基于虚拟现实技术的空区围岩稳定性评价

论文摘要

通过虚拟现实技术将矿山生产过程中涉及的工程地质条件、矿体形态、巷道及空区位置、开采进度等大量三维数据集成为动态可视化的三维模型,不仅可以方便用户对矿山数据的观察和理解,而且通过集成相关数据信息进行综合判断分析可帮助人们发现矿山生产过程中的安全隐患。可见,集成了数字矿山技术和围岩应力场分析技术的虚拟现实可视化技术将成为矿山地压灾害预测评价的发展趋势。本文结合石人沟铁矿实际情况,基于东北大学虚拟现实系统,建立起包括露天坑地表、矿体、巷道、采场、矿山机械等三维场景,带有虚拟漫游、数据库查询和交互控制功能的一整套虚拟矿山系统。在该系统基础之上,建立了石人沟铁矿三维力学模型,开展空区群围岩应力场分析,结合原有的微震监测数据,提出了基于微震数据和应力场数据相结合的围岩安全系数计算公式。对虚拟现实软件进行二次开发,加强其集成外部数据的能力,实现可视化矿山微震监测及应力场数据,建立了石人沟铁矿多空区群围岩稳定性评价虚拟现实系统。通过对众多三维数据信息的联合解读和分析达到评价围岩稳定性和定位危险区域的目的,拓宽了虚拟现实的应用领域,提高了其实用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 矿山工程围岩稳定性研究的目的和意义
• 1.2 矿山工程围岩稳定性评价的特点
• 1.3 虚拟现实在矿业中应用的研究现状
• 1.3.1 国外的研究状况
• 1.3.2 国内的研究状况及存在的不足
• 1.4 采空区稳定性研究现状
• 1.4.1 采空区稳定性研究方法
• 1.4.2 采空区稳定性研究存在的不足
• 1.5 本文研究的思路及主要内容
• 第2章 虚拟现实技术与虚拟现实系统构成
• 2.1 虚拟现实技术的概念
• 2.2 虚拟现实技术的基本特征
• 2.3 虚拟现实系统的组成和分类
• 2.3.1 虚拟现实系统的构成
• 2.3.2 虚拟现实系统的硬件设备
• 2.3.3 虚拟现实系统的分类
• 2.4 东北大学虚拟现实系统
• 2.4.1 桌面式主动立体显示系统
• 2.4.2 大屏幕被动式立体显示系统
• 2.4.3 投影幕布主动式立体显示系统
• 2.4.4 虚拟现实系统软件VR—Platform
• 第3章 石人沟铁矿虚拟矿山系统的建立
• 3.1 石人沟铁矿概况
• 3.1.1 地理交通位置、隶属关系及矿山现状
• 3.1.2 矿区及矿床地质特征
• 3.1.3 矿区水文地质
• 3.2 石人沟铁矿虚拟矿山系统的建立
• 3.2.1 矿山三维模型的建立
• 3.2.2 数据库信息查询
• 3.2.3 交互控制
• 3.2.4 可视化外部数据
• 第4章 石人沟铁矿16-17勘探线附近围岩微震监测结果及应力场分析
• 4.1 确定重点研究区域
• 4.2 石人沟铁矿的微震监测结果及分析
• 4.2.1 微震监测系统
• 4.2.2 微震监测结果分析
• 4.3 空区围岩应力场计算及分析
• 4.3.1 ANSYS有限元分析软件
• 4.3.2 计算模型建立及物理力学参数的确定
• 4.3.3 围岩应力场计算及结果分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 围岩稳定性评价系统建立
• 5.1 描述微震信息的几个指标
• 5.2 岩体强度折减公式
• 5.3 围岩稳定性安全系数的计算
• 5.4 安全措施建议
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论及展望
• 6.1 本文的主要结论
• 6.2 今后的工作与展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介