虚拟现实技术在采矿工程中的应用

黄 伟

（甘肃林业职业技术学院，甘肃 天水 741000）

随着社会经济的快速发展，计算机的硬件和软件功能不断完善，为虚拟现实技术的发展奠定了坚实的技术基础。虚拟现实技术是将人与信息科学密切结合的一种新型信息技术，不仅对计算机科学的发展起到了巨大的推动作用，而且对人们的生产生活产生了更大更广泛的影响。采矿工程一直具有环境恶劣，开采难度大，技术要求高等特点，引入虚拟现实技术，模拟三维的采矿现实环境，是对传统开采模式的颠覆，不仅有助于采矿人员更加准确地认识地理环境，拟定科学合理的开采方案，而且大大提升了开采工作的精准度和安全度，促进了采矿工程的信息化发展。本文基于虚拟现实技术的基本内涵，积极探索虚拟现实技术在采矿工程中的有效应用，以期能推动虚拟现实技术的普及和完善，推动采矿工程的信息化和数字化。

1 虚拟现实技术的基本内涵

虚拟现实技术（Virtual Reality），简称VR技术，主要是基于人与信息科学融合运用的一门高新技术，集合了计算机图形、多媒体、人工智能、人机接口、传感器等多种信息技术和人类行为学研究成果，寻求人类行为和虚拟信息技术的最佳契合[1]。虚幻现实技术本质上也是一种计算机绘图技术，但却高于我们常见的计算机绘图，力求通过多种手段模仿重建，构建一个多维立体的，具有感知层次的虚拟环境。除了传统的图片之外，还需要结合人的行为、视觉和动作共同完成。虚拟现实技术，一经出现就引起了世界各国的广泛关注，并视为信息技术的又一个伟大革新，经过几年的研究和发展，现已扩展到监控操作、CAD辅助设计、地理空间探索、医学以及娱乐等领域，对人们的工作生活与休闲娱乐产生了重要影响。对于采矿工程而言，虚拟现实技术具有环境勘查监控和CAD绘制等功能，集合了煤炭安全生产、优化设计和矿工技术培训等工作内容，是一种高效便捷的信息化工作手段。

2 虚拟现实技术在采矿工程中的应用

对于工程领域而言，虚拟现实技术的运用使得工程开发和建设事半功倍，经过多方的共同研究和探索，现已取得比较丰硕的成果。然而，虚拟现实技术在采矿工程中的运用却还处于初级阶段，以探究摸索为主。下面，笔者将结合采矿工程的几个重要环节，对虚拟现实技术的应用进行一个简单的总结论述，集中展现这一技术未来的采矿工程中的应用前景。

（1）系统设计中的虚拟现实技术应用。采矿工程中的系统设计主要是针对矿山系统而言，通过虚拟现实技术，实时生成矿山系统中关于开拓、运输等系统的大型三维虚拟模型。生成的不同模型之间，可以进行相互交流与合作，将不同的设计理念添加到虚拟模型之中，在系统之间构建一种交互环境，清楚地呈现不同系统作业之间的相互影响。针对矿山系统中的相关设计，可以进行实时分析、检验和校正，对于设计不合理的地方，及时地调整和优化，并同步更新到虚拟环境之中，确保虚拟模型与实际环境和相同。

（2）施工工艺中的虚拟现实技术应用。虚拟现实技术可以根据采矿工程中的施工工艺和流程，对整个施工过程进行模拟。具体的操作方法为：借助于生成于桌面之上的虚拟现实技术软件，生成三维立体化的矿山井下的作业场景，采矿的相关工作人员可以通过虚拟现实系统，在虚拟生成的作业场景中模拟施工。通过这一运用，矿山工程师如同身临其境一般地进行真实施工，对各个施工工艺和流程的合理性进行确定，为施工方案的优化提供借鉴和参考。

（3）矿山爆破工程中的虚拟现实技术应用。通过虚拟现实技术，对矿山及其周围地区的地质地貌和水文地理情况进行虚拟，制造出一个仿真的空间环境。爆破工程师通过虚拟现实系统中生存的仿真空间环境，选择适宜的爆破地点，确定科学的爆破方案，并在虚拟现实系统中进行预演，对爆破后产生的影响和结果进行评估，并于之前的设想进行对比，优化爆破方案，也使得爆破参数更加的准确科学。

（4）矿山管理中的虚拟现实技术应用。虚拟现实技术在矿山管理过程中的运用，主要集中在安全、环保、机械设备、生产安排等方面的管理，确保矿山的施工安全和施工过程的顺畅，进而实现安全高效的管理目的。这一应用的实现主要是借助于虚拟现实技术本身所具有的远程监控、环境特征的动态采集和自动生成这一系列功能，确保采矿工作环境的实时更新，确保与现实环境的一致性。在这种情况下，矿井工程的管理责任人就将参照虚拟现实系统中生成的实景图对矿井下方的工作情况进行实时监控、调整、调度和优化，并对整个矿井工作情况、安全情况进行全方位地评估。在确保施工进程可控的情况下，对矿山的开采进度和环境进行全面把握，为矿山规划、工期进度安排等正确决策的做出提供诸多借鉴和参考。

（5）矿山培训中的虚拟现实技术应用。借助于虚拟现实技术，可对井下各种类型复杂的作业环境进行场景虚拟，并借助于此实现对采矿工程技术工作者的实习培训，这样一方面可以控制培训费用的投入，另一方面还有利于提高培训效率、缩短培训时间[2]。

（6）矿山安全中的虚拟现实技术应用。对于采矿工程而言，有太多的未知和不可控因素，导致许多意外灾害的发生，为工程和相关工作人员的生命财产安全带来巨大的威胁。众所周知的瓦斯爆炸和矿井火灾，是矿山开采过程中发生机率最大的两种灾害类型，也是出现在新闻报纸最为频繁的矿山灾害。随着计算机网络技术的日新月异，矿山开采过程中的安全预测和管控逐渐从不可能变为可能。通过计算机相关技术的运用，可以对矿井下的风流进行有效控制，尤其是在火灾爆发之际，对风流进行准确控制，可以为矿井之下的工作者们延长安全撤离的时间，避免火灾肆虐造成的有害气体蔓延。在虚拟现实技术方面，目前已有研究者正在从事这方面的研发，希望能借助于对矿井下真实工作环境的实景模拟，对火灾发生时的状态进行模仿还原，并对火灾的延时情况进行预测和模拟，确保火灾应急方案的准确性、科学性和实用性。如果推而广之，也可以为其他工程的火灾防治提供参考和借鉴。

综上所述，虚拟现实技术借助于计算机网络，对矿山工程的环境、施工流程、作业图景、灾害预演等情况进行实时模拟，监控矿井下的工作状况，实时调整施工和管控方案，提高矿山开采工程的安全度和实效性，对矿山开采发挥着不可替代的重要作用。因此，推动矿山工程的信息化和自动化，已经成为一种必然趋势，我们唯有与时俱进，不断创新和完善虚拟现实技术在采矿工程中的应用，才能实现这一目标，推动我国矿山勘测和开发实现历史性发展。