基于4D技术的矿山井下突水事故模拟关键技术研究

摘要

突水灾害事故是仅次于瓦斯事故的第二大地下矿山地质灾害事故，矿井突水事故的突发性、灾难性使得国家和矿山企业的人员财产遭受重大威胁。因此，对突水事故进行有效防治是至关重要的。突水事故是一种动态的灾害过程，如何在突水事故发生时最大限度的保证人员财产安全，制定合理救援方案，揭示突水灾害演变规律，探寻事故背后原因及解决方案是我们需要探讨的。为此，有必要对突水事故的动态模拟仿真进行深入研究。
　　本文拟综合应用4D、计算机三维建模、模型渲染仿真等技术，研究探讨突水事故的动态模拟仿真。首先，对4D的建模内涵在时间维和空间维上进行了界定和分析；其次，利用Tin三维可视化建模、外存八叉树空间块段划分等技术构建了矿山井下突水井巷环境；然后，利用八分圆椭球体空间搜索技术对突水块段进行搜索；最后，通过时间序列与水流轨迹协同推演来实现单源点和多源点突水事故4D模拟仿真；在此基础之上，对纹理动画4D仿真与场景的真实感渲染绘制等关键技术进行了研究。
　　论文通过对矿山井下突水事故的4D模拟仿真关键技术进行研究，在搭建矿井突水4D模拟仿真管理平台的基础上，提出了用三维模拟突水环境加入时间序列协同来实现突水事故4D模拟的新方法，为模拟仿真突水事故提供了另一种思路和全新的视角。运用4D推演突水过程，可为矿山管理人员提供动态可视的矿山突水事故信息，为突水事故救援制定合理救援方案提供决策依据，也为矿山从业人员提供了一种新的突水事故安全教育模式。

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1. 绪论

1.1 引言

1.2 研究的目的和意义

1.3 国内外研究现状

1.4 论文的主要研究内容

1.5 技术路线

1.6 论文组织结构

2. 4D模型基础理论及相关技术

2.1 矿井突水4D模型的概念

2.2 基于Tin的三维可视化建模技术

2.3 基于外存八叉树的空间块段划分

2.4 OBB树相交测试技术

2.5 八分圆椭球体空间搜索技术

2.6 本章小结

3. 矿山井下突水事故4D动态渲染

3.1 纹理动画模型仿真

3.2 骨骼动画仿真

3.3 基于WiFi技术的井下人员定位仿真

3.4 粒子特效仿真

3.5 本章小结

4. 矿山井下突水事故4D可视化动态仿真

4.1 矿井多源点突水4D模拟基本原理

4.2 突水井巷环境构建

4.3 突水空间维块段划分和块段搜索方法

4.4 突水时间序列模型

4.5 多源点突水4D推演过程

4.6 本章小结

5. 某煤矿突水4D模拟仿真系统

5.1 煤矿简介

5.1 系统总体设计

5.3 突水巷道模型

5.4 突水4D动态仿真

5.4 仿真结果分析

5.5 突水避灾应急救援

6. 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文