·1440 北京科技大学学报 第36卷 底部中心线和巷道断面参数信息.通过求解断面各 过程. 关键点信息，从而形成以巷道中心线和巷道断面参 (4)水流的上向升涨过程被看作是从井巷的全 数所组成的工程属性模型 局或局部最低点开始向上漫延的过程，再次对Dk- 2.2.2状态可视化技术 stra搜索算法进行改进，确保水流是在巷道联通的 在矿井水灾场模型中，状态仿真主要是通过对 基础上，从下向上升涨，完成水流的上向升涨过程 动态水流的仿真而实现的.由于动态水流的时序 解算. 性，故采用动态仿真技术对其进行可视化.在模型 (5)调用JOGL类库中的线、点绘制函数和突水 的动态仿真中，引入一个“模拟钟”来体现“模拟时 仿真过程时间序列结果，通过时间控制器的设定，按 间”的运行轨迹，并通过“模拟钟”的不断推进来得 时间间隔更新巷道的突水状态.同时，利用绘制函 到动态水流在矿井水灾场中的状态，从而可以随着 数进行巷道绘制，并以颜色标识当时的灾害影响程 时间不断改变而体现出系统的动态变化过程.其基 度，从而完成矿井突水仿真. 本步骤如下： (1)确立系统的各离散化事件，选取系统的初 4实例分析 始状态，并以开始模拟的时刻作为模拟钟的零点： 以国内某典型金属矿山为例，通过数据采集分 (2)从该起点开始，每推进一个时间步长△，就 析整理，实现了水灾场一体化构模及地下矿突水过 对系统的所有离散事件的情况等进行扫描，并根据 程（水流向下漫延和上涨过程）的动态可视化仿真. 各离散事件的逻辑关系以及相互制约条件，更新系 图3为该金属矿山突水仿真初始状态，即水灾场模 统状态，如果有事件发生则它们就被认为发生在△1 型可视化. 的终止处，如果在△内无事件发生则系统的状态不 发生变化，只将模拟钟推进： (3)重复上述过程，直至系统整个模拟完毕 为止； (4)基于上述仿真结果，以时间为序，通过对其 仿真结果采用方向、颜色的方式实现状态可视化 3地下矿突水过程可视化仿真步骤 矿井突水影响范围的仿真过程建立在井巷网络 当量模型的基础之上，将整个井巷划分为若干较小 巷道，利用改进的Dijkstra搜索算法对矿井突水水 流漫延路径进行解算，在进行每一步的解算时，增加 图3地下矿水灾场可视化 对重力和标高的考虑以及判断，并与突水点、突水 Fig.3 Integrated dynamic simulation model of water inrush in the 量、井巷空间体积、井巷拓扑结构等因素相结合，实 underground mine 现水流在井巷中漫延路径的仿真 突水过程仿真分为以下几步： 在水流下向漫延过程仿真中，通过设定的突水 (1)构建井巷当量网络模型拓扑结构，包括基 巷道，按照漫延过程中巷道网络解算方法，计算井巷 本井巷信息和井巷空间信息. 网络中各巷道的水流状态、通过时间等，并通过颜色 (2)设置矿井水灾发生时的突水点位置、涌水 表示影响范围.本文中假设该矿2号矿体附近 量、开始时刻、更新时间间隔等参数 -140水平某巷道发生突水，按照水流下向漫延过 (3)在水灾场下井巷网络拓扑结构的基础上， 程仿真算法，计算网络中各巷道的每一时刻的水流 根据突水点信息，通过对井巷当量网络中巷道关系 状态、影响范围等.图4为某时刻突水发生后水流 进行分析，采用改进Dijkstra搜索算法解算突水发 向下漫延局部可视化图 生后，水流下向漫延路径.改进的Dijkstra搜索算法 在水位上向升涨过程仿真中，在完成水流下向 在进行解算时，充分考虑井巷结构与重力的作用关 漫延过程仿真的同时，触发水位上向升涨过程仿真. 系，确保水流首先流向标高较低的巷道.在水流达 仿真按照升涨过程中巷道网络解算方法，计算井巷 到全局或局部最低点时，水流将开始上向升涨的 网络中各巷道的水位高度和淹没时间，并通过颜色北 京 科 技 大 学 学 报 第 36 卷 底部中心线和巷道断面参数信息． 通过求解断面各 关键点信息，从而形成以巷道中心线和巷道断面参 数所组成的工程属性模型． 2. 2. 2 状态可视化技术 在矿井水灾场模型中，状态仿真主要是通过对 动态水流的仿真而实现的． 由于动态水流的时序 性，故采用动态仿真技术对其进行可视化． 在模型 的动态仿真中，引入一个“模拟钟”来体现“模拟时 间”的运行轨迹，并通过“模拟钟”的不断推进来得 到动态水流在矿井水灾场中的状态，从而可以随着 时间不断改变而体现出系统的动态变化过程． 其基 本步骤如下: ( 1) 确立系统的各离散化事件，选取系统的初 始状态，并以开始模拟的时刻作为模拟钟的零点; ( 2) 从该起点开始，每推进一个时间步长 Δt，就 对系统的所有离散事件的情况等进行扫描，并根据 各离散事件的逻辑关系以及相互制约条件，更新系 统状态，如果有事件发生则它们就被认为发生在 Δt 的终止处，如果在 Δt 内无事件发生则系统的状态不 发生变化，只将模拟钟推进; ( 3) 重 复 上 述 过 程，直至系统整个模拟完毕 为止; ( 4) 基于上述仿真结果，以时间为序，通过对其 仿真结果采用方向、颜色的方式实现状态可视化． 3 地下矿突水过程可视化仿真步骤 矿井突水影响范围的仿真过程建立在井巷网络 当量模型的基础之上，将整个井巷划分为若干较小 巷道，利用改进的 Dijkstra 搜索算法对矿井突水水 流漫延路径进行解算，在进行每一步的解算时，增加 对重力和标高的考虑以及判断，并与突水点、突水 量、井巷空间体积、井巷拓扑结构等因素相结合，实 现水流在井巷中漫延路径的仿真． 突水过程仿真分为以下几步: ( 1) 构建井巷当量网络模型拓扑结构，包括基 本井巷信息和井巷空间信息． ( 2) 设置矿井水灾发生时的突水点位置、涌水 量、开始时刻、更新时间间隔等参数． ( 3) 在水灾场下井巷网络拓扑结构的基础上， 根据突水点信息，通过对井巷当量网络中巷道关系 进行分析，采用改进 Dijkstra 搜索算法解算突水发 生后，水流下向漫延路径． 改进的 Dijkstra 搜索算法 在进行解算时，充分考虑井巷结构与重力的作用关 系，确保水流首先流向标高较低的巷道． 在水流达 到全局或局部最低点时，水流将开始上向升涨的 过程． ( 4) 水流的上向升涨过程被看作是从井巷的全 局或局部最低点开始向上漫延的过程，再次对 Dijk￾stra 搜索算法进行改进，确保水流是在巷道联通的 基础上，从下向上升涨，完成水流的上向升涨过程 解算． ( 5) 调用 JOGL 类库中的线、点绘制函数和突水 仿真过程时间序列结果，通过时间控制器的设定，按 时间间隔更新巷道的突水状态． 同时，利用绘制函 数进行巷道绘制，并以颜色标识当时的灾害影响程 度，从而完成矿井突水仿真． 4 实例分析 以国内某典型金属矿山为例，通过数据采集分 析整理，实现了水灾场一体化构模及地下矿突水过 程( 水流向下漫延和上涨过程) 的动态可视化仿真． 图 3 为该金属矿山突水仿真初始状态，即水灾场模 型可视化． 图 3 地下矿水灾场可视化 Fig． 3 Integrated dynamic simulation model of water inrush in the underground mine 在水流下向漫延过程仿真中，通过设定的突水 巷道，按照漫延过程中巷道网络解算方法，计算井巷 网络中各巷道的水流状态、通过时间等，并通过颜色 表示 影 响 范 围． 本文中假设该矿 2 号 矿 体 附 近 － 140 水平某巷道发生突水，按照水流下向漫延过 程仿真算法，计算网络中各巷道的每一时刻的水流 状态、影响范围等． 图 4 为某时刻突水发生后水流 向下漫延局部可视化图． 在水位上向升涨过程仿真中，在完成水流下向 漫延过程仿真的同时，触发水位上向升涨过程仿真． 仿真按照升涨过程中巷道网络解算方法，计算井巷 网络中各巷道的水位高度和淹没时间，并通过颜色 · 0441 ·