放顶煤综采工艺过程动态模拟.pdf

江苏 2 0 0 4 年第 2 期 放顶煤综采工艺过程动态模拟 边 强， ， 姚刚 2 山西晋 城煤业集团生出 处， 山 西 L r 城 9 8 0 0 6 ; 2 . Ir A F业大 学 ti } R 科学与工程学院， 江苏徐州2 2 0 0 0 x 【 摘 要」 应用 计算 机模拟技术， 结合D e l p h i7 . 0 和O p e n G L ， 建立放顶煤工作面 模型， 实 现了 以数字形式和三维动画方式输出模拟结果 〔 关 键词〕综采 放顶煤工 作面; 虚拟现实; O p e n G L 【 中图 分类号〕T D 6 7 2【 文献标识码〕B 【 文章编号〕 1 0 0 3 - 6 0 8 3 2 0 0 4 0 2 一 O N〕 一 。 0 引言 近年来， 可视化的研究已形成一定的规模， 国 内 外也将相应的可视化软件推向市场， 但是在煤 矿 领域还没有得到充分发展。本文以D e lp h i 和 O p e n G L 』 为主 要开发 工具， 实现 对T .作面 放顶煤过 程动态模拟， 以图形的方式显示出放顶煤的全过 程。 1 模拟系 统建 模{ 1 .2 1 . ， 模拟建模的原则和方法 机采工作面采煤机生产过程模拟主要包括双 滚筒采煤机生产过程模拟， 对每个过程的模拟采 用面向对象的方法建立模拟模型， 模型中主要模 拟对象为采煤机对象、 运输机对象、 工作面对象。 具体在模拟时需遵循以下原则 要大量、 充分的现 场实测统计资料; 模拟参数分布函数的正确建立; 模拟过程尽可能细致; 模拟对象的充分把握。 双滚筒采煤机采面生产过程模拟供访问者参 观浏览的虚拟现实环境必须要接近现实， 同时要 有一定的计算机加工。为了编程的高效性， 改写 了D e lp h i6 . 0 提供的O p e n C L . p a s ， 并将其命名为 G L . p a s ， 同时为了实现一些O p e n G L 将用到的图形 功能， 编写了 多个单元文件如C g T y p e s . p a s , C g G e - o m e t r y . p a s , C je x t u r e . p a s , C g U g h t . p a s , C g Wi n d o w . p 二等， 供各个程序模块调用 1 . 2 采煤工作面建模 在这个模块里要创建工作面煤壁、 顶板、 刮板 输送机以及支架。这要分两部分实现， 建模和贴 纹理。工作面煤壁、 顶板是由多边型组成。纹理 的 建立是通过定义T C G T e x tu r e 类 T C G T e x t u r e二 o l a s s T C G I m a g e 提供的直接从J p G文件中装入 纹理图象的功能， 模拟程序直接从两个J P G文件 T E X T L i R E . l p g 和E N Y M A P j p g 中读取纹理图象。 由于对同一个模拟无法指定两次纹理， 在模拟程 序中实际上是在同一个位置两次绘制相同的模 型， 每个指定不同的纹理， 并使用不同的 纹理生成 方法， 最后利用O p e n G L 提供的颜色融合技术将 两次的结果无缝的融合在一起 模型建立部分代码 声 下边画 一个外边的小矩形; g l p u s h a t t r i h G I , A L J - A Y T B I B - B I M ; g l e o l o r 3 f 1 , 0 . 3 , 0 ; g lb e g in g l - p o ly g o n ; g l v e l t e x 3 一 0 . 5 ， 一 0 . 9 , 0 . 9 ; g l v e r t e x 3 f 一 0 . 5 ， 一 0 . 7 , 0 . 9 ; g l v e r te x 3 f 一 0 . 9 ， 一 0 . 7 , 0 . 9 ; g l v e rt e x 3 f 一 0 . 9 ， 一 0 . 9 , 0 . 9 ; g l e n d ; g l p o p a t t r i b ; g l c o l o r 3 f 1 , 0 . 4 , 0 ; g lb e g in g l - p o l y g o n ; g l v e rt e x 3 f 一 0 . .5 ， 一 0 . 7 , 0 . 9 ; g l v e rt e x 3 f 一 0 . 1 ， 一 0 . 1 5 ， 一 0 . 2 ; g l v e r te x 3 f 一 0 . 1 ， 一 0 . 2 ， 一 。 . 2 ; g v e r te x 3 f 一 0 . 5 ， 一 0 . 9 , 0 . 9 ; B l e n d ; g l p o p a t t r i b ; g l p u s h a t t r i b g l - a l l - a t t r i b - b i t s ; g lc o l o r 3 f 1 , 0 . 5 , 0 ; 04 - 4- p o l y g o n ; g l v e rt e c3 f 一 0 . 5 ， 一 0 . 7 , 0 . 9 ; g l v e rt e x 3 f 一 0 . 1 ， 一 0 . 1 5 ， 一 0 . 2 ; g l v e rt e x 3 f 一 0 . 2 ， 一 0 . 1 5 ， 一 0 . 2 ; g l v e it e x 3 f 一 0 一 9 ， 一 0 . 7 , 0 . 9 ; g l e n d ; 万方数据 2 0 0 4 年第 2 期边强等放顶煤综采工艺过程动态模拟 g l p o p a t t r i b ; 装入文理图象的代码 t t e g t e x t u r e . C r e a te ; t . L , a [ l 1 P E G t e x t u r e . j p g ; e n v 二t e g t e x t u r e . C r e a t e ; e n v . L .o a d j P E G e n v m a p . j p g ; 使用颜色融合的代码 g l e n a b l e g l - b l e n d ; 第一次融合 g l b l e n d f u n c g l - o n e , g l - z e r o ; 第二次融合 g l b l e n d f u n c g l - o n e , g l - o n e ; 1 . 3 采煤机建模 绘制采煤机线程是从 T T l t r e a d 类继承下来， 它重载了E x e c u te 函数， 其中 绘制参数调用了S y n - c h r o n n i z e 函数， 该调用函数的执行能够使用主 V C ] 线程， 因此可以避免多线程冲突， 当主 V C 1 线程中的绘制函数执行时， 其它线程的执行将被 挂从而 保证绘制函数能够以 最快的速度执行。 采煤机模型由采煤机机身、 机臂、 滚筒和轮齿 组成。全部模拟过程在一个 C 1 o c k T h r e a d 单元实 现。 其中 机身 使 用 正 方 体 模拟， 通过调 用O p e n G L 提供的一个过程g l u tS o l id C u b e s iz e G L d o u b le 绘 制， 滚筒使用也是使用O p e n G L 提供的过程g l u t - S o f d S p h e r e m d iu s G L d o u b le ; s l ic e s , s ta c k s G l in t 绘制; 机臂由多边形模拟 本模型建立困难的部分为轮齿的模拟， 为了 使轮齿逼真， 并且具有旋转效果， 把轮齿的模拟和 时间联系起来。其中时间变量的定义如下 t 二D a te r i m e T o T i m e S t a m p N o w . T i m e d i v 1 1 n】 ; 而齿轮的绘制的具体代码如下 g I P u s h M a t r i x ; g l G o l o r 3 f 1 , 0 , 0 ; g l t r a n s l a t e f 0 . 3 1 , 0 , 0 ; g l t r a n s l a t e f 0 , 0 . 1 , 0 ; g I R o t a t e f t m o d 6 0 * 1 2 , 0 , 0 ，一 1 ; 刀乘以6 意思 角度6 。 表示 1 s ; / / 这样一 圈3 6 0 0 刚好 6 0。 ; g l T r a n s l a t e f 0 , 0 , 0 . 0 5 ; g l U n e W i d t h 1 ; f o〔 ; r i 0 t o 1 1 d o b e g i n g I P u s h M a t r i x ; g l R o t a t e f i * 3 0 , 0 , 0 ，一 1 ; g l b e g i n 乡 - p o l y g o n ; g 1 v e rt e x 3 f o . 0 2 , 0 . 0 5 , 0 ; g l v e, y t e, x 3 f 一 0 . 0 2 , 0 . 0 5 , 0 ; g lv e rt e x 3 f 0 , 0 . 1 , 0 ; g l e n d ; g 1 P o p M a t r i x ; e n d ; g I P o p M a t r i x ; 另外， 为了正确浏览采煤机模型， 模块中还使 用了O p e n G L 中 的 投影变换以 及光照效 果等。 1 . 3 放煤过程建模 粒子系统在构造复杂自 然场景中具有重要的 作用， 本模型程序中生成利用粒子系统来创建放 顶煤过程， 即用粒子来模拟煤块。 在程序中首先 在一些给定的位置生成粒子， 同时生成一个半随 机的移动向量， 当某个粒子落到地面以 后， 该粒子 死亡， 然后在原先的位置重新生成一个粒子继续 重复粒子的运动。由于产生的粒子在动画开始时 不是很明显， 因此， 应用程序在生成粒子开始时先 不进行绘制， 而当经过一定次数的迭代以后才将 结果绘制在窗体中 生成粒子的程序代码为 刀按照移动向量移动粒子 c g T ra n s la t e d ro p s [ i ] , m o t io n [ i ] ; //如果垂直向量小于一 0 . 7 5 ， 则重置该数 刀值， 否则减慢垂直速率 i f d ro p s [ i ] . y一 0 . 7 5 t h e n b e g i n d ro p s [ i ]c g V e c to r O , 0 , 0 ; m o t io n [ i ] 二e g V e c to r R a n d o m 一 0 . 5 / 4 0 , R a n d o m / 1 4 0 . 0 1 , R a n d o m一0 . 5 / 4 0 ; e n d e l s e m o t i o n [ i ] . y m o t i o n [ i ] . y 0 . 0 1 ; 刀 设置重力加速度为。 . 0 1 . 然后在窗体的T i m e 控件的T i m e ; 事件中加 人如下代码调用生成的粒子 g l B e g i n G L P O I N T S ; f a r i s 0 t o D R O P - C O U N T 一 1 d o b e g i n U p d a t e D m p i ; g ] C o l o r 3 f 0 ， 0 , 0 ; g IV e r te x 3 f v d ro p s [ i ] ; e n d ; 下转第6 5 页 万方数据 2 0 0 4 年第2 期 江苏煤炭6 5 3 调水对水环境质量影响的预测评价 山表4 计算结果看出随着纳污量的逐年削 减， 污染物质浓度逐年降低， 水质达到或优于本河 段目标水质胡类。2 0 0 5 年在流量为2 0 耐/ s 连续 江水北调， 水质达到 Hi类， 2 0 1 0年在流量为 1 0 耐八 连续y 1一 水北调， 水质达到或优于m类 2 0 2 0 年在流量为 1 0 m/,q连续江水北调， 水质基 本达到n 类水标准。据 南水北调东线第一 期工 程项日 建议书 , 2 0 1 0 年向南四湖调水量 1 5 . 1 2 亿 耐， 调水流量 1 0 0 一 2 0 0 厅/ s ， 到时水质将达到或 优于以类、不仅向南四湖输送合格的水源， 而且 能够满足各种用途的水质要求 4 水环境保护措施 严格控制生产、 生活污水向河内排放， 建立污 水处理厂， 将污水处理达标后排放， 污染物要实行 总量控制。加强船舶石汕污染综合治理， 控制水 卜 交通污染 加强对水源区及其附近的人湖排污 河道、 面源污染管理。实施流域、 区域水污染物综 合整治o’调整农业产业结构， 发展生态农业， 减少 农药、 化肥的用量， 加强流域乡镇的生活污水、 粪 便、 垃圾的管理与治理， 切实保护好大运河徐州段 的水环境。本河段位于鲁南地区下游， 鲁南地区 的污水有时从邢苍分洪道下泄， 造成该河段突发 污染事故， 建议对中运河山东境内来水要建立水 质监测制度， 避免污染事故发生。发挥闸坝等水 利工程的调度作用， 为改善水环境适时调节水量 5 结语 大运河徐州段水质受到不同程度的污染， 污 染物质主要为1u 1 1 , - N , C O D ， 现水质类别m一v 类， 有逐年好转趋势。丰 水期好于枯水期， 调水期 好于非调水期， 调水量越大水质越好。实行排污 总量控制、 分期削减， 是保障南水北调水质的关 键。 随着北调水量的增加， 本河段水质将进一步 改善， 最终达到或优于目 标水质m 类， 能够满足各 种用途的水质要求， 向北方输送合格的水源 〔 参考文献〕 L 1刘洪林 邢文洁， 等. 南水 北调东线输水干线南四湖水 环境质量研究「 J. 水文， 2 0 0 3 , 4 4 9 - 5 1 . 一 2 万 一， 魏继东， 等 南水 北调东线湖湿地保护探讨{ J. 河海大学学报, 2 0 0 2 , 3 0 1 0 1 4 - 1 9 . [ 3 〕 水利部淮委_ 南水北调东线第一期工程项目 建议书 { R . 2 〕3 . [ 4 _ 江苏省水资源保护规划编制 1 _ 作领导小组办公室. 江 苏省水资源保护规划{ R 1 . 2 0 0 3 . 4 5 - 5 5 [ 作者简介] 李玉 前 1 9 6 3 一 ， 男， 江苏唯宁人， 工程师， 就职于汀 苏省徐州水文水资源勘测局， 主要从事水环境监测研究 「 收稿日 期 2 0 0 4 一 0 1 一 1 0 1 上接第4 1 页 目 E n d ; 在 放煤过程中， 模拟程序还加人了O p e n C l-d 的 雾化技术， 这样放煤过程就会随着远离而淡人， 显得更加自然。 2 结语 此， 还需要分析图形流程中瓶颈问题， 在不降低性 能的前提下， 通过修改应用程序以提高其绘图功 能 3 由于本系统所用数据没有应用数据库系 统， 而是全部由程序中直 接取得， 所以程序运行速 度明显加快 1 运用电子计算机模拟的力 一 法可再现放顶 煤生产过程， 对系统进行模拟分析， 以寻找出 放顶 煤生产规律; 2 为一种图形库和图形标准， o p e n g l 在进行 三维图形的制作方面显示了 卓越的性能。如果充 分利用硬件性能， 可以大大提高程序性能。尤其 是为 一 个专门的应用程序开发特殊的功能、 性能 时， 需要对它有更深的了解， 在本实时交互显示程 序的设计过程中， 对显示速度有较高的要求， 因 [ 参考文献」 I 1 } 左秀峰， 邵建峰， 陶维忠. U M I 建模与工作面生产模拟 [ J _ . 贵州_ 1 _ 业大学学报， 2 0 0 2 , 1 . 一 2 樊运策. 综采放顶煤开采技术概论[ M 徐州 中国矿 业 大学出版社, 1 99 3 〔 作者简介〕 边强， 男， 工程师， 现工作于山西晋城煤业集团生产 处工 收稿日 期二 2 0 日 一 1 0 一 1 创 万方数据