虛擬現(xiàn)實技術(shù)在采礦工程中的應用

（山西省煤炭建設監(jiān)理有限公司 山西 030012）

引言

伴隨著經(jīng)濟科技的高速發(fā)展，我國的計算機電子技術(shù)也在日新月異的進步中，這也是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的現(xiàn)實發(fā)展基礎。虛擬現(xiàn)實技術(shù)指的是將人類的治理和計算機科技結(jié)合在一起，二者協(xié)同配合，產(chǎn)生相得益彰的運用效果。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的運用促使社會生產(chǎn)生活各個領域發(fā)生了翻天覆地的變化，在采礦工程中，虛擬現(xiàn)實技術(shù)也發(fā)揮了重要的作用。傳統(tǒng)的采礦工程工作環(huán)境惡劣，開采難度較大，對工作人員的技術(shù)要求高，在引入虛擬現(xiàn)實技術(shù)之后，可以模擬三維采礦對采礦工程的整體進度進行把控，提高安全性，促進了采礦工程的現(xiàn)代化發(fā)展。

1.虛擬現(xiàn)實技術(shù)概述

虛擬現(xiàn)實技術(shù)的英文名稱叫做VR技術(shù)，它主要是指將人類的智力和信息科學相結(jié)合，主要包含了信息化圖形處理、人工智能、傳感器技術(shù)、人機接口等多種科學成果。

在當前的虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展中，最大限度的迎合了人類行為的發(fā)展規(guī)律，讓虛擬現(xiàn)實技術(shù)得到更加擬人化的發(fā)展[1]。其實，虛擬現(xiàn)實技術(shù)從本質(zhì)上來說屬于一種繪圖技術(shù)，但是和一般的計算機繪圖不同，虛擬現(xiàn)實技術(shù)旨在構(gòu)建多方面立體化的虛擬環(huán)境，為人類的感知開放多元化的層次，它突破了傳統(tǒng)構(gòu)圖的圖片層面，結(jié)合了人的觸覺、動作、視覺等多方面要素，共同對現(xiàn)場進行模擬，提高了情境的真實性。虛擬現(xiàn)實技術(shù)自從創(chuàng)立以來被世界各國各個領域的科學家爭相研究，廣泛使用，因此我們可以認為虛擬現(xiàn)實技術(shù)是基于信息技術(shù)基礎的又一次信息化變革。

當前，虛擬現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)超出了實驗室研究的范圍，被運用到社會生產(chǎn)的各個領域，例如在CAD輔助設計、醫(yī)學領域、舞臺效果領域中，虛擬現(xiàn)實技術(shù)都扮演著重要的角色，方便了人們的工作和生活，使現(xiàn)代社會發(fā)展更加多姿多彩。在采礦領域中虛擬現(xiàn)實技術(shù)的參與能夠利用CAD繪圖功能和勘查功能提高采礦工程的安全性，同時虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以將礦工培訓和煤炭安全生產(chǎn)等相關(guān)技術(shù)結(jié)合起來，為現(xiàn)代采礦工程提供高效便捷的信息化服務。

2.傳統(tǒng)采礦工程技術(shù)局限性

(1)管理松散，技術(shù)落后

傳統(tǒng)的采礦工程中存在著諸多問題，首先表現(xiàn)在技術(shù)的落后性和管理思維的滯后性。我國礦產(chǎn)資源豐富，分布廣泛，但是礦產(chǎn)采掘工程在我國的歷史并不算悠久，技術(shù)起步較晚，相對落后，采礦工程的水平與發(fā)達國家相比具有一定的落后性，很多采礦企業(yè)在實際礦產(chǎn)資源的挖掘過程中采用傳統(tǒng)陳舊的采礦技術(shù)，管理思想較為落后，這就導致在實際采礦工程中造成了礦產(chǎn)資源的浪費，投入較多的人力物力資源，回報甚微，直接影響到了采礦企業(yè)的經(jīng)濟效益[2]。在管理方面，缺乏有效的人事管理制度，對采礦工程工作人員的約束力不足，因此，粗放式管理的精神下采礦工作人員辦事馬虎，缺乏細致嚴謹?shù)墓ぷ骶瘢矝]有科學的認識到采礦工作中的注意事項，導致安全事故頻發(fā)，甚至會造成重大的安全生產(chǎn)責任事故，給企業(yè)的信譽和經(jīng)濟效益帶來巨大的損失。

另外一方面，由于技術(shù)相對落后，我國在采礦過程中無法全面的對全國范圍之內(nèi)的礦產(chǎn)資源進行高效的開采，特別是在一些地質(zhì)條件較差的地區(qū)，礦產(chǎn)資源豐富，開采難度卻巨大。當前，隨著人們生活水平的提高，經(jīng)濟的高速發(fā)展，對于礦產(chǎn)資源等能源的需求也越來越大，如果不對采礦技術(shù)加以現(xiàn)代化的改革，不僅會影響到企業(yè)的實際經(jīng)營收益，還會拖慢我國經(jīng)濟發(fā)展的速度。

(2)安全意識不足

采礦工程是一項具有一定危險性的作業(yè)，因此在實際采礦過程中必須要加強安全責任意識，否則會導致礦難事故的發(fā)生，給工作人員和企業(yè)帶來毀滅性的打擊。無論從哪個角度來說，安全采礦都是采礦工程的第一要務[3]。但是當前，由于安全生產(chǎn)意識的相對落后，采礦工程中很多工作人員和管理人員缺乏安全產(chǎn)礦的意識，采礦工程存在相當大的安全隱患，在防護設施、人員培訓方面工作不到位，很多工作人員在采礦工程中缺乏全套的安全保護服裝設備，在采礦下井之前也沒有接受系統(tǒng)化的安全培訓，這些因素導致我國采礦工程安全事故頻頻發(fā)生，威脅到了工作人員的人身安全，影響了企業(yè)的社會信譽和經(jīng)濟效益。

(3)不合理采礦造成的環(huán)境危機

當前，我國早已過了片面追求質(zhì)量的經(jīng)濟時代，綠色環(huán)保可持續(xù)已經(jīng)成為時代的強音。在采礦工程中，由于一些無法避免的天然特性可能會造成對環(huán)境的污染，因此采礦工程有義務將環(huán)境污染控制在可接受的范圍之內(nèi)，特別是對于放射性資源的處理問題務必加以警惕。當前，由于管理意識不到位、管理方式落后，很多采礦企業(yè)采用不科學的采礦方式對環(huán)境造成巨大的破壞。例如放射性物質(zhì)污染空氣、水源和土壤，威脅到了周邊居民的正常生活。另外一方面，我國采礦工程當前還存在著竭澤而漁的窘境，由于過度的開采造成自然環(huán)境惡劣，有關(guān)部門管理責任落實不到位等于縱容了以上現(xiàn)象的發(fā)生，究其根本原因，企業(yè)的責任態(tài)度和采礦技術(shù)管理都存在著進步的空間。當前，我們必須要維護采礦企業(yè)的經(jīng)濟效益和環(huán)境保護之間的協(xié)調(diào)性，在一定的范圍之內(nèi)合理開采，采取環(huán)保技術(shù)，防止對周邊環(huán)境造成不可逆破壞。

3.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在采礦工程中的具體應用分析

(1)利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行系統(tǒng)設計

在采礦工程領域運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠大大提高采礦工程的實際效果，目前虛擬現(xiàn)實技術(shù)在采礦工程中的使用已經(jīng)經(jīng)過了長時間的摸索，取得了一定的成效。首先，工作人員可以利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)優(yōu)化采礦工程的系統(tǒng)設計。所謂采礦工程的系統(tǒng)設計，主要是通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)形成礦山系統(tǒng)的三維模型，包括開拓系統(tǒng)、運輸系統(tǒng)等，在這些不同的采礦模型中，通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部的相互合作與交流，這一模型可以容納不同的系統(tǒng)設計觀念，在虛擬模型內(nèi)部可以形成相互交錯的關(guān)系，為工作人員清晰的呈現(xiàn)出不同的作業(yè)系統(tǒng)的運行情況以及它們的相互影響態(tài)勢。在采礦工程中的系統(tǒng)設計也可以利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行快速的分析和校正，如果出現(xiàn)不合理的設計，也便于工作人員對他們及時的調(diào)整和優(yōu)化，因此將虛擬現(xiàn)實技術(shù)運用在采礦工程的系統(tǒng)設計中，可以確保實際環(huán)境和虛擬模型存在高度的重疊，方便了工作人員對于系統(tǒng)設計中信息的攝取。

(2)利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行施工技術(shù)的改進

將虛擬現(xiàn)實技術(shù)運用在采礦工程中，可以對采礦的技術(shù)和工藝流程進行監(jiān)控和模擬，方便工作人員對于整個采礦工程過程的把控。具體而言，虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以利用相關(guān)的技術(shù)軟件將礦山井下的真實作業(yè)情況在桌面之上生成三維和立體化的場景模型，采礦工作者可以利用虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)進行模擬施工作業(yè)。通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)的加入，可以使采礦工程場景真實的呈現(xiàn)在工作人員眼前，猶如身臨其境，工作人員可以真實的觀摩到采礦現(xiàn)場的實際操作情況，在真實可靠的前提下，對施工工藝和技術(shù)流程進行進一步優(yōu)化和改革。同時，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的三維模型也可以作為采礦工程的借鑒和參考。

(3)將虛擬現(xiàn)實技術(shù)運用在礦山爆破工程中

在礦山爆破工作中使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，工作人員可以模擬采礦周邊地區(qū)的地質(zhì)和水文條件，模仿出完整真實的地形地貌，探查水流流向以及周圍的居民環(huán)境，為整個礦山爆破工作打造出一個相對仿真的環(huán)境模型。爆破工程師可以通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)打造仿真空間環(huán)境，對礦山爆破的地點進行安全、正確的考量，設計完整的爆破方案，同時，通過虛擬現(xiàn)實模型，工作人員也可以對礦山爆破進行預演，評估一定范圍之內(nèi)的爆破影響，并將實際的模擬參數(shù)和預想的情況進行對比，如果發(fā)現(xiàn)出入較大，可以進一步修改爆破計劃。由此可見，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在礦山爆破工程中的應用可以使整個工程更加具有科學性。

(4)將虛擬現(xiàn)實技術(shù)運用在礦山的管理中

虛擬現(xiàn)實技術(shù)運用在礦山管理中可以最大限度的保護礦產(chǎn)資源開采的安全性，有助于有序的安排采礦機械設備，保證施工流程順利運行。具體來說，礦山管理中可以借用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的遠程監(jiān)控特征觀察環(huán)境動態(tài)，自動生成采礦工作的真實環(huán)境，工作人員可以按照虛擬現(xiàn)實模型對于礦井下方的作業(yè)情況采用實景圖的方式進行觀察和調(diào)度，可以從安全角度考慮本次采礦工程的實際情況，也可以規(guī)劃礦山、安排工期進度、預防安全事故，特別是對于瓦斯爆炸和礦井火災這些死亡率最高的采礦事故而言，虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以通過計算機技術(shù)的支撐對井下作業(yè)的情況進行模擬，一旦發(fā)生事故也可以恢復有關(guān)數(shù)據(jù)，對火災發(fā)生的真實情況進行模擬，對后續(xù)采礦工程的進一步調(diào)整，提供科學的參考。除此之外，虛擬現(xiàn)實技術(shù)也可以被運用在采礦工作者的學習培訓中，減小人力物力資源的投入，提高采礦企業(yè)的實際經(jīng)營收益。

4.結(jié)語

將虛擬現(xiàn)實技術(shù)運用在采礦工程中可以改進工程的管理控制水平，解決采礦工作可能對環(huán)境造成的影響和破壞。虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以被運用在采礦工程的系統(tǒng)設計、施工技術(shù)改進、礦山爆破工程、礦山管理等多個環(huán)節(jié)的采礦工作中，通過對于真實場景的模擬，提高采礦工程的安全性，便于工作人員及時的對于采礦工程運行過程進行全方位的把控和調(diào)整，全面提高采礦工程的開展效率，推動我國采礦作業(yè)領域到達新的發(fā)展高度。