一种基于数字孪生的煤矿事故仿真模拟系统的制作方法

本发明属于数字孪生，特别是涉及一种基于数字孪生的煤矿事故仿真模拟系统。

背景技术：

1、煤矿生产系统是一个由人、机、环境组成的复杂系统，存在着能量载体或危险物质，物的故障、物理性环境因素以及组织管理因素等各种危险源，均可能导致发生瓦斯煤尘爆炸、突水、井下火灾、顶板事故、瓦斯突出、机电事故等。此外，各种危险因素具有动态性、随机性和模糊性。

2、煤矿事故发生的原因是多方面的，除了与矿井本身的自然条件、开采工艺、管理水平、安全意识及人员素质等有很大关系外，技术装备信息化水平仍然是极为关键的因素。目前有很多矿井已装备了监测系统，但是由于煤矿井下工作场所是动态变化的，影响事故发生的危险因素也是不断变化的，现有的监测设施仅仅是监测部分安全参数，难以预测分析事故可能发生的地点、时间及波及区间，也不能根据预测到的数据采取相应的措施，最终造成安全事故难以显著下降、危害程度不能有效控制、事故原因难以调查清楚。

3、煤矿事故仿真模拟系统是针对煤矿生产安全管理和事故应急处理进行模拟和训练的系统。通常使用计算机软件和模型来模拟煤矿事故的发生过程、应对措施和应急处理方法，提供更真实、更精确的模拟结果对事故进行有效控制，提高煤矿工作人员的应急响应能力和安全意识。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于数字孪生的煤矿事故仿真模拟系统，以解决上述现有技术存在的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种基于数字孪生的煤矿事故仿真模拟系统，包括：

3、数据获取模块、物理模型模块、数据采集模块、仿真模拟模块、可视化模块、预测模块；

4、所述数据获取模块用于获取煤矿环境信息；

5、所述物理模型模块用于根据所述煤矿环境信息构建煤矿物理感知模型；

6、所述数据采集模块用于获取实时工况参数；

7、所述仿真模拟模块用于根据所述煤矿物理感知模型与实时工况参数进行煤矿行为的仿真；

8、所述可视化模块用于展示数字孪生的状态、仿真结果与预测数据；

9、所述预测模块根据仿真获得的数据与实时工况参数对事故风险进行预测。

10、可选的，所述数据获取模块包括第一获取单元、第二获取单元；

11、所述第一获取单元用于获取煤矿矿井的通风资料、开采平面图；

12、所述第二获取单元用于获取煤矿矿井中的关键设备及布置图。

13、可选的，所述物理模型模块包括信息提取单元、模型构建单元、融合单元；

14、所述信息提取单元用于根据所述通风资料获取矿井中的各巷道长度、各巷道节点坐标值、各巷道节点连接关系；根据所述开采平面图获取矿井中各巷道的支护类型和截面形状；

15、所述模型构建单元用于构建矿井巷道物理模型与关键设备物理模型；

16、所述融合单元用于对所述矿井巷道物理模型与所述关键设备物理模型建立三维坐标系，根据三维坐标系与所述布置图将所述矿井巷道物理模型与所述关键设备物理模型进行融合，获得煤矿物理感知模型。

17、可选的，所述模型构建单元包括第一构建单元、第二构建单元；

18、所述第一构建单元用于根据各巷道长度、各巷道节点坐标值、各巷道节点连接关系、矿井中各巷道的支护类型和截面形状，利用建模软件构建所述矿井巷道物理模型；

19、所述第二构建单元用于通过三维扫描仪对所述关键设备的三维数据进行扫描，基于所述三维数据与数字计算机构建关键设备物理模型，并将所述关键设备的参数输入对应的物理模型中。

20、可选的，所述数据采集模块包括第一采集单元、第二采集单元、传输单元；

21、所述第一采集单元用于通过若干种传感器，实时获取煤矿矿井的物理参数和化学参数；

22、所述第二采集单元用于获取设备的运行状态信息；实时工况参数包括煤矿矿井的物理参数和化学参数、设备的运行状态信息；

23、所述传输单元用于将采集的数据按照时序性进行整合并存储至时序数据库，设定回滚机制，当存储出现异常时，进行事务回滚，将异常数据存储至实时数据库，对传输数据进行验证处理后存储至时序数据库并添加标记。

24、可选的，所述仿真模拟模块包括限定单元、校正单元、仿真单元；

25、所述限定单元用于设计事故场景并限定初始条件和触发条件，构建煤矿物理感知模型中各要素之间的数学关系；

26、所述仿真单元用于基于实时工况参数与所述煤矿物理感知模型进行各个事故场景下的仿真模拟。

27、可选的，所述仿真单元将事故场景对应的初始条件转化为模型的初始状态，确定仿真时长，仿真过程中实时存储各要素值，获取历史真实数据，将仿真数据与历史真实数据进行对比，根据误差值对模型进行更新。

28、可选的，所述预测模块获取数据库中存储的实时工况参数并进行异常值检测、提取异常值出现时刻的时序性数据，与所述数学关系进行对比，判断异常值有效性，剔除无效数据，对处理后的时序性数据进行特征提取，将仿真数据按事故场景提取特征信息，根据特征信息进行匹配，判断是否存在事故风险。

29、本发明的技术效果为：

30、本发明中分别建立矿井与设备的模型，建立坐标系，并通过设备布置图进行融合，获得最终的模型；根据历史数据分析煤矿矿井中多个参数之间的数学关系，并设计各事故场景的初始条件，通过将初始条件进行模型的适应性转化，获得模型进行仿真的初始状态，通过将仿真数据与真实历史事故数据进行对比，判断误差值的存在，并根据误差值对模型进行持续更新；获取实时工况参数，通过实时数据更新，使模型反映实际的状态和变化；据分析获得的各参数之间的数学关系，对实时工况参数数据进行数据处理，并根据处理后的数据判定是否存在事故风险。本发明能够提供更高效、更精准的安全管理支持，有助于预防事故、提升应急响应能力，并持续改进煤矿运营的安全性能。

技术特征：

1.一种基于数字孪生的煤矿事故仿真模拟系统，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于数字孪生的煤矿事故仿真模拟系统，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的基于数字孪生的煤矿事故仿真模拟系统，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的基于数字孪生的煤矿事故仿真模拟系统，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的基于数字孪生的煤矿事故仿真模拟系统，其特征在于，

6.根据权利要求1所述的基于数字孪生的煤矿事故仿真模拟系统，其特征在于，

7.根据权利要求6所述的基于数字孪生的煤矿事故仿真模拟系统，其特征在于，

8.根据权利要求6所述的基于数字孪生的煤矿事故仿真模拟系统，其特征在于，

技术总结
本发明公开了一种基于数字孪生的煤矿事故仿真模拟系统，包括：数据获取模块、物理模型模块、数据采集模块、仿真模拟模块、可视化模块、预测模块；所述数据获取模块用于获取煤矿环境信息；所述物理模型模块用于根据所述煤矿环境信息构建煤矿物理感知模型；所述数据采集模块用于获取实时工况参数；所述仿真模拟模块用于根据所述煤矿物理感知模型与实时工况参数进行煤矿行为的仿真；所述可视化模块用于展示数字孪生的状态、仿真结果与预测数据；所述预测模块根据仿真获得的数据与实时工况参数对事故风险进行预测。本发明能够提供更高效、更精准的安全管理支持，有助于预防事故、提升应急响应能力，并持续改进煤矿运营的安全性能。

技术研发人员：李绍良,曲越,王朋飞
受保护的技术使用者：内蒙古峥创科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17