采矿工程中的虚拟现实技术

一、虚拟现实技术的关键技术

虚拟现实技术综合了多种技术手段，其关键技术主要表现以下几个方面:第一，环境建模技术。这种技术也称之为虚拟环境的建立，目的是获取实际三维环境和数据信息，并根据实际应用的需要，利用三维数据建立相应的虚拟环境模型。第二，立体显示技术。在虚拟现实系统中，根据系统中声音消失的方向和用户大脑运动的关联性，使其在虚拟环境空间中形成实时、有形状的立体图形。这种技术手段与虚拟现实技术中涉及的CAD辅助技术有一定的关系，不同的是一个是在现实环境中形成图形图像，一个是在虚拟环境中形成虚拟图像。第三，交互技术。与传统模式的人机交互不同，虚拟现实中的人机交互利用了现实中的传感器技术，采用相应的传感器设备，使三维交互技术、语音识别技术以及语音输入技术成为虚拟现实中实现人机交互的重要手段。第四，系统集成技术。在虚拟现实系统中，存在大量的虚拟感知信息和虚拟现实模型，所有在虚拟现实系统中完成系统集成是非常必要的，它能够实现系统信息的同步、虚拟模型的标定以及数据之间的转换等多项技术功能。

二、虚拟现实技术在采矿工程中的应用

(一)系统设计方面

将虚拟现实技术应用于采矿工程的系统设计中，可以在煤矿项目设计、可行性研究报告设计、安全专篇设计等的采掘、运输、通风、排水、监测监控和人员定位等系统生成三维虚拟模型，这些模型的生成可以使系统设计者进行交互，在虚拟交互环境中，可以判断和检验系统设计的效果，如果发现设计不合理或者不到位的地方，就能够通过系统的自动调节功能进行修订和更改，并及时在虚拟现实环境中显现出来。

(二)施工工艺方面

虚拟现实技术可以根据矿山施工工艺的操作施工进行模拟，具体流程就是在虚拟现实系统的软件中生成整个煤矿井下的作业场景，采矿工程的工程技术人员可以在虚拟现实系统中对作业场景进行操作，这样可以在现实煤矿井下生产施工中选择最佳的施工工艺，以此实现对现实生成施工工艺的模拟和场景再现，对确定矿井施工工艺流程起到预控效果。

(三)管理方面

虚拟现实技术可以应用于矿山管理中，涉及矿山的生产施工、安全环保以及机械设备等方面的管理工作。这一应用功能的实现主要以虚拟现实技术中的远程监控操作、动态环境功能为依据，采矿工程的管理人员可以根据虚拟现实系统中的实时场景对煤矿井下的生产施工情况、整体运营情况进行综合评估。

(四)培训方面

在本文前文中提及虚拟现实技术可以供采矿工程专业的实习生、矿区的职工以及技术人员进行岗前的教育培训，这一点充分证明了虚拟现实技术在矿山培训教育方面的应用效果。在矿山培训工作中应用虚拟现实技术，可以降低培训费用，缩短培训时间。虚拟现实技术在矿山培训工作上的具体形式，就是将培训人员置身于与现实施工危险环境相似的虚拟环境中，当靠近危险位置时，危险的对象就会由培训人员主动确定，并根据一系列选项来评价危险的严重性及危险发生的概率，当计算机中的虚拟测试形式不变时，虚拟现实系统就会自动保存培训人员在虚拟环境中的具体表现，这样就能生成一份有效的培训报告。

(五)安全方面

由于采矿工程具有一定的特殊性和复杂性，而且存在较大的安全隐患。在矿井开采作业过程中，矿井火灾和瓦斯爆炸是最为常见的两种矿井灾害。随着计算机技术飞速发展，矿山网络安全防护系统的建立，使得矿井下的复杂通风网络成为可能，可以充分指导井下灾害自救工作，有效控制井下风流的流向，保证井下火灾发生后保持有效的通风效果，从而确保井下作业人员安全撤出，避免火灾的势头蔓延，引发更大的安全事故。虚拟现实技术在矿山安全的应用具有非常重要的作用，它是对真实矿井下的作业环境进行模拟，结合互联网技术对状态模型进行模拟分析，将真实逼真的火灾场景呈动态的形式显示出来。

(六)特殊环境条件下的应用

在进行深部矿产开采过程中，可以利用虚拟现实技术建立相应的虚拟环境，相关设计人员可以在这个虚拟环境中涉及交互式的动态模型，以此确定特殊采矿环境下的采矿方法、巷道布置方式、通风设计以及矿井开采参数。在海底下采矿工程中，利用虚拟现实技术可以根据海底下地理环境条件建立虚拟模型，以此确定海底下采矿环境下的采矿方式及相应的数据参数。

三、结语

近年来，虚拟现实技术的发展速度加快，作为一种高新技术手段，其在各行业领域的应用效果是显而易见的。虽然虚拟现实技术在采矿工程中的应用研究还处于初级阶段，但是从上文中不难看出，该技术在采矿工程中有着宽阔的发展前景。随着虚拟现实技术的进一步完善和提高，将进一步提高我国采矿工程技术水平，也必将在我国矿山开采和技术管理中发挥不可替代的作用。

作者：陈磊 单位：贵州毕节纳雍县煤炭工业局