煤矿安全与技能虚拟仿真实训系统

科技成果——煤矿应急救援虚拟演练培训系统技术开发单位煤科集团沈阳研究院有限公司、中煤科工集团重庆研究院有限公司适用范围该系统适用于煤矿安全技能培训、事故模拟仿真、应急救援演练、矿用产品安全性能模拟分析等方面，也可以应用于产品的虚拟设计、虚拟装配、虚拟维护培训等方面。

成果简介1、与以往的采用硬件设备进行屏幕拼接相比，成本低，能够动态的调整拼接带亮度，达到了良好的屏幕拼接效果；2、应用该技术开发的“多通道环屏立体投影控制系统”已取得中华人民共和国国家版权局计算机软件著作权登记证书。

关键技术1、该技术包括煤矿重大灾害模拟、自救逃生、分布式应急救护演练、危险识别等多功能；2、采用虚拟现实（VR）技术、360°环屏、180°弧幕、CAVE投影播放技术、12.1环绕立体声技术、3D电影技术、计算机网络协同处理技术为煤矿提供一流的“沉浸式”救援演练环境，将救援演练装备和质量提升到一个崭新的水平；3、应用该技术创建一个逼真的虚拟现实世界，使学员在体验各种真实场景同时，学习各模块相关操作知识，认识灾害的发生、发展过程及危害，并通过问答式的交互学习，快速掌握每个模块的操作步骤及要点，从而提高救援演练的整体技术水平、思想素质、及各种突发状况的应对能力，使煤矿整体操作能力及防范意识得到提高，使煤矿进入规范化管理阶段，降低各种事故发生的概率。

应用情况该技术产业化至今，已累计销售达30多套，实现合同额5000余万元。

主要应用于煤矿事故的虚拟仿真、煤矿安全培训、应急救援演练领域。

现国内采用该套系统的有：扎赉诺尔矿务局、内蒙古平庄矿务局等15个国有大型矿务局，应用前景广阔。

通过对入井人员的各项技能培训，可以有效的提高生产效率、避免灾害的发生、提高矿工的自救能力，促进煤矿安全事业健康发展，应用前景广阔。

煤矿3D可视化模拟教学系统产品简介全面提高煤矿职工队伍的安全素质，增强依法自我安全保护的意识，坚持“安全第一、预防为主”的生产方针，促进全国煤矿安全生产状况的稳定好转和优化煤矿生产，北京金视和科技股份有限公司致力于VR技术在矿业领域的研发，结合煤矿领域的实际情况，并联合煤矿开发和安全生产方面的相关高校专家共同研发制成煤矿3D可视化模拟教学系统。

系统以煤矿职工安全生产、优化技术设计、安全技能培训和提高矿产效益作为主要目的。

利用国际领先的虚拟现实和三维仿真技术开发而成。

煤矿3D可视化模拟教学系统紧紧围绕着煤矿安全生产，搭建了完整的、系统的、可视化的应用平台。

该系统由两大部分构成，分别为理论培训和实战操作培训，提供基于虚拟现实的人机交互演练，大幅度提升学员的实际操作能力和安全防范意识。

产品特点知识库丰富煤矿3D可视化模拟教学系统以国家统一的煤矿培训教材《煤矿新工人岗前安全培训教材》为基础，整个系统不但客观的复原教材中的关键知识点，而且还将实际生产操作进行了深度扩展结合，从而提高了系统知识的丰富性，提高了学员对相关操作规程的理解和认识。

系统内置的数据库管理模块，可以详细准确的记录所有学员的学习、训练以及考核数据，具有安全生产的规范性和准确性。

三维交互煤矿3D可视化模拟教学系统以独特的三维仿真技术将煤矿井下环境完整的呈现，全新的三维仿真交互操作突破了以往传统的教学方式，让学员能够以多种视角对井下环境进行多维度的学习和认识。

立体可视化煤矿3D可视化模拟教学系统以国际先进的三维仿真技术为基础平台，搭载定制化开发的立体显示设备，让用户佩戴液晶快门立体眼镜即可在任意环境下呈现井下立体画面。

立体显示设备坚固稳定，精致便携，且不受场地限制即可沉浸式体验立体画面。

自由操作，煤矿3D可视化模拟教学系统包含两种学习模式：顺序模式和自由模式。

分别为初级学习和强化训练提供人性化的学习方式。

顺序模式可以根据煤矿安全生产的工序流程进行逐步学习，在每项工序开始前会弹出提示框，提示下一步应该执行哪项任务，这样可以帮助学员快速了解相关开采及预防的流程。

煤矿井下电气作业安全技术实际操作虚拟仿真训练与考试系统操作说明书目录产品简介 (1)一、开机 (2)二、系统模块选择 (2)三、软件操作步骤 (3)（一）井下低压电气设备停、送电安全操作（K1） (3)1、停电准备 (3)2、停电安全操作 (5)3、送电安全操作 (9)(二)井下风电、甲烷电闭锁接线安全操作（K2） (14)1、接线前安全检查 (14)2、闭锁开关接线安全操作 (15)3、局部通风机控制开关接线安全操作 (17)4、甲烷监控分站接线安全操作. (20)（三）井下电气保护装置检查与整定安全操作(K3) (23)1、漏电保护装置检查与整定安全操作 (23)2、保护接地装置安装与拆除安全操作 (26)3、过流保护装置检查与整定安全操作 (29)（四）井下电缆连接与故障判断安全操作（K4） (32)1、井下电缆连接安全操作 (32)2、井下电缆故障判断安全操作 (39)（五）井下变配电运行安全操作（K5） (44)1、“操作票”填写 (44)2、“操作票”执行 (46)3、井下变配电运行故障判断与处理 (50)（六）井下电气设备防爆安全检查（K6） (52)1、防爆安全检查准备 (52)2、防爆安全检查 (54)3、防爆安全检查结果处理 (62)产品简介本系统考核程序严格依据《煤矿特种作业人员实际操作考试标准》设计，考核通过软件与硬件结合，能真实的模拟煤矿井下电气作业操作体验，同时软件界面能同步操作显示，在考核时间结束时系统实时给出相应考核成绩和各分项考核得分，同时系统通过局域网络将本考生考试结果（包括考生信息、考核成绩、扣分项的详细信息等资料）上传至管理系统数据库。

该产品主要由训练系统模块、模拟考试系统模块、考试系统模块组成。

一、开机1、打开电源开关，确保设备通电。

2、按下操作台设备【开关】按钮，自动进入系统界面。

二、系统模块选择考试模式，考生登录完成直接进入考试，非考试模式可进行选择训练系统、模拟考两个系统模块，如下图所示：选择训练系统、模拟考试系统与考试模式系统，进入选择考试科目界面，如下图所示：三、软件操作步骤（一）井下低压电气设备停、送电安全操作（K1）1、停电准备（1）检查仪器、防护用品①便携式甲烷检测报警仪、停电牌、放电导体、电工工具等齐全、完好。

虚拟仿真系统矿山救援解决方案V1虚拟仿真系统是一种先进的技术，它通过运用计算机技术，模拟现实世界中各种情景，让用户可以在虚拟的环境中进行互动、实验和操作。

矿山救援解决方案V1便是一种基于虚拟仿真系统的应用，它致力于解决矿山救援工作中的问题。

那么，我们来分步骤看看这个解决方案是如何工作的。

第一步，建立虚拟仿真场景。

矿山救援解决方案V1首先需要建立一个包括矿井平面、通风系统、电缆系统、水系统等在内的虚拟矿山场景，确保具有一定趋同性和对真实情况的还原性。

第二步，设置应急情况。

在虚拟场景中，应该设置各种可能发生的应急情况，例如爆炸、坍塌、火灾等。

这些情况可以随时触发，模拟真实情况，供救援人员进行应急演练。

第三步，模拟实战演习。

在虚拟场景中，可以随时召集参与演练的救援队伍、现场指挥官、视频指挥中心等，参与模拟实战演习。

演习中，各参演者可以根据自己的角色，进行相应的操作和指挥，在虚拟环境中进行实时沟通。

第四步，评估演练效果。

在演练结束后，应对整个演练的效果进行评估，包括但不限于救援行动规划、现场指挥、指挥中心的配合协调等方面。

通过评估演习效果，不断总结经验，不断完善矿山救援工作的流程和方法。

总的来说，虚拟仿真系统矿山救援解决方案V1是在虚拟环境中完成矿山救援工作的一种全新解决方案。

它通过设置虚拟场景、应急情况、模拟实战演习和评估演练效果，让救援人员可以在虚拟环境中进行全面而真实的救援训练，提高应对突发事件的能力和水平。

同时，也能够不断总结经验、不断完善工作流程、提高整体应急处置能力，进一步保障各类危险行业的生产安全。

煤矿安全一直是一个备受关注的话题，而煤矿安全事故VR体验实训则是一种新型的培训方式，通过虚拟现实技术将学员置身于真实的煤矿场景中，使其能够亲身体验煤矿安全事故，并学习相应的应对方式。

在这篇文章中，我将总结煤矿安全事故VR体验实训的相关内容，包括实训内容、体验效果、实训意义等方面。

一、实训内容在煤矿安全事故VR体验实训中，学员将通过虚拟现实设备进入模拟的煤矿场景，在这个虚拟的环境中，他们会面临各种煤矿安全事故，比如瓦斯爆炸、煤层突水等。

学员需要在虚拟环境中迅速做出应对，采取适当的措施以确保自身安全，并尽可能减少事故带来的影响。

二、体验效果煤矿安全事故VR体验实训给学员带来了非常真实的体验，他们仿佛置身于真实的煤矿场景中，面对着真实的危险与挑战，这种沉浸式的体验能够有效地提高学员的应急反应能力和安全意识。

虚拟环境中的事故场景也给学员留下了深刻的印象，使他们能够更加深刻地理解煤矿安全事故的危害性，从而更加重视安全生产。

三、实训意义煤矿安全事故VR体验实训的意义重大。

它能够有效地提高学员的应急反应能力和安全意识，使他们能够在真实的煤矿作业中更加从容地面对各种突发情况。

通过虚拟环境中的体验，学员能够更加直观地了解煤矿安全事故的危害性，从而更加重视安全生产，严格遵守相关规章制度，确保自身和他人的安全。

煤矿安全事故VR体验实训也能够为相关部门提供更加真实的安全培训环境，帮助他们更加有效地进行安全生产教育和培训。

四、应用前景随着虚拟现实技术的不断发展，煤矿安全事故VR体验实训也将得到更加广泛的应用。

未来，它将成为煤矿安全生产培训的重要手段，不仅可以为矿工提供更加真实的安全培训环境，还可以为相关部门提供更加直观的安全生产教育展示。

煤矿安全事故VR体验实训也将借助虚拟现实技术的优势不断完善和提升，使得学员可以在更加真实、更加安全的虚拟环境中进行培训，从而更好地提高安全生产意识和技能水平。

煤矿安全事故VR体验实训是一种非常有意义的安全生产培训方式，它通过虚拟现实技术为学员提供了更加真实的安全培训环境，能够有效地提高他们的应急反应能力和安全意识，也能够为相关部门提供更加直观的安全生产教育展示。

矿山救援虚拟仿真系统方案目录1.概况 (1)1.1 简介 (1)1.2系统整体架构图 (2)1.3操作图 (2)2.灾害模拟 (3)2.1 冒顶事故防治 (4)2.1.1冒顶灾害事故特点 (4)2.1.2冒顶预兆 (5)2.2其它灾害图例 (15)2.2.1火灾事故防治 (15)2.2.2瓦斯防治 (16)2.2.3水灾防治 (17)2.2.4煤尘防治 (18)3.救援装备培训模块 (18)3.1装备展示及基本知识（基础教学） (19)3.2装备结构组成及原理（设备结构） (20)3.3故障排除 (21)4.救灾演练和评估模块 (21)4.1救灾演练 (22)4.1.1灾害场景编辑与选择 (25)4.1.2角色选择 (28)4.1.3事故推演 (28)4.1.4辅助功能 (34)4.2自救逃生 (37)4.3演练评估 (37)1.概况1.1 简介随着近几年虚拟现实技术的迅猛发展，各行各业都都通过VR技术进行仿真培训。

由于矿山救援的危险性、事故不可再现等特性，更使得矿山救援培训适合用VR技术来实现。

矿山救援仿真培训系统结合矿山事故的发生、发展以及救援处置等过程，利用计算机虚拟仿真技术和3D立体显示技术,学员通过佩戴虚拟现实头盔，将自己完全沉浸在煤矿仿真环境中，利用VR技术身临其境的体验灾害效果。

针对煤矿事故的特点，系统可包括从灾害征兆出现，到事故发生，再到最后的自救逃生与救护救援（包括救援工具的使用培训）等一系列虚拟培训和演练。

矿山救援虚拟仿真培训系统包含三大模块：灾害模拟模块、救援装备培训模块、救灾演练模和评估模块。

各个模拟演练模块都既包含讲解演示功能与交互培训功能。

学员可通过佩戴VR头盔，利用外接手柄设备实现与计算机中软件的交互操作，在感受真实场景的同时，进行问答式交互学习与虚拟实战演练。

1.2系统整体架构图1.3现场操作图2.灾害模拟煤矿自然灾害一直是煤矿生产中最严肃的问题，不仅影响到煤矿工人的生命安全，也给社会和家庭造成巨大的损失，所以对于矿工的灾害预防和应急措施的培训也是重中之重。

模拟演练与3D 培训系统方案煤科集团沈阳研究院有限公司2014/2/28一、模拟演练技术资料DMX-135A 仿真模拟与演练评价系统说明1. 系统型号2．系统简介 “3D-VR 煤矿事故仿真和安全培训演练系统”是我院与澳大利亚新南威尔士大学合作开发的一套应用于煤矿安全培训的大型沉浸式仿真演练系统。

我院通过借助UNSW(新南威尔士大学)的世界领先技术及软硬件平台，开发出符合我国国情的煤矿安全培训模块。

本系统可由危险识别、灾害模拟、自救逃生、救护救援等多个安全培训模块组成，本系统模块是按照国家煤矿安全规程和新编煤矿安全技术培训教材编制而成。

采用虚拟现实（VR ） 技术、360度环屏投影播放技术、12.1环绕立体声技术、3D 电影技术、计算机网络协同处理技术为煤矿工人安全和技能培训提供一流的“ 沉浸式”培训环境，将安全培训装备和质量提升到一个崭新的水平。

DMX-135 A通道长度多功能模拟训练系统通过使用本系统，创建一个逼真的虚拟现实世界，使学员在体验各种真实场景同时，学习各模块相关操作知识，认识灾害的发生、发展过程及危害，并通过问答式的交互学习，快速掌握每个模块的操作步骤及要点。

从而提高矿工的整体技术水平、思想素质、及各种突发状况的应对能力，从而使煤矿整体操作能力及防范意识得到提高，真正进入规范化管理阶段，降低各种事故发生的概率。

DMX-135A多功能模拟训练系统通道总长135米，分三层，旨在通过仿真救灾现场的严峻条件，人为设置测试科目，使训练人员背负呼吸器，在黑暗、噪音、浓烟、高温的模拟条件下，按照预先设定的工作程序，完成正确穿越各种障碍，并按规定动作完成抢险、伤员营救等工作。

它可以测量出训练人员最大身体承受能力和心理承受能力，评定受训人员能否正确使用呼吸器及抢险救援任务等的完成情况。

使用该训练系统对救护队员进行经常性的训练，可以增加各种救援装备的使用经验，提高在各种复杂环境下的抢险救援能力，增强救护队员的身体素质及心理素质，从而使受训人员在抢险救援的实战过程中提高其在突发事故时的作战能力、应变能力和心理承受能力，最终达到保护自身安全，顺利完成抢险救援任务的目的。

煤矿开采技术专业虚拟仿真实验教学体系建设与实践【摘要】本文针对煤矿开采技术专业虚拟仿真实验教学体系展开讨论，首先介绍了虚拟仿真技术在煤矿开采技术教学中的应用，接着分析了建设虚拟仿真实验平台的必要性。

然后具体探讨了虚拟仿真实验教学的实践方法以及对学生培养的作用，同时评估了该教学体系的优势与挑战。

在展望了煤矿开采技术专业虚拟仿真实验教学体系的未来发展方向，并总结了虚拟仿真实验教学的重要性。

展望了虚拟仿真在煤矿开采技术教学中的应用前景，为煤矿开采技术教学的进步提供了有益的思路和建议。

通过本文的探讨，可以更全面地了解并认识煤矿开采技术专业虚拟仿真实验教学体系的重要性和发展趋势。

【关键词】关键词：煤矿开采技术、虚拟仿真、实验教学、教学体系建设、学生培养、优势、挑战、未来发展方向、重要性、应用前景。

1. 引言1.1 煤矿开采技术专业虚拟仿真实验教学体系建设与实践煤矿开采技术专业虚拟仿真实验教学体系建设与实践旨在通过虚拟仿真技术的应用，提高煤矿开采技术专业实验教学的质量和效率，促进学生的创新能力和实践能力培养。

随着信息技术的不断发展，虚拟仿真技术在教育领域得到了广泛应用，为传统实验教学带来了全新的可能性和方式。

煤矿开采技术专业在实践操作中面临很多安全隐患和技术挑战，传统的实验教学往往受限于设备条件和人力资源，无法满足高质量的教学需求。

而虚拟仿真实验教学则可以通过模拟真实场景、重现操作过程，为学生提供更加安全、便捷、高效的实践学习环境。

煤矿开采技术专业虚拟仿真实验教学体系的建设和实践，将为学生提供更加丰富的实践机会，提升他们的操作技能和决策能力，培养他们的团队合作意识和创新精神。

整合虚拟仿真技术进入教学体系，也将为教师提供更多的教学工具和资源，提高教学效果和教学质量。

煤矿开采技术专业虚拟仿真实验教学体系建设与实践是当前教育领域的一个重要发展方向，将为煤矿开采技术专业的人才培养提供新的思路和路径。

2. 正文2.1 虚拟仿真技术在煤矿开采技术教学中的应用煤矿开采技术是煤炭资源利用的关键环节，而虚拟仿真技术在煤矿开采技术教学中的应用，可以大大提升教学效果和学生的实际操作能力。

虚拟仿真实训系统解决实施方案虚拟仿真实训系统是一种基于计算机技术和虚拟现实技术的教育培训解决方案。

它通过模拟真实场景和情境，让学员在虚拟环境中进行实际操作和实践，以达到教学目的。

虚拟仿真实训系统具有许多优点，如能够提供安全、高效的实训环境、节省成本和资源、提高学员的学习兴趣和参与度等。

实施虚拟仿真实训系统需要考虑以下几个方面：1.需求分析：首先，需要明确实训系统的具体需求，包括教学目标、实训内容、操作流程等。

通过与教师和培训专家沟通和讨论，确立一个明确的需求列表。

2.技术选型：根据实训系统的需求，选择适用的技术和平台。

考虑到实训系统需要提供逼真的虚拟环境和实时交互功能，可以选择先进的虚拟现实和计算机图形学技术。

同时，需要考虑系统的稳定性、可扩展性和兼容性。

3.软件开发：根据需求分析，进行软件开发。

这个过程包括系统设计、功能开发、测试和优化等。

开发团队需要根据实际情况，合理安排工作进度，确保软件按时交付。

4.硬件设备：实施虚拟仿真实训系统需要一些硬件设备，如计算机、显示屏、虚拟现实设备等。

根据实际情况，选购合适的硬件设备，并进行配置和安装。

5.教师培训：教师是实施虚拟仿真实训系统的重要环节。

他们需要熟悉系统的操作和功能，了解如何利用系统进行教学和实训。

因此，需要为教师提供相应的培训，帮助他们掌握系统的使用。

6.学员培训：为了使学员能够充分利用虚拟仿真实训系统，需要为他们提供相应的培训。

培训内容可以包括系统的操作指南、注意事项、实训流程等。

通过学员培训，帮助他们更好地利用实训系统进行学习和实践。

7.实施与运维：在实施虚拟仿真实训系统之后，需要进行系统的调试和验证。

如果发现问题，需要及时解决。

同时，还需要定期对系统进行维护和更新，确保系统的正常运行和用户体验。

总之，虚拟仿真实训系统的实施需要考虑多个方面，包括需求分析、技术选型、软件开发、硬件设备、教师培训、学员培训、实施与运维等。

通过严密的规划和有效的执行，可以确保实施过程的顺利进行，并实现预期的教学目标。

虚拟仿真实训系统解决方案设计一、概述二、需求分析1.实训需求分析针对不同的行业和领域，明确实训的目标和内容，例如：汽车维修、医疗诊断、建筑设计等。

2.技术需求分析确定所需的技术组件和设备，例如：计算机、VR头显、手柄等。

3.系统需求分析确定系统的功能需求和性能需求，例如：支持多用户同时训练、实时渲染等。

三、系统设计1.虚拟环境设计根据需求分析，设计虚拟环境的场景和元素，包括地形、建筑、设备等。

2.物理引擎设计集成物理引擎，使得虚拟环境中的对象可以按照真实的物理规律进行运动和交互。

3.用户交互设计通过手柄或其他设备，设计用户与虚拟环境的交互方式，例如：捡取物体、操作设备等。

4.数据采集与模拟根据实际情况，采集相关数据并进行模拟，为用户提供真实的体验和训练。

5.多用户协同设计支持多用户同时训练，通过网络实现用户之间的协同操作和交互。

6.实时渲染设计采用实时渲染技术，使得虚拟环境的渲染和显示具有较高的帧率和流畅度。

四、系统开发1.虚拟环境开发使用虚拟现实开发工具，如Unity3D或Unreal Engine等，创建虚拟环境的场景和模型。

2.物理引擎集成将物理引擎如PhysX或Havok等集成到虚拟环境中，实现物体的物理运动和碰撞检测。

3.用户交互开发开发用户与虚拟环境的交互逻辑，包括手柄或其他设备的输入处理和交互效果的实现。

4.数据采集与模拟开发根据需求，开发数据采集和模拟的算法和逻辑，确保虚拟环境的真实性和准确性。

5.多用户协同开发使用网络编程技术，实现多用户之间的通信和协同操作，确保用户之间的同步和互动。

6.实时渲染开发采用实时渲染技术，如OpenGL或DirectX等，开发系统的渲染逻辑，以获得较高的帧率和流畅度。

五、系统测试与优化1.单元测试对系统的每个模块进行测试，确保其功能和性能的正确性。

2.集成测试对整个系统进行测试，确保各模块之间的协同和兼容性。

3.性能优化根据测试结果，对系统的性能进行优化，以提高帧率和响应速度。

基于虚拟现实技术开发的矿山救援虚拟仿真演练系统
侯建明;杨俊燕
【期刊名称】《矿业安全与环保》
【年(卷),期】2018(045)005
【摘要】为提高矿山救援队伍的救灾实战能力,提升日常训练效果,基于Unity3 D 虚拟现实开发平台,结合救援演练内容,设计出矿山救援虚拟仿真演练系统实现框架.采用高质量建模技术建立救援模型和场景,在数据库数据管理的基础上,利用基于时间尺度的知识推理方法,实现火灾、水灾、煤与瓦斯突出、煤尘爆炸和顶板灾害等5种灾害动态场景的模拟和控制,采用IK骨骼控制、有机状态机技术实现系统交互控制.最终形成了基于虚拟现实技术的矿山救援虚拟仿真演练系统,可为仿真演练技术在灾害救援领域的应用提供参考.
【总页数】5页(P47-50,54)
【作者】侯建明;杨俊燕
【作者单位】四川省安全生产应急救援指挥中心,四川成都610000;中煤科工集团重庆研究院有限公司,重庆400039
【正文语种】中文
【中图分类】TD77;X925;TP391.98
【相关文献】
1.基于3D虚拟仿真技术的矿山救援医疗急救培训系统设计与实现 [J], 刘雄;李海洋;蒋旭刚
2.基于虚拟仿真技术开发的安全培训演练系统 [J], 刘晓丹;张东旭;赵英君;史锐
3.基于虚拟现实技术的水下生产系统虚拟仿真系统研究 [J], 马强;安维峥;柳依何;贾纪川;顾继俊
4.基于MVC模式的大型港口油料消防演练虚拟仿真系统 [J], 易祥烈;鲁梦昆;孙兆龙
5.基于认知弹性理论的矿山救援虚拟现实培训系统设计 [J], 刘鹏;曾栋
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