矿井三维通风动态仿真模拟系统
矿井三维仿真可视化解决方案
行业应用前景
矿山行业： 提高矿山开 采效率，降 低开采成本
01
地质行业：提 高地质勘探和 研究效率，降 低勘探成本
环保行业：提 高环保监测和 治理效率，降 低治理成本
03
05
02
04
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石油行业：提 高石油勘探和 开采效率，降 低开采成本
建筑行业：提 高建筑设计和 施工效率，降 低施工成本
城市规划：提 高城市规划和 管理效率，降 低管理成本
安全预警：对矿井安 全隐患进行预警，降
低事故发生率
培训教育：提供虚拟 培训环境，提高员工
技能水平
设备管理：对矿井设 备进行管理，确保设
备正常运行
数据分析：对矿井生 产数据进行分析，为
决策提供支持
技术实现
数据采集与处理
数据采集：通过传 感器、摄像头等设 备实时采集矿井数 据
01
数据预处理：对采 集到的数据进行清 洗、去噪、归一化 等处理
应用场景
矿井设计规划
地质建模：利用三维仿 真技术，构建矿井地质 模型，为设计规划提供 基础数据。
01
通风系统设计：设计矿 井通风系统，确保矿井 内空气流通，保障矿工 安全。
03
02
04
采矿方案设计：根据地 质模型，设计采矿方案， 包括采矿方法、采矿设 备、采矿路线等。
排水系统设计：设计矿 井排水系统，确保矿井 内积水及时排出，保障 矿井安全。
矿井三维仿真可视化解决方案
演讲人
目录
01. 解决方案概述 02. 应用场景 03. 技术实现 04. 案例分析
解决方案概述
矿井三维仿真技术
01
利用计算机图形学和虚拟 现实技术，构建逼真的三 维矿井模型
矿井通风系统三维建模及仿真系统总体设计
利 用 Ｏｐ ｎ ｅ ＧＬ实 现 图形显 示 的一般 步骤是 ： ａ ．设定 设备 环境 的像 素格 式 。 ｂ ．建立 “ 色描 述表 ” 着 。
ｃ ．建 立模 型 。 ｄ ．场景 和 环境 设 置 。把 景 物放 到 三 维 空 间 合
软件 系统设 计 的第 一 步就 是 确定 软 件 的架 构 ， 软件 的架 构决定 了各 子 系统如 何组 织 以及 如何 协调
３ ２ １ 数 据 接 口模 块 ．．
ｃ ．类 Ｃ Ｌ ｉ ｌｔ ｎ ｕ ｖ ｉｉｇ模 拟矿 井 监 测 Ｂ Ｓｍｕａｉ Ｓ ｒｅｌｎ ｏ ｌ
监 控 系统 ， 根据 用 户 的 操作 （ 开 闭 风 门 、 节 风 并 如 调 窗等 ） 时调 整模 拟系 统 的显示 。 实
峻稿 日期 ：０ ６０ —７ ２ ０ —５１
作 者 简 介 ： 超 （９ ９ ） 男 ， 南 焦 作人 ， 读 硕 士 ， 要 从 事 多 媒 体 技 术 研 究 。 李 １７一 ， 河 在 超 等 ： 井 通 风 系 统 三 维 建 模 及 仿 真 系 统 总 体 设 计 矿
是方 法 。
的开 放式 的三 维 图形 标 准 ， 硬 件 与图形 的软 件 接 是
口， 立 于硬 件 和 操 作 系统 。Ｏｐ ｎ 独 ｅ ＧＬ的 函 数 库 总
括 为 如 下 几 类 ： 本 库 、 用 库 、 助 库 、 ｉｄ ｗｓ 基 实 辅 Ｗ ｎｏ
专 用库 和 Ｗｉ３ ＡＰ 。 ｎ２ Ｉ
层 设 计 ５个 功 能 模 块 ， 同 层 之 间 、 同 模 块 之 间 只 设 计 有 一 个 数 据 接 口 ， 低 了 层 间 、 块 间 的 耦 不 不 降 模
合 度 ， 高 了模 块 的 可 重 用 性 。 最 后 绘 制 了 总 体 框 图 。 提
Ventsim三维通风仿真系统在金属矿山的应用
２ 三维通风仿真模拟技术应用
２ ． １ 通风系统面临的问题 上世纪的 ７ ０年代末 ８ ０年代初，我国各行各业 科学技术的发展进入了一个黄金时期。正是在这一 时期，我国的专家学者借鉴和总结了瑞典鲁纳矿的 成功经验，消化和引进了矿井通风系统的多级机站 通风技术， 为我国矿井通风系统带来了巨大的变革， 成为矿井通风技术发展的一个标志性的成就
１ Ｖ ｅ ｎ ｔ ｓ ｉ ｍ 仿真系统主要功能
１ ． １ 系统主要功能 （ １ ） 通过整个矿井通风系统真三维建模， 实现 三维通风仿真， 并可进行巷道漫游。 （ ２ ） 新建矿井通风网络系统设计、 网络解算和 风流动态模拟； 大型生产矿井中后期通风网络系统 的变化模拟， 优化通风设计； 在优化设计的基础上进
·１ ２ ０ ·
柳明明（ １ ９ ８ ５ —） ， 男， 北京科技大学土木与环境工程学院， 硕士研究 生， １ ０ ０ ０ ８ ３北京市海淀区学院路。
柳明明等： Ｖ ｅ ｎ ｔ ｓ ｉ ｍ三维通风仿真系统在金属矿山的应用 ２ ０ １ ０年第 １ ０期 １ ． ２ 系统运行界面 Ｖ ｅ ｎ ｔ ｓ ｉ ｍ系统运行主窗口包括所有通风网络创 建、 编辑、 浏览和模拟的功能。主要分为 ４部分： 菜 ） 。 单栏、 工具栏、 三维视图窗口、 状态栏（ 见图 １ 统还具有自定义图标功能， 可以对自然通风、 可压缩 性气流进行分析。 Ｖ ｅ ｎ ｔ ｓ ｉ ｍ仿真系统通过其强大的建模、 风流模拟 功能， 为矿井多级机站通风系统的建立提供三维可 视化效果模拟， 帮助确定机站级数、 获得各个巷道的 风量、 风路阻力、 并进行风机选型等。 针对多级机站通风系统风流状况难以模拟的状 况， Ｖ ｅ ｎ ｔ ｓ ｉ ｍ仿真系统能够方便实现对其进行实时动 态模拟， 准确掌握风机运转状况， 从而及时发现问 题， 采取对策。首先采用计算机图形系统建立矿井 三维通风网络模型， 通过赋值、 风流模拟， 同时使风
一矿井三维通风动态仿真模拟系统主要技术参数及要求
一、矿井三维通风动态仿真模拟系统主要技术参数及要求1、系统需基于真三维可视化通风仿真图形管理平台,建立的三维通风网络图形真实反映巷道空间关系，任意通风网络节点由三维坐标(X，Y,Z）进行控制，节点坐标调整方便,系统需兼容AutoCAD图形数据，可直接导入AutoCAD图形文件自动生成基础通风网络拓扑图形，同时可将建立好的三维通风立体图形直接输出为AutoCAD图形文件。
2、系统需包含完善的通风网络解算数据库，通风网络数据库所建立的巷道属性包括：编号、名称、风量、风速、空气密度、巷道长度、断面面积、断面周长、摩擦阻力系数、局部阻力系数、风阻、阻力、相对全压、相对静压、绝对压力、速度压力、三维坐标、干球温度、湿球温度、围岩温度等。
三维通风动态仿真模型和通风网络数据库中的数据一一对应，矿井通风系统调整后,三维通风仿真模型和通风网络数据库需相应动态变化。
3、系统需基于高效、成熟的通风网络解算算法，解算算法最大支持的通风网络分支数大于10,000条,单次解算时间小于3秒，基本实现实时解算，解算精度用户可控制。
三维通风立体图形拓扑结构或参数变化后，系统可自动识别通风网络拓扑结构变化,实时进行网络解算，并显示最新的通风网络分析参数。
4、在三维通风立体图形上动态显示风流方向和相关通风参数，动态显示的风流方向和风流速度真实反映井下巷道风流关系。
具备可视化展现方法将某一数据项中特定区间数据突出展现功能，方便通风技术人员发现通风系统的薄弱环节或超限数据。
5、系统需具备多窗口并行计算功能，可基于多窗口对三维通风网络模型不同方位同步进行浏览，便于同步观察通风系统某一分支调整对其他关键分支巷道的参数影响。
6、系统需具备完善的常用摩擦阻力系数表和主流风机数据库，数据库可任意扩充；可在风网优化设计的基础上自动进行风机选型和风机运行工况点分析。
7、系统需支持自然分风解算和强制分风解算，可对任意风路固定风量、固定风压，实现风流按需分配解算和通风系统动态仿真模拟。
Ventsim三维通风仿真系统在华晋焦煤沙曲二矿四采区4401综采面通风系
Ventsim三维通风仿真系统在华晋焦煤沙曲二矿四采区4401综采面通风系统调整上的应用作者：李张彤来源：《中国化工贸易·下旬刊》2017年第06期摘要：本文利用ventsim三维通风仿真系统软件构建了沙曲二矿4401综采工作面的三维通风系统网络解算模型，通过对通风系统进行了风网解算、风流模拟和风量分配，解决了4401综采工作面在通风系统调整过程中遇到的涉及范围广、调整难度大、风量难以合理分配的难题。
实践证明，ventsim三维通风仿真系统能够满足沙曲二矿新信息化、智能化管理要求，实现了矿井安全、高效、经济运行。
关键词：ventsim；三维通风仿真；风网解算；风流模拟1 工程概况及Ventsim三维通风仿真系统简介1.1 工程背景沙曲二矿隶属于华晋焦煤有限责任公司，矿井位于河东煤田中段、离柳矿区西南部，主采4#、5#煤层。
4401工作面是四采区第一个4#煤工作面，目前已形成全风压通风系统。
由于该工作面位于回风斜井主扇担负区域的最末端，而其回风联络巷位于白家坡回风立井主扇担负区域，因此该工作面的通风系统调整存在涉及区域广、调整难度大、影响因素多等困难，仅依靠经验，很难准确解决上述问题。
1.2 ventsim三维通风仿真系统简介Ventsim三维通风仿真软件是一款实用性较强的矿井通风仿真模拟软件。
该软件使用计算机图形系统建立矿井三维通风网络模型，通过对巷道的断面、风阻等参数进行赋值，通过风网解算、风流模拟和风量分配，对通风系统的效果进行模拟检测、控制与优化设计，从而为矿山管理人员和技术人员提供必要的数据支持，以辅助通风和生产决策。
2 三维通风网络模型的构筑2.1 三维模型的建立为建立4401工作面及其回风系统的三维通风模型，首先我们在矿井最新的采掘工程平面图上描出4401工作面、3402轨道巷、3402回风联络巷和四采区1#底抽巷等巷道的中心线，再在中心线的每个节点导入获取的节点标高数据，然后将AutoCAD图保存为DXF格式。
Ventsim三维通风仿真系统在东盛煤矿的应用
Ventsim三维通风仿真系统在东盛煤矿的应用赵博【摘要】文章以东盛煤矿投产前巷道为基础,利用Ventsim三维通风仿真系统对巷道进行仿真建模,介绍了建模过程,并对东盛矿井投产后通风系统进行预测,发现整个通风系统中存在的问题,并提出相应的改进措施.【期刊名称】《煤》【年(卷),期】2016(025)011【总页数】3页(P27-29)【关键词】Ventsim;三维仿真;模型:通风模拟【作者】赵博【作者单位】太原理工大学矿业工程学院,山西太原 030024;潞安工程勘察设计咨询有限责任公司,山西长治 046204【正文语种】中文【中图分类】TD724纵观加拿大、澳大利亚、美国等先进采矿国家，非常重视矿井的通风定量安全评估工作。
例如在澳大利亚，有很多专业矿井通风咨询公司，采用先进的软件系统，对不同的矿井类型进行通风定量评估优化工作。
一般矿井3-6个月需要定量评估一次，高瓦斯煤矿定量评估周期最为频繁。
但在我国，专业矿井通风咨询公司较少，大多工作处于定性的评估(如：矿井通风能力核定等)，还达不到定量评估的水平，多数矿井借助于不同的机构和单位也进行网络解算工作，但总体水平和国外相比差距仍然很大。
东盛煤矿属于煤层群联合开采，巷道布置复杂，通风系统更为复杂，如何保证矿井投产后通风安全将是矿井后期生产的重中之重。
文章以东盛煤矿投产前巷道为基础，利用Ventsim三维通风仿真系统对矿井进行仿真建模，重点分析矿井由基建转入正式生产后矿井通风网络系统如何变化，并对矿井转入生产时可能出现的通风问题提前预警，并提出对应的改进和防范措施。
潞安集团东盛煤业有限公司位于山西省沁源县王陶乡下壁村附近，行政区划属王陶乡管辖，批准开采1号-11号煤层，井田面积2.660 4 km2。
开采深度由标高1 420.01 m到1 130.01 m。
生产规模30万t/a。
矿井地面建筑、地面生产系统等已基本完工，主斜井、副立井、回风立井、井底车场及主水泵房、主变电所、管子道、井底水仓、10101面运输巷、回风巷形成；2号煤层带式输送机大巷、1号煤层轨道大巷、2号煤层轨道大巷、1号煤层回风大巷已经开始掘进。
矿井通风系统仿真技术研究与应用
作者简介 ： 吴海军 （９ ４一） 男 ， 南商丘人 ， １７ ， 河 本科学 历 ， 工程 师 ， 全 国注册安全工程师 ， ９ １ ５年参加工 作 ， ９ 现在河 南煤化 集 团鹤煤公 司从 事“ 一通 三防” 工作。
２１ ０
夯 晨 斜技
３ ４ 通风 日常报表 管理 ．
２１年第５ ０１ 期
矿井通风仿真系统 是指将计算机三维仿 真技术引 ２ ２ ２ 可用 性和可 靠性 ．． 入到通风安全领域 ， 通过 构建通风系统基础 数据库 ， 实 可用性指 系统对用 户界 面的友好 性 ， 般包括操 一 现抽象 的通风安全 信息 向彩色 的三维空 间 的映射 ， 直 作 的便利性、 示信 息 的充 分性 、 指 允许 误操 作、 色彩 的 观显示矿井各条巷 道 的通 风参数 ， 以便于通 风 系统 图 合理使 用、 操作 及显示 方 面的一致 性。可靠性 主要 指 形和通风信息 的可 视化交 互处理 ， 可实现 通风参 数 结果正确、 并 错误处理能力 、 数据备份与恢复手段功能。 的实 时监控与紧急预警 。 ２ ２ ３ 安 全性 ．．
图进行修改和保存 。非管理人员必须知道用 户名和密 码 的同时才能进行 修 改 ， 效 的防止 了非专 业人 员 的 有 误操作 。 ３ ２ 矿 井通风 三维 动态模拟 显 示 ．
应用三 维可 视化 技 术和 虚拟 现实 （ Ｒ） Ｖ 技术 ， 快 速、 准确 的构建 矿井三 维模型 。向系统 中导 入巷 道拓
２ １ 第５ ０年 期 １
东 斜技 瞧茬
２ ０ ９
矿 井通 风 系统 仿 真 技 术研 究 与应 用
吴海 军 ， 尚云杰 ， 甫 定 梅
（ 河南煤化集团鹤煤公 司， 河南 鹤壁 ４８２ ５ ０ ０）
基于Ventsim的矿井通风风阻参数优化
基于Ventsim的矿井通风风阻参数优化李孜军;陈艳丽【摘要】研究矿井通风风阻变化规律对通风系统网络解算及优化调节的影响有着重要的意义.根据矿井通风系统中风量、风压和风阻之间的平衡关系,运用单因素分析法,实现快捷高效优化通风系统稳定性.该方法是通过改变某一分支巷道的风阻值,分析其他特征分支风量和风压对此变化做出的反应状况规律.以某金属矿山为例,将通风系统模型导入Ventsim三维仿真系统,选择一个具有代表性的特定分支,在其他参数保持不变的情况下,改变这一分支巷道的风阻值,通过仿真模拟解算出需要的数据.最后对解算结果进行分析比较,确定该分支巷道和相关分支风量及风机工况点之间的相互关系,来判断其对通风稳定性影响的大小.这不仅为矿井前期通风系统设计提供了理论依据,也为后期矿井通风系统运行及改造提供了数据支持,最终为实现矿井安全生产打下坚实基础.【期刊名称】《金属矿山》【年(卷),期】2014(000)003【总页数】5页(P136-140)【关键词】三维通风仿真;Ventsim系统;风流模拟;风网解算【作者】李孜军;陈艳丽【作者单位】中南大学资源与安全工程学院,湖南长沙410083;中南大学资源与安全工程学院,湖南长沙410083【正文语种】中文【中图分类】X936随着人类对矿产资源需求的增加和浅表层矿产资源的不断消耗，人们不得不对深部矿产资源进行大规模开采[1-2]。
矿山深部开采将会面临诸多问题：井下有毒有害气体、粉尘、恶劣的高温等因素会直接损害工人的身心健康，影响工作效率；矿山现代机械化程度低，矿井通风系统网络复杂，人工管理相对困难，甚至罕有矿山企业保有一套完备的矿井通风网络资料。
数字化矿井通风管理作为现代计算机虚拟现实技术成为解决这个问题的有效方法之一[3-4] 。
目前国内外已经开发出大量的矿井通风系统仿真与可视化软件，例如辽宁工程技术大学开发的矿井仿真系统软件MVSS[5] ；由美国VPL公司创建人拉尼尔提出的虚拟现实技术(Virtual Reality，简称VR)可用于仿真、人机交互式、三维动态模拟[6]；还有三维GIS、Visual Studio、Data Mine等[7-8]。
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矿井三维通风动态仿真模拟系统
从当前我国的煤矿安全事故统计发现，但凡能造成重特大事故发生的，一般都与通风系统有关，或者是通风系统不合理，或者是通风系统本身就没有完整地形成，导致包括瓦斯爆炸、煤尘爆炸等重特大事故。
另外，由于矿井建设和生产在不断的变化如巷道在不断地开拓延伸，工作面生产在不断地推进, 某一时间
段的合理的通风系统，但过了一段时间就有可能不合理，如：有些巷道或工作区域的风速过大，有些巷道风量很小，造成瓦斯等有害气体积聚，给矿井安全留下严重的隐患，因此，整个矿井的通风系统也是一个动态的变化过程。
构建合理的矿井通风系统，就是利用通风动力，以最经济的方式，向井下各用风地点提供足量的新鲜空气，提供适宜的温度、湿度，保持良好的气候条件，以保证井下作业人员的生命安全和改善劳动环境的需要，采取符合实际的矿井通风方式、矿井通风方法和矿井通风网络；并且要求在发生灾害时，能及时而有效地控制风向及风量，并配合其它措施，将事故控制在一定范围内，防止灾害的进一步扩大。
因此，一套合理的通风系统对于保证煤矿安全生产极为重要。
为实现以上目的，必须借助于现代化的信息管理技术，以计算机作为辅助手段，来对矿井通风系统进行管理。
使用计算机图形技术建立矿井真三维通风网络模型，对巷道的断面、风阻以及通风构筑物等参数进行赋值，实现通风系统的数字化和三维可视化，然后通过成熟的算法对通风网络数据进行处理、解算，对通风过程进行动态模拟，从而为矿山管理人员和技术人员提供必要的数据支持，以辅助通风和生产决策。
矿井三维通风动态仿真模拟系统是当前通风领域世界领先的软件系统。
通过三维建模，系统将复杂的
通风参数和通风过程以三维动态图形的方式简单、直观的展现出来，通风技术人员可从任意角度观察和调整通风系统，实现巷道风量分配的实时解算和分析，帮助提高矿井通风决策人员的科学决策水平。
该系统建成后可作为矿山通风辅助决策分析平台，可广泛应用于：矿井通风系统管理与优化，通风系统薄弱环节三维可视化展现与预警(如：风速过大、微风、污风循环>,通风系统调整方案制定及预先仿真模拟<如：预测巷道贯通、延伸、密闭、工作面搬迁或者风机叶片角调整后通风系统通风能力和稳定性），应急预案制定及避灾线路动态分析，风机工况点分析，自然风压分析，井下岩温、风温及火灾条件下非稳态通风系统模拟分析，反风演习模拟与分析、通风系统经济性分析以及以三维通风仿真为基础的通风管理决策支持等领域，帮助煤矿实现实时、动态、合理和科学的通风管理，为实现矿井通风系统实时联网管理打下基础。
某矿地表工业广场鸟瞰图：
全矿三维通风系统模型<含地表模型）
井下人员和设备布置：
火灾烟雾扩散路径分析
全矿井风阻分布：
压能图：
主要能耗损失及占总通风成本比例：
系统主要功能：
系统标准功能
★ 包含真三维可视化图形平台，可进行真三维通风立体图制作，完全兼容AutoCAD基础图形数据；
★ 新建矿山通风网络系统设计、解算和矿井风流动态模拟；
★ 生产矿山通风网络解算，通风现状分析，通风系统调整方案设计、分析，通风系统风流动态模拟；
★ 任意风路固定风量、固定风压、矿井风量按需分配解算及动态模拟；
★ 动态解算和模拟巷道贯通、新掘或废弃巷道分支后通风系统的风流分配；
★ 自动根据风量要求反算调节风阻和调节风窗面积，动态模拟风门、风窗、密闭等通风构筑物设置和风量调节效果。
★ 计算并动态模拟井巷断面或长度变化后通风系统的变化；
★ 辅助进行短期和长期通风系统规划；
★ 自带主流风机数据库，可在风网优化设计的基础上自动进行风机选型，并进行风机运行工况点分析；★ 支持对主辅扇、局扇建模和多级机站联合运转分析；
★ 可进行风机调速、反风计算和动态模拟；
★ 主要巷道经济断面选型、风网通风经济性评价；
★ 动态模拟井下烟雾、粉尘、有害气体扩散路径和浓度，辅助进行灾害预案制定和紧急情况处理；
系统高级功能
★ 可进行矿井自然风压分析；
★ 支持矿井空气可压缩分析，在矿井空气可压缩性分析的基础上基于风流质量流量进行通风网络解算，在考虑空气密度变化的基础上，系统可自动调整风机特性曲线；
★ 可对通风系统进行全局优化，推荐优化模式下的关键巷道断面尺寸，支持对高损耗风路设计多种断面尺寸并对相应的通风成本和通风能力进行曲线分析；
★ 井下风温、岩温、空气湿度计算，可对井下热源、冷源和湿源进行建模，可在三维可视化环境中实现对矿井加热/降温效果进行定量分析；
★ 矿井通风网络串联通风和污风循环自动检测；
★ 基于“非稳态算法”对井下火灾及火灾对通风系统产生的影响进行定量分析，可对爆破除烟和瓦斯突出进行动态扩散模拟分析；
★ 系统可进行定制开发，平台具备与安全监测监控系统实时参数<如：CH4、CO、烟雾、风压等）进行整合的数据接口；
★ 系统可根据矿山测风数据，非常方便的对通风网络系统进行更新和调整。
金码软件<北京）有限公司致力于为矿山企业提供国际领先、专业系统化的矿井三维通风动态仿真系统、三维数字化矿山综合管理系统平台、矿山精益管理系统和自动化控制系统整体解决方案。