能源是经济发展的原动力，在中国能源消费结构中，煤炭消费占全国能源消费总量的70%。针对煤炭开采受到瓦斯、水、火、粉尘、顶板等五大灾害对煤炭高效生产和作业人员生命安全的长期困扰问题，加强煤矿安全生产过程中的危险因素的有效预警，提高作业人员安全意识与规避技能等，研制煤矿安全生产体系的三维虚拟技术，解决其工业应用的关键理论和技术问题。主要技术内容如下：（1）提出了三维虚拟空间与虚拟仪器融合的井下生产系统测量交互终端构建方法。对煤矿生产系统进行三维几何建模和表达格式化转换，进而与虚拟仪器数据总线进行耦合，解决了三维空间模型状态和信息变化无法与虚拟仪器同步的难题。（2）提出了三维空间动态模型与井下生产现场测量对象映射和同步耦合的三维虚拟体系构建方法。通过对煤矿生产系统进行三维几何建模，图形数字化转换与生产系统设备、测控装备等进行映射，然后利用网络技术实现虚实数据通讯，同时把虚拟仪器和数字化转换后的图形进行地址空间耦合，实现仪器数据显示和虚拟空间的信息同步。（3）提出了基于虚拟空间定位和数据驱动的三维虚拟交互测量方法。针对煤矿安全生产三维监测问题，基于三维数字化图形、通讯网络和生产现场测量和控制系统，可视化三维数字化图形与生产现场测量和控制系统进行不同交互，三维图形空间通过颜色、造型、虚拟仪器信息表达等实时反映生产系统的测量和控制结果以及煤矿生产系统的实时状态。（4）提出了煤矿安全生产系统三维虚拟动态重构方法，突破了传统三维虚拟系统建模柔性差、不能动态适应井下生产系统调整等难题，显著提高了煤矿安全生产三维虚拟系统构建的效率，降低了企业成本。在以上研究成果基础尚，开发了煤矿井下三维虚拟操控示教与安全事故后果仿真体系，将井下生产安全规范操作及其失误违规造成的安全事故通过三维虚拟技术真实再现逼真的技术细节和真实的典型事故发生环境。

该项目获得发明专利9项,计算机软件著作权1项，发表论文15篇，完成了煤矿井下安全生产系统三维虚拟系统建模、网络通讯系统构建、三维虚拟系统与虚拟仪器耦合等系列关键技术的研制。系列成果通过河南省科技厅、中国仪器仪表学会以及国家自然科学基金委员会等机构的验收和鉴定，达到国内领先水平。

应用推广与效益情况：该项目成果与2015年起在郑州煤炭工业（集团）有限责任公司、河南龙宇能源股份有限公司和山西潞安环保能源开发股份有限公司王庄煤矿等多家煤炭企业生产中应用，近三年新增销售额43449万元，新增利润18710万元。该项目的研究成果为煤矿安全生产体系的高效、安全监测和评估提供了重要依据，可推广到化工、有色金属开采、石油等多个领域。新型三维虚拟技术在煤矿安全生产的大规模推广应用，将带来煤矿安全生产领域的重大变革，减少人员投入，预警险情发生，进而产生巨大的经济和社会效益。

成果说明

该项成果自2015年以来，研究成果在郑州煤炭工业（集团）有限责任公司、河南龙宇能源股份有限公司以及山西潞安环保开发股份有限公司王庄煤矿等煤炭生产企业投入应用，并通过与企业结合逐步完善，应用于生产系统安全教育、煤炭开采作业各组成部分的实时监测和安全评估。公司引入该成果对生产作业人员进行系统安全教育，同时对综采工作面、排水、瓦斯浓度状态、支护系统等生产单元的运行状态等进行实时测量和安全评估，三维虚拟生产系统实时反映煤炭开采中的生产环境安全状况，提高了作业安全保障，激发了作业人员生产积极性，进而促进了生产和产量

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