矿井突水仿真算法设计和实现

《矿井突水仿真算法设计和实现》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、矿井突水仿真算法设计和实现　　摘要：针对矿井突水及避灾过程缺少三维直观表达，在建立三维井巷模型的基础上，根据矿井突水隐患点的总水量，仿真模拟出矿井突水影响范围。实现水流在井巷中的下向蔓延和水位上向升涨等情况。根据井巷影响状况，有针对性的制定矿井避灾线路，为救援工作提供科学的依据。关键词：拓扑关系突水蔓延三维可视化仿真突水算法中中图分类号：TD67文献标识码：A文章编号：1007-9416（2013）05-0157-02矿井水害是我国煤矿开采中主要地质灾害之一，如何有效合理地制定水害避灾救灾路线及应急救援决策，是科学评

2、价矿井安全高效发展的重要因素[1]。研究针对矿井突水过程建立三维仿真系统。根据巷道的突水点水量、巷道长度、坡度、断面形状、渗流情况等对突水进行可视化的三维过程表达。对合理制定水害避灾线路提供科学依据。1井巷数据模型7巷道空间数据模型表达巷道的连接关系。基础数据是通过井下测量的空间三维导线点（x，y，z）来表达巷道的空间位置关系，因此可以逻辑上把空间网络巷道用导线点、弧段、弧长等数据结构表示。其基本拓扑关系可分为关联、邻接、相交和相离等。井巷网络空间拓扑结构分析就是用模型体的空间关系描述对象体，来描述线要素及点要素之间

3、的关系。因为矿井突水下向蔓延或上向升涨，有其方向性。因此，算法在路线存储结构上采用有向图表示及遍历，每一个导线点存储信息包括：G=（N，X，Y，Z，V，L1，L2，…，Ln，Lnum，F）其中：N：是导线点编号；X、Y、Z：是导线点空间坐标；V：为导线点边是否访问过；L1，L2，…，Ln：为导线点编号N相邻的导线点编号；Lnum：是导线点N相邻导线点的个数；F：是影响流速的因子，如巷道长度、坡度、断面形状、渗流状况、井下电器及障碍物所占空间等。2突水仿真算法2.1突水蔓延算法7突水蔓延算法思想是：以突水起始点开始，由

4、水流方向生成有向图，遍历高程矿井导线点坐标高程Z值小于起始点坐标Z值相邻导线点，模拟水流下向蔓延，依次类推遍历导线点[4，5]。遍历过的导线点，存储在数组中。当所有相邻导线点高于水流导线点时，对链表访问过的导线点的相邻导线点排序，找出Z值最小的结点，模拟水位上向升涨，如图1所示：假设A为突水点，根据高程比较，水流下向蔓延至B点、F点，生成的线路AB、AF存入数组中。当相邻导线点均高于访问过的导线点时，模拟上向升涨，从数组中查找已访问过导线点的相邻未访问过的结点高程最小值D，生成线路BD存入数组中，依次类同，生成线路存

5、于数组中。水流方向构成有向图，导线点邻接链表存储表达，如图2所示。突水蔓延算法的实现如图3。2.2突水范围水量约束算法巷道突水是一个动态变化的过程，一个巷道突水点高度直接影响到所有巷道积水高度。算法根据工作面、掘进面预计的突水总量，考虑影响水流蔓延主要因素，模拟突水点每1厘米动态增加巷道水位，当蔓延总水量达到给定总水量，停止蔓延，迭代计算出突水范围[6]。巷道按照逐点存储（x，y，z）坐标值，for（i=1；n），实现巷道内约束遍历，其中n为巷道内导线点总数。（1）遍历求高差计算如式（1）所示：其中，为i点的高程值；

6、为水位高；为i点高程与水位的高差值，负值i点被淹，正值未被淹没。（2）巷道导线点间水容量采用拟柱体体积万能模型，如式（2）7其中，L为两导线点间的巷道长度；为导线点1水淹断面面积；为导线点2水淹断面面积；S为中截面断面面积；Q为导线点1与导线点2间的淹井水量。（3）巷道突水总水量迭代模型为式（3），i=1时，的初始值为0。突水范围水量约束算法实现的由以下几个部分：（1）模拟给定水位。由突水点每1厘米动态增加淹井高度，迭加计算突水井巷积水总水量。（2）确定突水点。根据突水种子，算法实现任意突水点蔓延，但可能突水的地点应

7、根据矿井水文地质资料、采掘工程资料等来确定可能造成导水通道的地点。（3）预计矿井突水量。（4）生成突水蔓延路线，水量约束突水范围。读取数组中的突水蔓延路线对应的相应x，y，z坐标值，生成淹井路线。（5）突水三维仿真实现。自动生成不同断面的三维巷道，由导线点根据巷道属性，三维场景叠加动态水流路线。箭头方向水流方向，低处下向蔓延，高处上向升涨，突水线路生成模块界面如图4所示。突水范围水量约束算法实现，如图5所示。3突水避灾路线算法矿井发生突水事故之后，会对井下工作人员的生命安全构成重大的威胁。灾情发现后，7需要迅速处理。

8、避灾线路是采矿工人快速逃生的路线。该算法通过对矿井巷道的拓扑关系和网络连通性进行分析，并运用矿井安全生产专业知识，分析巷道发生突水时的最佳避灾线路为矿井安全生产服务。分析避灾路径时，不能仅仅应用最短路径进行网络图分析。因为发生突水，巷道的淹没情况、障碍物通行情况等都会对快速通行造成影响。需要在最短路径的基础之上进行改进。因此，可以根据突水迭代计