数字矿山中的巷道开掘搜索预测方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种矿山中的巷道开掘搜索预测方法，尤其是一种。
技术介绍
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。目前我国煤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氧化碳、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。巷道是采矿生产中将煤炭从工作面运送到地面，以及通风、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。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云数据，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。
技术实现思路
本专利技术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。为了实现上述目的，本专利技术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。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，IGB内置存储器和SD可拆除卡插槽，WindowsMobile 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。处理器包括高档PC机或虚拟现实专用图像工作站,性能彡Intel (R)Pentium(R)processor I. 86GHz, ^ 782MHz, ^ 2GB 内存，Microsoft Windows XP 以上。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。本专利技术采用了以下技术方案，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> I : 1000 U视点>-4，可视化为巷道属性数据；当I : 5000 <比例尺< I : 1000 U -4彡视点彡_6，可视化为三维巷道结构体；当比例尺<I 5000 U视点<-6，可视化为线框模式。 由于采用上述技术方案，本专利技术具有以下优点和效果I、本专利技术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。2、本专利技术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、突水性等地质特征，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。3、本专利技术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、围岩本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：武强，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：