矿井巷道时空数据模型研究及其动态建模

时空数据模型是时态三维矿山地理信息系统的基础,巷道作为地下开采矿井的主体,其时空数据模型的组织方法直接影响系统的运行效率。基于图论基本原理,本文充分利用ArcGIS平台提供的Geodatabase几何网络模型,根据巷道特点进行数据组织并定义计算规则,建立了基于事件的基态修正巷道时空数据模型,该模型融合了基态修正模型和基于事件的时空数据模型的基本思想,将时间引入巷道的三维拓扑关系,实现了按时间动态生成Multipatch三维巷道模型。矿井巷道时空数据模型的建立,强调了时间与空间的密切联系,为矿山动态开采、动态管理和动态监测等提供了有效的技术途径。     

煤矿巷道三维建模方法设计与系统开发应用

井巷工程三维建模研究及应用对完善数字矿山工程、加快矿井信息化建设具有十分重要的意义。目前煤矿井巷的可视化及设计大多是基于二维平面进行,无法直观表达井巷及其相关实体之间的空间关系。文中对矿山井巷工程数据的特征进行了分析,抽象出井巷工程二三维数据结构及建模方法,从巷道测量数据建立三维巷道模型。最后,开发了原型系统,以开滦集团钱家营矿区为例,建立了巷道三维模型并实现可视化,验证本文研究成果的实用性和有效性。     

用几何解析法代替几何三角法实现标定数据计算优化

该文运用平面解析几何中直线方程的建立及求直线交点原理,推导出适合矿井生产需求的矿井巷道数学方程模型及标定数据解算方法和解算步骤,并同原有的井巷工程标定数据的几何三角法的解算速度和计算精度进行比较,实现井巷工程标定数据计算优化。     

探索提高煤矿经济效益的途径

影响煤矿经济效益的因素很多,从定性观点已被人们所认识和接受。本文用相关分析和回归方程方法,从定量上对我省五统配局44对生产矿井三年(80-82)来五个主要生产技术条件与经济效益的关系进行了系统的分析,找出了影响煤矿经济效益最主要的因素-巷道维护率(矿井年产量除年平均维护巷道长度),以及较为重要的几个因素-矿井达产系数(矿井设计能力除矿井实际年产量)、矿井年产量、回采工作面单产和采区产量。 一、相关分析 相关分析是研究变量之间相关关系的一种方法,其目的在于确定两个变量之间是否存在相关关系,而且确定这种关系的密切程度。     

基于三维动态通风网络解算的通风系统优化研究

针对平煤股份六矿通风流程长、生产水平多、各水平过渡期通风困难、巷道断面收缩引起通风阻力增加等主要问题,六矿制定了通风经济、高效为目标的通风系统调整工程。依托三维动态通风网络解算软件对通风系统调整方案进行模拟,成功建立了矿井三维通风网络模型,实现了矿井动态通风网络解算,提高了六矿的通风管理水平。     

矿井空巷道无线信道特性分析与仿真

随着现代通信技术的快速发展,矿井中通信方式也由原来的有线通信向无线通信转变。随着近些年我国矿产资源的不断开发与利用,建设安全可靠的矿井通信系统成为了矿产高效生产和井下救援的必要措施。根据电磁波在矿井巷道中的传播特征,介绍了经典电磁波传播相关方程及多波模传输理论。为了简化巷道模型,重点分析了空矩形矿井巷道中的电磁波传播形式,并对巷道中存在的倾斜损耗、粗糙损耗等相关损耗进行了分析,最后通过MATLAB仿真分析,选择矿井巷道中适合电磁波传输的最佳频率段。     

矿井通风网络三维仿真模型

针对大型矿山巷道众多、通风状况复杂、多变的特点,采用了一系列新的思路和算法,包括空间三维实体和二维图形相互转换的算法、通风网络解算算法,解决了矿井通风网络三维仿真图形的创建、自动标注以及矿井通风自动解算等问题,建立了通风网络三维图形变换和三维实体生成模型,仿真数据模型以及通风网络解算数据模型三大模型,实现了矿井通风网络三维仿真和风网解算的高度智能化与自动化,为矿山通风网络三维仿真系统的建设奠定了理论基础,为矿山的安全生产提供了技术保障。     

高瓦斯矿井通风能力优化数学模型及应用

针对高瓦斯矿井,建立了以采煤工作面日产量之和最大为目标函数,以采煤工作面日产量、各巷道风量、各巷道调节量、主要通风机风量和风压为决策变量的通风能力优化非线性模型。并以一个实际的生产矿井——汝箕沟煤矿为例,用优化软件Lingo8.0详细地对该矿进行了通风能力优化计算。结果表明,在现有通风网络条件和风机能力下,按优化结果进行阻力调节,既能保证矿井安全生产,同时也可使各采煤工作面日产量达到最优,从而充分挖掘了整个通风系统的潜力,实现了全矿井通风能力最优化。     

基于空间句法的矿井应急疏散研究与应用

地下矿井作业危险,空间拓扑结构复杂,因而矿山安全事故时有发生,合理的应急疏散路线规划以及疏散指示布置,能够有效提高井下人员的逃生效率,降低人员伤亡与财产损失。结合某地下矿井实例,基于空间句法和GIS网络分析搭建地下矿井巷道网络模型,从逃生人员的空间认知角度出发,利用标准化角度选择度值选取巷道网络模型中的前景网络和背景网络作为主要避险通道,为应急疏散指示标志布置提供参考;考虑巷道宽度、巷道类型、巷道坡度等巷道基础属性信息,并结合空间句法指标——标准化角度整合度,构建巷道网络应急脆弱模型,顾及巷道空间单元的稳定性,规划井下人员的最优认知路径,进而实现了多目标的地下矿井紧急疏散路线规划。该研究不仅能够为地下矿井的巷道布局设计提供建议,还可为地下矿井的应急疏散路线规划辅助决策、应急预案制定提供理论依据,同时为紧急避险系统的建设与完善提供新的思路。     

基于BP神经网络的矿井摩擦阻力系数预测

为克服传统的矿井巷道摩擦阻力系数测试方法工作量大、效率低等缺点,以摩擦阻力系数理论为基础并结合现场实际资料分析,归纳出影响矿井巷道摩擦阻力系数的主要因素:巷道断面积、巷道周长、巷道支护方式和巷道断面形状。构建基于BP神经网络的摩擦阻力系数预测模型,选取典型数据作为BP神经网络的学习样本和测试样本,运用Matlab软件进行网络训练,得到优化的网络模型。利用优化的网络模型对板石矿和大明一矿随机测点进行摩擦阻力系数预测,预测值与实测值误差不超过10%,表明该网络模型的预测结果具有较高的可靠性和工程实践价值。     

基于IEEE802.11协议的巷道网络无盲区覆盖研究

基于WiFi通信系统Infrastructure模式,结合矿井巷道截面大小和几何形状,研究了网络桥接器AP的放置位置对巷道中网络覆盖的影响。对2种常用的煤矿巷道中AP的布置位置进行分析,分别得出2种方案所需要AP的最小覆盖半径以及AP之间的最佳距离,使得2种情况下AP覆盖区域之间有重叠,并且重叠区域最小,满足网络的无盲区覆盖要求,进而提高了网络的服务质量。结合以上参数,对2种布置方式从成本的角度进行了比较,得出最佳布置方案。     

掘进机断面成形精度与传感器精度的匹配模型

在分析悬臂式掘进机掘进断面成形控制原理的基础上,建立了基于角位移和检测液压缸行程的断面几何参数的匹配模型,得出了掘进机巷道断面成形尺寸与传感器检测量及断面成形控制精度与传感器精度之间的数学关系,为断面成形控制中传感器的精度选择及截割轨迹监控系统的可视化数据采集提供了理论基础。     

煤矿安全监控网络的研究与设计

根据煤矿具体开拓方式,提出一种新的煤矿安全监控网络的设计方法。该设计方法根据井下开拓巷道与采准巷道不同的环境条件,分别采用CAN总线协议与ZigBee无线通信协议进行组网,融合了传统有线网络的可靠性、实时性与无线网络的灵活性、适应性等优点。针对采准巷道环境恶劣、噪声严重的特点,利用巷道信道模型与仿真实验分析了差错控制编码技术在巷道无线通信中的应用,提出了具体设计方法。最后给出了该系统的硬件以及软件设计方法。对提高煤矿安全生产具有重要参考价值。     

基于改进RBF神经网络的巷道变形预测模型

由于经典RBF神经网络中的隐含层节点数、连接权值等结构参数基本由经验获取,因此经典RBF神经网络模型的性能取决于建立模型专家的主观性,存在一定的盲目性和随机性,难以对巷道变形进行准确预测。为此,采用贝叶斯阴阳和谐学习算法对经典RBF神经网络模型的隐含层节点个数、连接权值等结构参数进行了优化,提出了一种基于改进RBF神经网络的巷道变形预测模型,即对角型广义RBF神经网络模型。采用潞安和兖州矿区的综放回采巷道的现场长期监测数据分别对经典RBF神经网络模型以及对角型广义RBF神经网络模型进行了试验分析,结果显示：①对巷道顶底板变形进行预测时,对角型广义RBF神经网络模型的准确率约92.2%,经典RBF神经网络模型的准确率约80.6%;②对煤帮变形进行预测时,对角型广义RBF神经网络模型的准确率约90.2%,经典RBF神经网络模型的准确率约78.6%。上述试验结果表明,对角型广义RBF神经网络模型对于巷道变形预测的精度明显优于经典RBF神经网络模型,对于高精度巷道变形预测有一定的参考价值。     

基于巷道摩擦阻力系数BP神经网络预测模型的矿井风网风量预测研究

针对矿井风网解算中待掘巷道摩擦阻力系数难以准确实测赋值的问题,构建了巷道摩擦阻力系数BP神经网络预测模型,以双柳煤矿各类巷道摩擦阻力系数实测数据作为训练样本进行学习训练,使预测模型的期望误差达到0.0001以下。利用该模型对尚未贯通的23(4)13回采工作面的巷道摩擦阻力系数进行预测,将预测结果代入基于斯考德—恒斯雷法风网解算方法构建的双柳煤矿通风网络解算模型中,分别对23(4)13回采工作面贯通后备用阶段和回采阶段全风网风量分布进行了解算,解算结果与现场实测结果之间相对误差小于8%。研究结果表明,利用基于BP神经网络算法的巷道摩擦阻力系数预测模型对待掘巷道摩擦阻力系数进行预测赋值,能够实现风网风量的准确解算。     

基于近景摄影测量技术的地下巷道三维建模

对真实矿山整体及其相关现象的统一认识与数字化再现,是数字矿山建设的重要内容,矿山地下巷道的三维建模及可视化又是数字化再现的核心内容。针对传统巷道三维建模方法效率低下、成本高昂的不足,提出了基于近景摄影测量技术的地下巷道三维建模方法。该方法主要采用近景摄影测量立体像对的前方交会原理,使用相机在不同空间位置获得一组同一目标的图像,通过计算图像间的几何约束关系来得到目标表面的三维坐标信息,从而构建拍摄目标的三维模型。该方法首先利用低成本的智能手机照相机对巷道进行多视角近景照片采集;然后利用数字图像建模Context Capture软件对图像数据进行空中三角测量解算,并生成地下巷道点云数据;最后对获取的像片进行特征提取和影像匹配,完成地下巷道三维模型构建。以河南理工大学地下防空洞巷道为试验对象,拍摄了566张像片,像片间的旁向重叠度约80%。试验结果显示,所拍摄目标物的三维模型结构完整,纹理清晰,表明利用近景摄影测量技术构建巷道三维模型具有可行性。     

独头巷道掘进过程中排烟时间预测

分析了炮烟在独头巷道中的运移情况,从质量守恒角度建立了炮烟抛掷区中的炮烟排出数学模型。对归来庄金矿-118 m穿脉巷道爆破作业的现场炮烟监测,监测点炮烟浓度先增加后减小,炮烟排出过程中符合指数衰减。从爆破、炸药、通风条件、巷道情况4个方面分析了影响排烟时间的因素,利用BP神经网络模型,将炸药量、炮眼数目、风筒到掘进面的距离、监测点到掘进面的距离、风筒风量、风流温度、巷道温度、巷道相对湿度等因素的10组实验数据作为输入量,排烟时间作为输出量,获得稳定的网络结构。再将5组输入量实验数据代入BP网络训练,预测的排烟时间与实测的排烟时间相对误差在7%以内,运用BP网络模型取得了较好的预测效果。准确预测排烟时间,可以合理安排掘进作业,避免炮烟中毒事件发生,对矿山安全高效生产有重要的意义。     

掘进巷道压入式通风粉尘运移规律数值模拟

为了解决掘进巷道粉尘的严重污染问题,以西藏自治区某铜多金属矿为工程背景,运用数值模拟与现场测试相结合的方法,对掘进巷道采用压入式通风时的粉尘分布规律进行研究。通过GAMBIT建立几何模型,并运用FLUENT软件模拟压入式通风条件下粉尘的运移规律。模拟结果表明,掘进巷道内的粉尘在1 200s时基本全部排出,同时模拟结果与实测数据基本一致。     

尾巷对采空区煤自燃影响的数值模拟研究

为了研究尾巷对采空区煤自燃的影响,建立了带有尾巷的三维采空区的几何模型,利用UDF编写采空区碎胀系数和孔隙率的分布函数,从尾巷的联络巷间距和回风巷与尾巷之间的压差两个方面进行了模拟.结果表明:尾巷的联络巷间距对采空区自燃有重要的影响,闻距增大,采空区自燃带的宽度也增大,越靠近回风侧,宽度增加越快;回风巷与尾巷之间的压差...     

几何法快速设定变向巷道的中线

几何法引变向巷道的中线,是在无精密测量工具的情况下,采用几何学原理,使用尺线等常用工具操作,快速引出巷道变向后的中线。本文详细说明了该方法的具体操作:操作中利用的主要是几何学原理,可以说成是"单位圆法"、"等腰三角形法",重点是利用"三点一线"的几何原理,确定D、F、G三点。