[发明专利]数字矿山中的巷道开掘搜索预测方法

权利要求书

1.数字矿山中的巷道开掘搜索预测方法，其特征在于：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＞1∶1000∪视点＞-4，可视化为巷道属性数据；当1∶5000＜比例尺＜1∶1000∪-4≥视点≥-6，可视化为三维巷道结构体；当比例尺＜1∶5000∪视点＜-6，可视化为线框模式。

2.根据权利要求1所述的数字矿山中的巷道开掘搜索预测方法，其特征在于：所述步骤A具体包括：

步骤A1：巷道开掘的数据通常主要来源于矿山设计和测绘工程，通过GIS系统进行矢量化处理，生成巷道图层数据，可抽象为线类(Segment)或多边形类(Polygon)的数据。如果利用最新的三维激光洞穴扫描仪结合亚米级手持GPS定位实现巷道数据采集，于是可对复杂巷道进行探测，能够精确地扫描出复杂巷道实际空间分布状况，获取三维点云数据，经过噪声或插值处理之后，通过三维重构方法得到曲面类(Surface)巷道模型；

步骤A2：将巷道属性数据、岩性属性数据、突水性、瓦斯涌出等存储在SQL Server、Access、Oracle等数据库中；

步骤A3：利用矿区现有的钻井、剖面、地质图等数据，构建三维矿体模型。

3.根据权利要求2所述的数字矿山中的巷道开掘搜索预测方法，其特征在于：所述步骤C具体包括：

步骤C1：对于实际工程地质数据，判断缓存区*pLBuffer中的巷道数据，如果是Surface类巷道，则直接转步骤D；如果是Segment类的巷道数据，则转步骤C3；如果是Polygon类的巷道数据，则转步骤C4；

步骤C2：根据工程开采的需要，地质工作者可以在感兴趣的位置通过交互式工具设置导线点的三维坐标，形成线类的模拟巷道数据；不仅可以通过实际工程地质数据实现巷道开掘，也可以为进行模拟巷道开掘提供数据源；

步骤C3：由实际巷道断面的拱形、矩形、梯形3种主要特征，结合煤矿巷道断面特征抽象出适合多种巷道的抽象断面巷道结构，利用三维空间立体几何和解析几何构建巷道断面，使其满足任意实际巷道的结构特征和开掘需求；

步骤C4：沿着导线方向连接断面巷道结构形成巷道网格结构；利用分割原理和微积分原 理分割成有限个三棱柱的组合；或利用距离加权连接法进行三角化剖分；

步骤C5：根据工程实际情况给定一个巷道精度阈值，利用网格细化法，对通过上述建立的三维巷道进行光滑处理。如果巷道精度无法达到实际需求，则转步骤C3，重新进行参数设计和网格化处理。

4.根据权利要求2所述的数字矿山中的巷道开掘搜索预测方法，其特征在于：所述步骤G具体包括：

步骤G1：对于已构建的开掘巷道网络，可构成一个无向网G，其中，顶点Vi表示巷道的交汇点，弧表示2个交汇点Vi、Vj之间的巷道，弧上的权值(Vi，Vj)由巷道长度、围岩稳定性、突水性、瓦斯涌出、断层、裂隙等因素确定，并将分析的这些因素存入数据库或文件系统中；

步骤G2：设G＝(V，E)是有n≥1个顶点的网，V(G)是顶点的非空有限集，E(G)是弧的有限集合；采用邻接矩阵A存储G，其中A是具有以下性质的n阶方阵：

步骤G3：搜索从某个源点Vi到其余各顶点的最佳路径的方法为，初令S＝{Vi}，T＝{其余顶点}，T中顶点对应的距离值：若(Vi，Vj)∈E(G)，为(Vi，Vj)弧上的权值；若 为-1；从T中选取一个其距离值为最小的顶点U，加入S，对T中顶点的距离值进行修改：若加进U作中间顶点，从Vi到Vj的距离值比不加U的路径要短，则修改此距离值；重复上述步骤，直到S中包含所有顶点为止，可得到源点Vi到其余各顶点的最佳路径Path；

步骤G4：沿着最佳路径进行巷道漫游和风险预警，方法为：选择巷道中的起止位置p1、p2，搜索包含p1、p2的弧，以确定它们在组成巷道网络拓扑结构的无向网中的顶点(Vi，Vj)，通过Path可以获得从Vi至Vj的最佳路径；从p1开始，通过控制视点沿着Vi至Vj的最佳路径实施漫游，途经可实现自动弹出或交互式查询风险预警信息。其目的是为了在巷道中预定的起止位置，沿着最佳路径模拟身临其境地观察巷道地质结构变化、地质构造特性与规律、围岩稳定性、突水性、瓦斯涌出等情况，便于对巷道开掘过程中可能出现的突发事件进行分析预测，沿着最佳路径处理事故；

步骤G5：基于构建的三维巷道结构及巷道属性数据，通过体剖分，实现巷道体积或储量的计算；结合巷道风险评估及预测系统，为实际巷道开掘、规划等提供科学决策依据。