智能化综采工作面三维虚拟技术研究
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摘要:煤矿开采过程中,地下环境复杂多变,许多情况都是不可预知的,在开采工作实施期间,如果能够将三维虚拟技术应用到施工之中,则可以更加清晰的了解综采工作面的各项情况,对综采工作进行动态监督,及时的规避各类风险,保证综采的安全性。那么,在煤矿综采工作实施期间,究竟应当如何发挥三维虚拟技术的作用优势呢?本文,笔者将结合自身的理解和认识对相关问题进行详细分析和探究。
关键词:智能;综采工作面;三维虚拟技术;应用
三维虚拟技术具有沉浸性、交互性的优势,当前随着科技的不断创新发展,三维虚拟技术在多个领域中都有所应用,煤矿生产中也不例外。煤矿综采工作中,灵活应用虚拟三维技术,可以降低煤矿综采难度,提高综采质量和效果。
1三维虚拟技术应用现状分析
当前,随着科技的不断发展和进步,三维虚拟技术的应用范围不断扩宽,其在多个工业生产中都有所应用,在煤矿行业也不例外。三维虚拟技术应用的优势就在于可以实时对煤矿综采工作进行监督和管理,综采工作出现问题和故障时,能够第一时间发现故障,采取措施予以解决。同时,结合设备当前的运行情况与状态,提前对故障进行预判,同时三维虚拟技术应用时针对系统参数也可以结合煤矿综采工作面及时的进行调整和优化,使得生产工作得以有序进行下去。如在虚拟现实监测技术中融入VR技术,可以有效的提高生产效率,减少工作人数,降低各类安全事故发生频率,这对于煤矿综采工作的高效实施有着极为重要的作用。VR与AR技术的结合还可以构建综采作业巡检系统。运用巡检系统可以实现综采工作面巡检、流程以及内容等多项信息的智能化管控。[1]在巡检过程中发现任何故障和缺陷时,都可以及时的采取有效措施予以引导,分析各项设备是否能够正常的投入使用等等。此外,AR技术还可以融入到设备维修系统之中。综采工作初夏故障时,借助AR智能眼镜,可以将维修工作中的每一道工序,操作规范程序等都以虚拟化的影像方式呈现出来,这样能够有效的缩短维修工作实施时间,提高维修的质量和效率。
2.1三维虚拟现实场景仿真存在的问题
综采工作面中,三维虚拟现实场景仿真的应用还存在有脱离实际环境,应用状态理想化的情况,仿真工作实施期间没有将实际工况条件下的复杂状态考虑进去,实际采矿环境复杂多变,仿真系统尚未全盘考虑。同时虚拟设备仿真不可控,其只是艺术性动画展示。此外,该技术的应用期间对于工作人员的综合素质要求也比较高,工作人员必须要能够熟练操作相关技术设备,对于技术内容以及应用方法和范围也需要有充分了解,这样才能保证相关工作顺利实施。
2.2综采装备实际运行与虚拟监测监控之间存在的问题
监测监控的准确性越高,那么综采工作实施期间存在的问题和不足也越容易被发现。但实际应用过程中,虚拟监测技术存在有准确性不足的缺点,虚拟现实并非是动漫仿真,其应用的核心目的就是为了优化生产实践。但是当前大部分监测监控的研究应用还停留在理想状态,比如说水平底板、直线位移、匀速前进等,这些与实际的地理环境情况存在有一定的差异。同时,对于数据资源的应用还停留在表层,深度研究不足。[2]比如说传感器得到的数据只是直接简单利用,存储、读取、优化和再利用等环节可谓是严重缺乏,这也使得大数据智能、判断、选优模式未能成功运用。此外,监测模式存在有缺陷,数字模型并不是十分的成熟,监测监控模式还需要进一步完善,无法全方位的展现施工效果与质量。
2.3综采工作面三机虚拟规划的不足
当前,在大采高智能化综采工作面三维虚拟技术应用效果之所以不够理想与技术的不成熟,规划不够科学合理存在有一定的关联性。三维虚拟技术在智能化综采工作面中的应用时间并不是很长,许多煤矿工作人员对于该技术的了解和认识都不够充分,在具体的施工中无法熟练应用相关技术。同时,系统本身也存在有一定的缺陷和不足,其表现为参数设置单一,难以全面对矿井下环境进行仿真模拟,而且,仿真主要以静态为主,缺乏动态的仿真内容。此外,矿井下环境复杂多变,容易受到外界环境因素的干扰,这也一定程度上影响了三维虚拟技术的应用效果与质量。另外一方面,则是由于三维虚拟技术与综采工作面的各项设备、设备与环境之间的信息交互以及关联性并不是十分的紧密,技术应用范围有限。[3]
3智能化综采工作面三维虚拟技术应用优化策略
3.1对现有三维虚拟技术进行优化
要想更好的发挥三维虚拟技术在智能化综采工作面中的作用价值,就需要不断的对相关技术进行优化,因为时代在不断的发展变化,技术的更替速度也可谓是极快的。通过对三维虚拟技术的优化,可以有效的提高虚拟环境与真实井下环境的一致性以及对应性。如在交互手段方面,可以将更多的虚拟技术现实人机交互手段和煤矿专用设备融入到综采工作之中,使得三维虚拟技术所展现的内容更加接近真实的场景,切实提高实际操作能力。同时,还可以在地面上建立试验系统,接入装备实时数据,这样可以更好的对综采工作进行全方面的监督与管理。
3.2做好实际工况虚拟场景仿真方面与计算机等技术支持
在对工况虚拟场景仿真的过程中,首先需要针对井下工况环境煤矿装备运行以及结合三维数字化顶底板进行仿真,其是虚拟现实监测与规划的仿真基础所在。在此环节要完成采煤机虚拟空间定位、行走与记忆截割、刮板输送机三维空间形态布置等工作。同时要丰富虚拟现实的技术支持类型,如在监测与计算方面,需要进一步深入挖掘其潜力。在VR软件的支持下,输出仿真理论曲线,然后在对相关技术进行验证,以便于更好的发挥其在综采工作面的作用效果。相关技术应用过程中,要积极发挥计算机技术的作用与优势,保证实际工况场景仿真与计算机等技术可以有效的融合在一起,要加大相关技术的研发力度。[4]
3.3进一步优化虚拟现实规划
虚拟现实规划的目的就是为了更好的对井下情况进行预判,然后及时的发现并处理问题。在具体的工作,要应用好相关技术,应当进一步加强煤矿装备数字化设计水平,建立一系列参数化三维模型产品库,以便随时调用各种采煤机、液压支架和刮板输送机模型的资料。同时要进一步将现有的综采装备选型方法与虚拟规划方法进行深度融合,借助三维模型产品库,对相关产品进行快速高效选型,并实施虚拟规划。要将实际工况虚拟场景仿真技术应用于虚拟规划,以便更好的反应工况情况,及时的发现和规避综采工作中遇到的一系列问题。
3.4做好虚拟现实监测监控工作
虚拟现实监测监控工作的实施,可以帮助企业全方位的了解井下采煤情况。可以通过构建虚拟现实环境下综采工作面装备、数字化顶底板、地理环境虚拟镜像与模型,将煤炭开采设备三维虚拟技术建立联系,以便全面实时感知工作面装备以及地理环境变化情况,构建稳定可靠的工作面远程监控系统,及时的发现现有工作中存在的问题和不足,在发现综采工作中存在有安全隐患,或者是综采工作实施不到位的情况下,第一时间安排专业人员予以处理,将各种可能发生的安全事故扼杀在摇篮之中,保证综采质量的同时,提高综采安全性,提升煤矿企业经济效益。[5]
4智能化综采工作面三维虚拟技术的展望及注意事项
随着三维虚拟化技术的不断成熟,相关技术的应用范围必将会不断扩大,而未来笔者认为三维虚拟技术在综采工作面中应用还有以下方面的前景:一是三维虚拟技术可以与人工智能技术结合在一起,煤矿综采工作并非是一项简单的工作,其中许多工作不仅具有施工强度大的特点,与此同时还存在有危险性大的特点,在煤矿开采期间,部分高风险的工作并不适合由人工操作完成。所以说,综采工作实施期间,应用三维虚拟技术时,就可以将相关技术与人工智能技术结合在一起,加强相关设备的研发,运用人工智能设备完成高难度的采煤工作,这样既可以有效的降低施工风险,保证采煤工作人员的安全,同时还可以有效的提高开采质量和效率。二是将是三维虚拟技术与电气自动化技术结合在一起。现如今,煤矿综采工作中,机电设备的应用可谓是越来越频繁,机电设备的有效应用,可以提高煤矿综采的质量和效率,而机电设备中电气自动化技术的应用则可以达到节能降耗的目的,三维虚拟技术在煤矿综采工作中应用的主要目的就是为了保证综采工作的安全性,提前规避综采工作中可能会发生的风险,提高综采工作质量。将三维虚拟技术与电气自动化技术结合在一起,可以使得二者的优势最大限度凸显出来,而且还可以进一步节能降耗,这对于煤矿综采工作的有序开展是极为有利的。不可否认,大采智能化综采工作面三维虚拟技术的应用对于煤矿事业的发展也有着较好的推动作用,其有效的优化了开采质量和效率,但是在实际的开采工作中,三维虚拟技术的应用还处于起步阶段,其存在的缺陷和不足相对来说还比较多,因此为了更好的规避相关问题,还应当明确三维虚拟技术应用的注意事项。首先,在智能化综采工作面中应用三维虚拟技术时,需要进一步加强对综采工作人员的培训,作为一项新技术,其诞生时间并不是很长,煤矿综采工作中,许多工人对于该技术的了解和认识实际上并不充分,在对技术了解不足的情况下,其往往是难以有效发挥作用的。基于这样的原因,就必须要加强对工作人员的培训,保证他们对于相关技术已经有了充分的了解和认识,并且能够灵活的应用相关技术时,才能将其应用到综采工作之中。其次,在将三维虚拟技术与其他技术进行融合时,要做到具体问题具体分析。如上文所述,大采高智能化综采工作三维虚拟技术在应用时,可以与多种技术结合在一起进行应用,不同技术融合所迸发出来的作用效果存在有明显的差异,在结合的过程中如果不能做到具体问题具体分析,那么可能就难以保证相关技术作用最大限度的发挥这样技术应用的意义也就难以彰显出来。最后,三维虚拟技术的应用要在安全情况下进行,三维虚拟技术在大采高智能化综采工作面的应用,可以帮助模拟综采工作面的基本情况,然后帮助工作人员制定科学合理的综采方案,规避综采工作实施过程中可能会面临的一系列风险,但是要想有效的应用三维虚拟技术,发挥其作用与价值,还需要多项设备的协同辅助配合,在应用这些设备时,必须要保证应用环境的安全性,如果说应用过程中问题和漏洞百出,那么其作用与价值也就难以有效发挥出来。总之,当前我国煤矿生产处于转型发展的关键期,而随着科技的不断创新发展,未来将会有更多的新技术应用到煤矿综采工作面之中,科学合理的应用相关技术,能够有效的提高煤矿综采工作质量和效率,避免各类安全事故发生,动态监测煤矿综采情况,有助于实现我国煤矿事业的可持续发展,其可以更好的解决煤矿开采环节存在的缺陷和不足。
[参考文献]
[1]胡广超.大采高综采智能化工作面开采关键技术研究[J].科学技术创新,2020,(22):153-154.
[2]刘亚志.大采高综采智能化工作面开采关键技术研究[J].内蒙古煤炭经济,2019,(19):45,91.
[3]赵兴泽.大采高综采智能化工作面开采关键技术分析[J].中国化工贸易,2019,11(10):80.
[4]徐亮,樊坤,于贺.大采高综采智能化工作面开采关键技术分析[J].山东工业技术,2018,(24):84.
[5]樊亚辉.综采智能化工作面开采关键技术研究[J].科学技术创新,2020,(22):156-157.
作者：王晓鹏 单位：西山煤电(集团)有限责任公司