CN108629076A - 一种基于3d模型的采石场模拟系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于3D模型的采石场模拟系统及方法，包括采石场基础模型建立模块、采石场建设模块、生产过程模拟模块、事故模拟模块和人员管理模块，人员管理模块与采石场建设模块相关联，采石场建设模块包括第一判断模块，第一判断模块用于判断采石场建设是否与预设开采方案相符；生产过程模拟模块包括第二判断模块，第二判断模块用于判断生产过程是否与预设开采方案相符。其优点在于，整个采石场的建设和生产过程进行模拟，内置符合标准的预设开采方案，在操作过程中判断是否与预设开采方案相符，如不符则显示提示，纠正不规范操作，使管理人员和作业人员对整体的开采方案有直观、详尽的了解，同时设置事故模拟，提高作业人员的安全意识。

Description

一种基于3D模型的采石场模拟系统及其方法

技术领域

本发明涉及一种采石场操作模拟系统，尤其涉及一种基于3D模型的采石场模拟系统及方法。

背景技术

随着人们生活水平的提高，全国城市化进一步加深，城镇建设工程中，需要大量的砂石材料。采石业是中国重要基础产业之一，对中国基础设施建设具有举足轻重的作用，而采石场的开采为采石业的根本，国家给予了高度的重视，多次深入基层，调查研究、探索试点露天矿山安全开采的措施和方法，为规范采石场的开采和安全监督奠定了坚实的基础。

采石场的投资金额巨大，在开采生产过程当中容易出现安全事故，事故原因除了不可预期的自然因素，比如暴雨、山洪、地震等，还有很大一部分原因为人为因素，大部分采石场仍然采用非正规开采方法，装备水平低，采用手工作业方式；管理方式落后，安全管理制度不健全，缺乏安全管理人员，没有基本的安全健康保护措施。出现这些现象的原因除了资金成本的限制，更是职工安全意识较差，存在侥幸心理，且没有相应的开采技术资料。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种基于3D模型的采石场模拟系统，职工在开始实际作业之前先进行模拟练习，规范开采作业流程，对可能遇到的安全事故有心理预计，且能稳妥地处理，降低损失，保障人民生命财产安全。

本发明的目的之二在于提供一种基于3D模型的采石场模拟方法。

本发明的目的之一采用如下技术方案实现：

.一种基于3D模型的采石场模拟系统，包括采石场基础模型建立模块、采石场建设模块、生产过程模拟模块、事故模拟模块和人员管理模块，

所述采石场基础模型建立模块用于输入某一采石场的基本信息和预设开采方案并以此建立三维模型；

所述采石场建设模块用于在所述三维模型上设置开采线和生产生活设备；

所述生产过程模拟模块用于在所述三维模型上模拟生产过程；

所述事故模拟模块用于在所述三维模型上模拟事故发生过程以及救援过程；

所述人员管理模块用于设置所述开采方案所需的人员配置以及所在位置；

所述人员管理模块与所述采石场建设模块相关联，采石场建设模块包括第一判断模块，所述第一判断模块用于判断采石场建设是否与预设开采方案相符，如判断结果为否，则作出提示和解释缘由，如判断结果为是，则继续采石场建设，直至采石场建设完成；生产过程模拟模块包括第二判断模块，所述第二判断模块用于判断生产过程是否与预设开采方案相符，如判断结果为否，则暂停模拟，作出提示和解释缘由，如判断结果为是，则继续生产，直至模拟结束。

进一步地，所述采石场基础模型建立模块包括基本信息导入单元、开采方案导入单元、模型建立单元。

进一步地，所述采石场建设模块包括开拓方案选定单元、开采顺序设计单元、推进方式选定单元、工作台阶划分单元、开采工艺选定单元、设备选型布置单元、爆破方案选定单元。

进一步地，所述生产过程模拟模块包括炮孔布置单元、穿孔爆破单元、铲运单元、溜槽单元、转装单元、加工单元和外运单元。

进一步地，所述炮孔布置单元包括参数检测单元，铲装单元包括设备检测单元，转运单元包括皮带运输检测单元。

进一步地，所述事故模拟模块包括动画单元、救援处理单元和改进单元；所述事故模拟模块包括地质灾害单元、边坡事故单元、钻孔事故单元、爆破事故单元、粉尘危害单元、机械事故单元、跌落事故单元、触电事故单元、雷电危害单元和排土场事故单元。

进一步地，所述人员管理模块包括管理组单元、安全组单元、作业组单元以及培训单元。

本发明的目的之二采用如下技术方案实现：

一种基于3D模型的采石场模拟方法，包括如下步骤：

采石场基础模型建立步骤，输入某一采石场的基本信息和预设开采方案，建立三维模型；

采石场建设步骤，在三维模型上设置开采方案，包括开采顺序和推进方式，划分工作台阶，确定开采工艺、爆破方案和生产生活设备的选型定位，并判断是否与预设开采方案相符，如判断结果为否，则作出提示和解释缘由，如判断结果为是，则继续采石场建设，直至采石场建设完成；

生产过程模拟步骤，在三维模型上模拟生产过程，并与预计开采方案进行比对判断，判断生产过程是否与预设开采方案相符，如判断结果为否，则暂停模拟，作出提示和解释缘由，如判断结果为是，则继续生产，直至模拟结束；

事故模拟步骤，在三维模型上模拟事故发生过程以及救援过程；

人员管理步骤，在三维模型上设置开采方案所需的人员配置以及所在位置。

进一步地，所述采石场基础模型建立步骤包括如下步骤：预设开采方案设置步骤，对三维模型进行网格化处理，建立立体坐标，根据预设开采方案在对应坐标位置的网格处设置隐藏点；

所述采石场建设步骤包括如下步骤：比对步骤，设置开采顺序和推进方式，划分工作台阶，确定开采工艺、爆破方案和生产生活设备的选型定位时，判断设置点的类型和坐标与隐藏点的类型和坐标是否重合，如重合，则判断与预设开采方案相符，如不重合，则判断与预设开采方案不相符。

进一步地，所述事故模拟步骤包括如下步骤，

事故发生步骤：播放特定事故的动画画面，在动画画面停止后，动画画面与三维模型上立体坐标对应，在事故发生地作出模型变化；

救援步骤：动画画面停止后，操作人员进行文字选择操作，根据选项判断是否救援成功；

改进步骤：设置返回事故发生前，动画画面倒放，三维模型还原，操作人员在三维模型上布置安全措施，判断能否避免事故发生，如判断结果为是，则改进成功，如判断结果为否，则改进失败。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明的模拟系统对整个采石场的建设和生产过程进行模拟，内置符合标准的预设开采方案，在操作过程中判断是否与预设开采方案相符，如不符则显示提示，纠正不规范操作，使管理人员和作业人员对整体的开采方案有直观、详尽的了解，同时设置事故模拟，提高作业人员的安全意识。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步地详细描述。

附图说明

图1为本发明实施例的系统的框架示意图；

图2为本发明实施例的系统的实施环境的结构示意图。

图3为本发明实施例的方法的流程示意图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

根据本发明实施例，如图1所示，提供一种采石场建设生产模拟系统。该模拟系统，采用动态模型，帮助用户进行模拟操作，对采石场的开采方案有较为直观的了解。

图2为本发明实施例的系统的实施环境的结构示意图，该实施环境包括终端201和服务器202。终端可以是带显示功能的电脑，终端中运行有系统客户端203，该客户端可以是网页版登陆端或软件应用登陆端。终端可以通过有线网络或者无线网络与服务器连接。服务器可以是一台服务器、多台服务器组成的服务器集群或者云计算中心。服务器为系统的数据收集、建模、操作以及模拟提供服务。

本发明采用的技术方案是，一种基于3D模型的采石场模拟系统，包括采石场基础模型建立模块101、采石场建设模块102、生产过程模拟模块103、事故模拟模块104和人员管理模块105五个部分。

采石场基础模型建立模块101部分，包括基本信息导入单元1011、开采方案导入单元1012、模型建立单元1013。基本信息导入单元用于输入采石场的地质信息、物化探数据或水文数据。模型建立单元根据基本信息导入单元的采石场基本数据建立地质数据库、利用三角网建模技术，创建采石场的地质模型，该部分可利用三维矿业软件制作模型，通过平/剖面在空间圈定的矿岩界线、构造线和水位线，利用控制线和分区线联合方法，对任意形态的地质体构建三维模型。在矿业权挂牌出让或转让前，政策要求需提交开采方案，开发商一般会找专业机构实地勘查，获取地质数据，制定较合理的开采方案，才可通过审核，挂牌交易，因此开采方案导入单元可导入该开采方案，作为预设开采方案。预设开采方案包括矿山基本信息，开采方案，主要设备及布置，矿山安全机构，人员配置。矿山基本信息包括矿区开采范围、矿产资源赋存、工程地质情况、矿山现状、特点及存在的主要问题；开采方案包括开采境界、保有储量、开采规模、服务年限、开拓方案、开采顺序、推进方式、工作台阶划分、开采工艺和爆破方案；主要设备及布置包括设备选型和设施布置。开采方案导入单元在建立的三维模型上设置隐藏点，该隐藏点包括矿区开采范围坐标点和工作台阶划分坐标点。

采石场建设模块102用于在三维模型上设置开采线和生产生活设备，采石场建设模块102包括第一判断模块1021，第一判断模块1021用于判断采石场建设是否与预设开采方案相符，如判断结果为否，则作出提示和解释缘由，如判断结果为是，则继续采石场建设，直至采石场建设完成。

采石场建设模块102包括开拓方案选定单元1022、开采顺序设计单元1023、推进方式选定单元1024、工作台阶划分单元1025、开采工艺选定单元1026、设备选型布置单元1027、爆破方案选定单元1028。

开采线的设置包括设置开拓方案、开采顺序、推进方式和工作台阶划分，与开拓方案选定单元、开采顺序设计单元、推进方式选定单元、工作台阶划分单元相关联。

开拓方案包括公路运输开拓，带式输送机开拓，提升机—溜槽开拓，联合开拓运输，选择的主要原则有以下几点：1、要求矿山基建的时间短、早投产、早达产；2、要求生产工艺简单、可靠、技术上先进；3、基建工程量少，施工方便；4、基建投资少、尤其是初期投资要少。为降低模型运算量，开拓方案选定单元可为文字选择，不体现在模型上，如选择结果与预设开采方案一致，则进行下一步建设。

开采顺序设计单元和推进方式选定单元也可采用文字选择的模拟方式。工作台阶划分单元的模拟建设方式可采用划线标点的方式，用户设置的坐标点如与隐藏点重合，则符合预计开采方案，如不重合，则提示用户重新设置。

设备选型布置单元包括生产设备和生活办公区设备，生产设备包括打孔设备、供风设备、装矿设备和采场运输设备，采场运输设备与开拓方案一致。本系统内置模型数据库，采石场建设模块与模型数据库相连接，在设备选型布置单元选定所需设备或道路模型后，从模型数据库中导出设置在三维模型上。

开采工艺选定单元采用文字选择的模拟方式，与开拓方案一致，如与预设开采方案一致，则继续操作，如不一致，则提示用户进行修改。

生产过程模拟模块用于在三维模型上模拟生产过程，生产过程模拟模块包括第二判断模块1031，第二判断模块1031用于判断生产过程是否与预设开采方案相符，如判断结果为否，则暂停模拟，作出提示和解释缘由，如判断结果为是，则继续生产，直至模拟结束。生产过程模拟模块103包括炮孔布置单元1032、穿孔爆破单元1033、铲运单元1034、溜槽单元1035、转装单元1036、加工单元1037和外运单元1038。

炮孔布置单元与穿孔爆破单元相关联，判断逻辑依据国家法规和行业标准，比如钻孔深度根据分层高度、工作坡面角确：L＝H/sinα+h＝15m/Sin70°+1m＝17m，式中：H—分层高度：15米；α—工作坡面角；h—钻孔超深，取h＝1m；炮眼直径由选用钻头直径确定；孔距的设置在施工中根据岩石的节理发育状况灵活调节，一般计算公式为：a＝mW＝(1.0-1.2)×3.9＝(3.9-4.68)m；排距的设计公式为b＝(0.8—1)a＝3.6-4.5m。用户在操作炮孔布置单元和穿孔爆破单元是设置炮孔坐标点和爆破坐标点，通过建立露天爆破数据库，对炮孔孔位、岩粉样品和矿岩类型等数据进行管理，在三维状态下，提取样品数据，根据Vronio原理，快速圈定矿岩边界，报告掘带的矿岩量和品位，同时结合爆区测量进行验收，炮孔布置单元包括参数检测单元，判断是否设置合理，如不合理，则进行提示。

铲运单元、溜槽单元、转装单元、加工单元和外运单元环节，为节省模型计算量，可设置生产画面的动画，在布置好炮孔和穿孔爆破后，播放相应的动画，方便用户了解生产流程。铲装单元包括设备检测单元，转运单元包括皮带运输检测单元，在播放生产动画之前，会提示用户做设备和皮带运输检测。

事故模拟模块104用于在三维模型上模拟事故发生过程以及救援过程；事故模拟模块包括动画单元1041、救援处理单元1042和改进单元1043；事故模拟模块包括地质灾害单元1041a、边坡事故单元1041b、钻孔事故单元1041c、爆破事故单元1041d、粉尘危害单元1041e、机械事故单元1041f、跌落事故单元1041g、触电事故单元1041h、雷电危害单元1041i和排土场事故单元1041j。每个事故单元都有对应的动画单元，在模拟事故时，播放事故动画，播放完后，在相应位置改变模型外观，而后用户通过救援处理单元进行操作，该单元可采用文字选择的模拟方式。改进单元的操作原则是根据各矿段揭露的具体情况，加强观察，发现隐患及时采取切方降低坡角、台阶高度、锚喷加固等措施进行处理。在事故动画播放完后，用户操作改进单元，倒放事故动画，模型外观还原，而后通过改进单元在模型上设置坐标点或进行文字选择的模拟方式，对事故点进行切方降低坡角、台阶高度或锚喷加固等操作，如设置的坐标点位置正确或文字选择了正确的选项，则判断改进成功，如错误，则判断改进失败，再次播放事故画面。

人员管理模块105包括管理组单元1051、安全组单元1052、作业组单元1053以及培训单元1054。

管理组单元1051用来设置矿长、财会和助理等人的信息和位置，安全组单元1052用于设置安全机制的负责人、专职安全员以作业组兼职安全员的信息和位置，专职安全员的信息需包括安全员证；作业组单元1053与设备选型布置单元以及开采工艺选定单元相关联，用于对应设置操作人员、爆破工、凿岩工和破碎工的信息和位置，爆破工信息需包括爆破作业证，对应设备的操作人员需持有操作上岗证；培训单元1054包括培训周期、培训课程和参与人员。人员管理模块中的各单元可采用文字描述或填空的方式进行操作。

本发明的实施例中的文字选择模拟的实现方式可选用终端界面根据用户操作显示对应选择操作，比如终端界面上显示选择开拓方式框，下方出现公路运输和简易公路结合溜槽运输的选项，用户选择简易公路结合溜槽运输那个选项，则显示简易公路结合溜槽运输的优点，是否符合该采石场；或者，在人员管理模块中，显示人员职位表格，用户在了解人员信息后，采用填空的方式将对应的人在填入对应的职位，而后判断填入的人是否正确，提示用户。

另外，本发明提供一种基于3D模型的采石场模拟方法，包括如下步骤：

采石场基础模型建立步骤301，输入某一采石场的基本信息和预设开采方案，建立三维模型；

采石场建设步骤302，在三维模型上设置开采方案，包括开采顺序和推进方式，划分工作台阶，确定开采工艺、爆破方案和生产生活设备的选型定位，并判断是否与预设开采方案相符，如判断结果为否，则作出提示和解释缘由，如判断结果为是，则继续采石场建设，直至采石场建设完成；

生产过程模拟步骤303，在三维模型上模拟生产过程，并与预计开采方案进行比对判断，判断生产过程是否与预设开采方案相符，如判断结果为否，则暂停模拟，作出提示和解释缘由，如判断结果为是，则继续生产，直至模拟结束；

事故模拟步骤304，在三维模型上模拟事故发生过程以及救援过程；

人员管理步骤305，在三维模型上设置开采方案所需的人员配置以及所在位置。

本方法对整个采石场的建设和生产过程进行模拟，内置符合标准的预设开采方案，在操作过程中判断是否与预设开采方案相符，如不符则显示提示，纠正不规范操作，使管理人员和作业人员对整体的开采方案有直观、详尽的了解，同时设置事故模拟，提高作业人员的安全意识。

本方法基于上述系统，更具体地说，采石场基础模型建立步骤301包括如下步骤：预设开采方案设置步骤3011，对三维模型进行网格化处理，建立立体坐标，根据预设开采方案在对应坐标位置的网格处设置隐藏点；

更具体地说，采石场建设步骤302包括如下步骤：比对步骤3021，设置开采顺序和推进方式，划分工作台阶，确定开采工艺、爆破方案和生产生活设备的选型定位时，判断设置点的类型和坐标与隐藏点的类型和坐标是否重合，如重合，则判断与预设开采方案相符，如不重合，则判断与预设开采方案不相符。

生产过程模拟步骤303包括检测步骤3031，检测穿孔爆破排布是否合理，生产设备是否正常工作，用户设置炮孔坐标点和爆破坐标点，通过建立露天爆破数据库，对炮孔孔位、岩粉样品和矿岩类型等数据进行管理，在三维状态下，提取样品数据，根据Vronio原理，快速圈定矿岩边界，报告掘带的矿岩量和品位，同时结合爆区测量进行验收，判断是否设置合理，如不合理，则进行提示，铲运单元、溜槽单元、转装单元、加工单元和外运单元环节，为节省模型计算量，可设置生产画面的动画，在布置好炮孔和穿孔爆破后，播放相应的动画，方便用户了解生产流程，在播放生产动画之前，会提示用户做设备和皮带运输检测。

事故模拟步骤304包括如下步骤，

事故发生步骤3041：播放特定事故的动画画面，在动画画面停止后，动画画面与三维模型上立体坐标对应，在事故发生地作出模型变化；

救援步骤3042：动画画面停止后，操作人员进行文字选择操作，根据选项判断是否救援成功；

改进步骤3043：设置返回事故发生前，动画画面倒放，三维模型还原，操作人员在三维模型上布置安全措施，判断能否避免事故发生，如判断结果为是，则改进成功，如判断结果为否，则改进失败。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种基于3D模型的采石场模拟系统，其特征在于，包括采石场基础模型建立模块、采石场建设模块、生产过程模拟模块、事故模拟模块和人员管理模块，

所述采石场基础模型建立模块用于输入某一采石场的基本信息和预设开采方案并以此建立三维模型；

所述采石场建设模块用于在所述三维模型上设置开采线和生产生活设备；

所述生产过程模拟模块用于在所述三维模型上模拟生产过程；

所述事故模拟模块用于在所述三维模型上模拟事故发生过程以及救援过程；

所述人员管理模块用于设置所述开采方案所需的人员配置以及所在位置；

所述人员管理模块与所述采石场建设模块相关联，采石场建设模块包括第一判断模块，所述第一判断模块用于判断采石场建设是否与预设开采方案相符，如判断结果为否，则作出提示和解释缘由，如判断结果为是，则继续采石场建设，直至采石场建设完成；生产过程模拟模块包括第二判断模块，所述第二判断模块用于判断生产过程是否与预设开采方案相符，如判断结果为否，则暂停模拟，作出提示和解释缘由，如判断结果为是，则继续生产，直至模拟结束。

2.如权利要求1所述的基于3D模型的采石场模拟系统，其特征在于，所述采石场基础模型建立模块包括基本信息导入单元、开采方案导入单元、模型建立单元。

3.如权利要求1所述的基于3D模型的采石场模拟系统，其特征在于，所述采石场建设模块包括开拓方案选定单元、开采顺序设计单元、推进方式选定单元、工作台阶划分单元、开采工艺选定单元、设备选型布置单元、爆破方案选定单元。

4.如权利要求1所述的基于3D模型的采石场模拟系统，其特征在于，所述生产过程模拟模块包括炮孔布置单元、穿孔爆破单元、铲运单元、溜槽单元、转装单元、加工单元和外运单元。

5.如权利要求4所述的基于3D模型的采石场模拟系统，其特征在于，所述炮孔布置单元包括参数检测单元，铲装单元包括设备检测单元，转运单元包括皮带运输检测单元。

6.如权利要求1所述的基于3D模型的采石场模拟系统，其特征在于，所述事故模拟模块包括动画单元、救援处理单元和改进单元；所述事故模拟模块包括地质灾害单元、边坡事故单元、钻孔事故单元、爆破事故单元、粉尘危害单元、机械事故单元、跌落事故单元、触电事故单元、雷电危害单元和排土场事故单元。

7.如权利要求1所述的基于3D模型的采石场模拟系统，其特征在于，所述人员管理模块包括管理组单元、安全组单元、作业组单元以及培训单元。

8.一种基于3D模型的采石场模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：

采石场基础模型建立步骤，输入某一采石场的基本信息和预设开采方案，建立三维模型；

采石场建设步骤，在三维模型上设置开采方案，包括开采顺序和推进方式，划分工作台阶，确定开采工艺、爆破方案和生产生活设备的选型定位，并判断是否与预设开采方案相符，如判断结果为否，则作出提示和解释缘由，如判断结果为是，则继续采石场建设，直至采石场建设完成；

生产过程模拟步骤，在三维模型上模拟生产过程，并与预计开采方案进行比对判断，判断生产过程是否与预设开采方案相符，如判断结果为否，则暂停模拟，作出提示和解释缘由，如判断结果为是，则继续生产，直至模拟结束；

事故模拟步骤，在三维模型上模拟事故发生过程以及救援过程；

人员管理步骤，在三维模型上设置开采方案所需的人员配置以及所在位置。

9.如权利要求8所述的基于3D模型的采石场模拟方法，其特征在于，

所述采石场基础模型建立步骤包括如下步骤：预设开采方案设置步骤，对三维模型进行网格化处理，建立立体坐标，根据预设开采方案在对应坐标位置的网格处设置隐藏点；

所述采石场建设步骤包括如下步骤：比对步骤，设置开采顺序和推进方式，划分工作台阶，确定开采工艺、爆破方案和生产生活设备的选型定位时，判断设置点的类型和坐标与隐藏点的类型和坐标是否重合，如重合，则判断与预设开采方案相符，如不重合，则判断与预设开采方案不相符。

10.如权利要求9所述的基于3D模型的采石场模拟方法，其特征在于，

所述事故模拟步骤包括如下步骤，

事故发生步骤：播放特定事故的动画画面，在动画画面停止后，动画画面与三维模型上立体坐标对应，在事故发生地作出模型变化；

救援步骤：动画画面停止后，操作人员进行文字选择操作，根据选项判断是否救援成功；

改进步骤：设置返回事故发生前，动画画面倒放，三维模型还原，操作人员在三维模型上布置安全措施，判断能否避免事故发生，如判断结果为是，则改进成功，如判断结果为否，则改进失败。