于是可对复杂巷道进行探测,能够精确地扫描出复杂巷道实际空间分布状况,获取三维点云数据,经过噪声或插值处理之后,通过三维重构方法得到曲面类(Surface)巷道模型。
[0057] 步骤A2:将巷道属性数据、岩性属性数据、突水性、瓦斯涌出等存储在SQLServer、Access、Oracle等数据库中。
[0058] 步骤A3:利用矿区现有的钻井、剖面、地质图等数据,构建三维矿体模型。
[0059] 所述步骤C具体包括:
[0060] 步骤C1:对于实际工程地质数据,判断缓存区*pLBuffer中(表1)的巷道数据,如果是Surface类巷道,则直接转步骤D;如果是Segment类的巷道数据,则转步骤C3;如果是Polygon类的巷道数据,则转步骤C4。
[0061] 表1缓存区*pLBuffer
[0062]
[0063] 步骤C2:根据工程开采的需要,地质工作者可以在感兴趣的位置通过交互式工具设置导线点的三维坐标,形成线类的模拟巷道数据。不仅可以通过实际工程地质数据实现巷道开掘,也可以为进行模拟巷道开掘提供数据源。
[0064] 步骤C3:由实际巷道断面的拱形、矩形、梯形3种主要特征,结合煤矿巷道断面特征抽象出适合多种巷道的抽象断面巷道结构,如图3所示;利用三维空间立体几何和解析几何构建巷道断面,使其满足任意实际巷道的结构特征和开掘需求。
[0065] 步骤C4:沿着导线方向连接断面巷道结构形成巷道网格结构。利用分割原理和微积分原理分割成有限个三棱柱的组合,如图4a所示;或利用距离加权连接法进行三角化剖分,如图4b所示。
[0066] 步骤C5:根据工程实际情况给定一个巷道精度阈值,利用网格细化法,对通过上述建立的三维巷道进行光滑处理。如果巷道精度无法达到实际需求,则转步骤C3,重新进行参数设计和网格化处理。
[0067] 所述步骤G具体包括:
[0068] 步骤G1:对于已构建的开掘巷道网络,可构成一个无向网G,其中,顶点Vi表示巷道的交汇点,弧表示2个交汇点Vi、Vj之间的巷道,弧上的权值(Vi,Vj)由巷道长度、围岩稳定性、突水性、瓦斯涌出、断层、裂隙等因素确定,并将分析的这些因素存入数据库或文件系统中。
[0069] 步骤G2:设G=(V,E)是有n≥1个顶点的网,V(G)是顶点的非空有限集,E(G)是弧的有限集合。采用邻接矩阵A存储G,其中A是具有以下性质的n阶方阵:
[0070]
[0071] 步骤G3:搜索从某个源点Vi到其余各顶点的最佳路径的方法为,初令S={Vi},T={其余顶点},T中顶点对应的距离值:若(Vi,Vj)∈E(G),为(Vi,Vj)弧上的权值;若为-1。从T中选取一个其距离值为最小的顶点U,加入S,对T中顶点的距离值进行修改:若加进U作中间顶点,从Vi到Vj的距离值比不加U的路径要短,则修改此距离值。重复上述步骤,直到S中包含所有顶点为止,可得到源点Vi到其余各顶点的最佳路径Path。
[0072] 步骤G4:沿着最佳路径进行巷道漫游和风险预警,方法为:选择巷道中的起止位置p1、p2,搜索包含p1、p2的弧,以确定它们在组成巷道网络拓扑结构的无向网中的顶点(Vi,Vj),通过Path可以获得从Vi至Vj的最佳路径。从p1开始,通过控制视点沿着Vi至Vj的最佳路径实施漫游,途经可实现自动弹出或交互式查询风险预警信息。其目的是为了在巷道中预定的起止位置,沿着最佳路径模拟身临其境地观察巷道地质结构变化、地质构造特性与规律、围岩稳定性、突水性、瓦斯涌出等情况,便于对巷道开掘过程中可能出现的突发事件进行分析预测,沿着最佳路径处理事故。
[0073] 步骤G5:基于构建的三维巷道结构及巷道属性数据,通过体剖分,实现巷道体积或储量的计算。结合巷道风险评估及预测系统,为实际巷道开掘、规划等提供科学决策依据。
[0074] 具体实施例一:
[0075] 参照附图5-9,以某金矿为例,本发明数字矿山中的巷道开掘搜索预测方法,包括:
[0076] 步骤101:对来自矿山不同时期、不同格式、不同来源的工程地质数据进行预处理。
[0077] 步骤102:通过GIS系统进行矢量化处理,生成巷道图层数据,可抽象为线类数据。将巷道属性数据、岩性属性数据、突水性、瓦斯涌出等存储在SQL Server、Access等数据库中。利用矿区现有的钻井、剖面、地质图等数据,构建三维矿体模型。通过接口工具,将经过预处理的巷道数据通过输入设备导入处理器的缓存区*pLBuffer中,并与已构建的三维矿体模型进行集成。表2表示矿区经过集成后的部分数据列表,图5为通过标准矢量化处理和集成得到巷道的线类数据。
[0078] 表2:矿体巷道数据集成列表
[0079]
[0080] 步骤103:利用缓存区*pLBuffer中的巷道数据以及交互式工具构建三维巷道结构。
[0081] 步骤104:对于实际工程地质数据,判断缓存区*pLBuffer中的巷道数据是Segment类的巷道数据,由实际工程设计该金矿的巷道为矩形(2m×2m),利用三维空间立体几何和解析几何构建巷道断面,使其满足金矿开掘需求。沿着导线方向连接断面巷道结构形成巷道网格结构,利用距离加权连接法进行三角化剖分并进行光滑处理。
[0082] 步骤105:根据实际工程三维巷道结构以及空间位置,候选F1中基岩、F1下基岩、F5中基岩以及金矿,通过计算相应的包围盒,建立需要开掘单元的对应关系,以RTree结构存储记录。遍历RTree中所有叶子节点,得到巷道与矿体的交点列,并进行优化处理。以交点列为界重构三维巷道结构和候选矿体层的局部单元,实现巷道开掘操作,并从数据库获取属性数据(108,108,183)、(155,0,155)、(128,128,255)、(132,66,0),用不同颜色代表开采巷道经过的不同岩层,完成实际巷道的模拟构建工作(图6)。
[0083] 步骤106:对复杂矿区进行巷道网络拓扑结构的构建。矿山中各矿井巷道纵横交错,形成巷道网络。对于已构建的开掘巷道网络,可构成一个无向网G,如图7为开掘巷道网络拓扑结构的部分无向网示例,弧上的权值(Vi,Vj)由巷道长度、围岩稳定性、突水性、瓦斯涌出、断层、裂隙等因素确定,并存入数据库中。通过搜索从某个源点Vi到其余各顶点的最佳路径的方法,得到源点Vi到其余各顶点的最佳路径Path={(V1,V6),(V1,V6,V5),(V1,V6,V7),(V1,V6,V10),(V1,V6,V7,V9),(V1,V6,V7,V4),……},表3为搜索过程的部分数据列表。
[0084] 表3从某个源点到其余各顶点的最佳路径
[0085]
[0086]
[0087] 步骤107:选择巷道中的起止位置如图7中的p1、p2,搜索包含p1、p2的弧为顶点(V6,V4),通过Path可以获得从V6至V4的最佳路径。并实现最佳路径漫游以及地质构造特性与规律、围岩稳定性、突水性、瓦斯涌出等信息查询与预测分析
[0088] 步骤108:采用虚拟矿山技术,通过输出设备实现三维数据场一体化及多分辨率可视化显示。图8a为视点<-6时的巷道线框模式;图8b为-4≥视点≥-6,可视化为三维巷道结构体并叠加了金矿结构;图8c为视点>-4时巷道属性数据显示。图9为巷道穿过某个矿体切面的分布情况,能够有效的刻画巷道的岩性、断层、突水性等地质特征。
[0089] 具体实施例二:
[0090] 以某矿数字矿山中的巷道开掘搜索预测方法为例。
[0091] 步骤201:对来自矿山不同时期、不同格式、不同来源的工程地质数据进行预处理。
[0092] 步骤202:利用矿区现有的钻井、剖面、地质图等数据,构建三维矿体模型。利用交互式工具设计三维巷道结构。表4为设计的Segment类的巷道数据,图10为在地层之间模拟开掘的三条交叉巷道。
[0093] 表4交互式工具设计的Segment类的巷道数据
[0094]
[0095] 步骤203:设计巷道断面为拱形,利用三维空间立体几何和解析几何构建巷道断面,使其满足设计巷道的结构特征和开掘需求,并利用分割原理和微积分原理分割成有限个三棱柱的组合。
[0096] 步骤204:将有限个三棱柱组合的拱形巷道转化为四面体网格,建立需要开掘单元的对应关系,以RTree结构存储记录,并求解得到巷道与矿体的交点列,以交点列为界重构三维巷道结构和候选矿体层的局部单元,实现巷道开掘操作,图11为对基于三棱柱的拱形巷道实施开掘操作之后的部分结果。
[0097] 步骤205:测试矿体的闭合性,从数据库获取属性数据(表5),完成巷道属性的构建工作。
[0098] 表5部分属性数据列表
[0099]
[0100] 步骤206:对复杂矿区进行巷道网络拓扑结构的构建,并构成一个无向网G,得到源点Vi到其余各顶点的最佳路径Path。
[0101] 步骤207:沿着Path中工程地质工作者感兴趣的某条最佳路径进行巷道漫游和风险预警(如图12),便于对巷道开掘过程中可能出现的突发事件进行分析预测,搜索最佳路径处理事故。
[0102] 步骤208:采用虚拟矿山技术,通过输出设备实现三维数据场一体化及多分辨率可视化显示。图13利用OpenGL库函数,通过改变float alpha=1.0f等参数的设置,对矿体进行透明度设计,便于观察矿体中包含的巷道在地层内的位置及其结构变化。
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