第36卷第11期 北京科技大学学报 Vol.36 No.11 2014年11月 Journal of University of Science and Technology Beijing Now.2014 地下矿水灾场一体化构模及可视化仿真技术 赵怡晴2，李仲学2⑧，周耀东12，曹志国2，李鑫2 1)北京科技大学金属矿广山高效开采与安全教育部重点实验室，北京1000832)北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083 ☒通信作者，E-mail:zli@usth.eu.cn 摘要针对地下矿突水三维可视化仿真，基于矿山复合场理论，通过对水灾漫延过程中各场量参数的空间几何性、分布性、 矢量性和时序性进行分析，给出属性空间的拓扑关系，构建了地下矿突水仿真的一体化动态模型，提出了相关属性的可视化 仿真方法.通过对空间场量进行体素化和场量化处理，以时间为步长，实现了水灾漫延过程的动态可视化表达.以某典型地 下矿山为例，通过对相关数据进行整理分析，实现了水灾漫延过程的动态可视化仿真，验证了地下矿突水一体化模型的可行 性和有效性 关键词地下开采：突水：构模：可视化 分类号TD745;TD672 Integrated modeling and visual simulation of water inrush in an underground mine ZHAO Yi-qing,LI Zhong-ue ZHOU Yao-dong,CAO Zhi-guo,U Xin 1)Key Laboratory of High Efficieney Mining and Safety for Metal Mines (Ministry of Education),University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)School of Civil and Environmental Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:zxli@ustb.edu.en ABSTRACT This article is aimed at the three-dimensional visual simulation of water inrush in an underground mine.The topological properties of spatial relationships were presented based on the mining complex field theory and by analyzing the space geometry,distri- bution,vector property,and time sequence of field variables during a water inrush process.An integrated dynamic simulation model of water inrush in an underground mine was built and a visual simulation method of related attributes was put forward.After the voxel and field quantification treatment of spatial field variables,the dynamic flood spreading process was expressed visually by time step.With a typical underground mine as an example and through the analysis of relevant data,the dynamic visual simulation of water inrush in this underground mine was implemented and the model's feasibility and validity were tested and verified through this case study. KEY WORDS underground mining:water inrush:modeling:visualization 根据我国有关矿井重特大事故统计，在所有事 目前，对于矿井水灾的研究主要集中于突水水 故类型中，突水事故死亡人数列第2位，发生次数列 源判别·-习、突水机理分析6-习、采动岩体渗流规律 第3位（瓦斯和顶板事故为前两位）.矿井突水除了 与突变机理0、突水预测山等方面，研究成果为有 造成淹井和伤亡事故，还会造成井下开采技术装备 效控制地下矿突水事故的发生提供了重要的理论依 及工程设施、矿区水资源和生态环境的严重损坏，影 据和指导作用.矿井突水数字仿真研究也随信息技 响正常生产，给国家、社会和家庭带来严重的直接或 术而有较大发展.黄光球等2-运用元胞自动机 间接的人身损害与经济损失， 和格子Boltzmann模型，对地下矿水灾发生时水流 收稿日期：201404-29 基金项目：国家自然科学基金资助项目(51174260) DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2014.11.002:http://journals.ustb.edu.cn第 36 卷 第 11 期 2014 年 11 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 36 No． 11 Nov． 2014 地下矿水灾场一体化构模及可视化仿真技术 赵怡晴1，2) ，李仲学1，2) ，周耀东1，2) ，曹志国1，2) ，李 鑫1，2) 1) 北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室，北京 100083 2) 北京科技大学土木与环境工程学院，北京 100083  通信作者，E-mail: zxli@ ustb． edu． cn 摘 要 针对地下矿突水三维可视化仿真，基于矿山复合场理论，通过对水灾漫延过程中各场量参数的空间几何性、分布性、 矢量性和时序性进行分析，给出属性空间的拓扑关系，构建了地下矿突水仿真的一体化动态模型，提出了相关属性的可视化 仿真方法． 通过对空间场量进行体素化和场量化处理，以时间为步长，实现了水灾漫延过程的动态可视化表达． 以某典型地 下矿山为例，通过对相关数据进行整理分析，实现了水灾漫延过程的动态可视化仿真，验证了地下矿突水一体化模型的可行 性和有效性． 关键词 地下开采; 突水; 构模; 可视化 分类号 TD 745; TD 672 Integrated modeling and visual simulation of water inrush in an underground mine ZHAO Yi-qing1，2) ，LI Zhong-xue1，2)  ，ZHOU Yao-dong1，2) ，CAO Zhi-guo1，2) ，LI Xin1，2) 1) Key Laboratory of High Efficiency Mining and Safety for Metal Mines ( Ministry of Education) ，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 2) School of Civil and Environmental Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China  Corresponding author，E-mail: zxli@ ustb． edu． cn ABSTＲACT This article is aimed at the three-dimensional visual simulation of water inrush in an underground mine． The topological properties of spatial relationships were presented based on the mining complex field theory and by analyzing the space geometry，distri￾bution，vector property，and time sequence of field variables during a water inrush process． An integrated dynamic simulation model of water inrush in an underground mine was built and a visual simulation method of related attributes was put forward． After the voxel and field quantification treatment of spatial field variables，the dynamic flood spreading process was expressed visually by time step． With a typical underground mine as an example and through the analysis of relevant data，the dynamic visual simulation of water inrush in this underground mine was implemented and the model’s feasibility and validity were tested and verified through this case study． KEY WOＲDS underground mining; water inrush; modeling; visualization 收稿日期: 2014--04--29 基金项目: 国家自然科学基金资助项目( 51174260) DOI: 10． 13374 /j． issn1001--053x． 2014． 11． 002; http: / /journals． ustb． edu． cn 根据我国有关矿井重特大事故统计，在所有事 故类型中，突水事故死亡人数列第 2 位，发生次数列 第 3 位( 瓦斯和顶板事故为前两位) ． 矿井突水除了 造成淹井和伤亡事故，还会造成井下开采技术装备 及工程设施、矿区水资源和生态环境的严重损坏，影 响正常生产，给国家、社会和家庭带来严重的直接或 间接的人身损害与经济损失． 目前，对于矿井水灾的研究主要集中于突水水 源判别［1 － 5］、突水机理分析［6 － 9］、采动岩体渗流规律 与突变机理［10］、突水预测［11］等方面，研究成果为有 效控制地下矿突水事故的发生提供了重要的理论依 据和指导作用． 矿井突水数字仿真研究也随信息技 术而有较大发展． 黄光球等［12 － 13］运用元胞自动机 和格子 Boltzmann 模型，对地下矿水灾发生时水流