煤矿采空区顶板卸压瓦斯高效抽采虚拟仿真实验

实验网址：http://www.ilab-x.com/details/2020?id=5996&isView=true

一、实验建设背景

《矿井瓦斯防治》、《煤与瓦斯共采》是安全工程专业的核心课程，《智能精准开采概论》是我校工科专业指定选修课，采空区顶板卸压瓦斯高效抽采虚拟仿真实验是3门课程的必修实验，是开展工作面回采过程中顶板卸压上覆岩层裂隙的发育和形成、瓦斯运移和富集规律、瓦斯抽采工艺的大型综合训练。

二、仿真实验内容

本实验项目以煤层采动上覆裂隙形成和分布规律、瓦斯运移和富集规律的教学为核心，以培养具有专业胜任能力和社会适应能力的创新应用型人才为目标，坚持“理论教学与试验教学互通并重，教学与科研融合并举” 虚实结合的实验教学理念，以煤矿采空区顶板卸压瓦斯抽采相关的工程实践案例为切入点，选取安徽省淮南矿区典型的煤矿井下场景，采用虚拟建模、动画等方式，构建虚拟的煤层开采场景，再现煤层采动后上覆裂隙发育与形成、瓦斯运移与富集、瓦斯抽采工艺的过程，解决教学中无法真实再现采空区顶板卸压瓦斯运移与抽采过程的难题，填补了原有实验教学体系的空白，更好的支撑了课堂教学。

三、实验必要性

本实验项目属于大型综合训练，实验对象存在高危或极端环境，具有高成本、高消耗的特点，且实验过程为不可逆操作。

①高危或极端环境。开展上覆岩层裂隙瓦斯运移和富集规律的实验，需要实地或采用三维物理模型实验，实验过程中需要充入易燃易爆的瓦斯气体，存在着泄漏、爆炸等安全隐患，具有高危险性。

②高成本、高消耗。搭建大型三维、含气体的相似物理模型，开展采动裂隙形成过程和瓦斯富集的实验，需要消耗石子、沙子、水泥等大量材料，成本较高，耗时长，难以达到较好的实验教学效果。

③不可逆操作。开展煤矿采空区顶板卸压瓦斯高效抽采实验，由于煤层赋存条件较为复杂，不同区域的煤层赋存环境差异性大，导致煤矿采空区顶板卸压瓦斯高效抽采实验具有不可逆、不可重复的特点，实验效果差。通过虚拟仿真实验，增强了物理模拟实验的效果，提高了模拟实验的效率。

④大型综合训练。按照课程实验目的，1:1比例的实际工程背景仿真模拟实验，开展煤层采动上覆裂隙发育与形成、瓦斯运移和富集规律、瓦斯抽采工艺与设计等大型综合训练，实现了虚实结合。

本实验项目坚持能实不虚的原则，以淮南矿区谢桥煤矿实际工程背景为原型，构建三维煤层开采虚拟仿真场景，开展顶板卸压上覆岩层裂隙的发育和形成、瓦斯运移与富集规律、瓦斯抽采工艺与设计实验，再现了煤层开采过程顶板卸压过程、顶板裂隙发育与形成过程、瓦斯运移与富集的过程，实现了瓦斯抽采工艺与设计，提高了实验教学环节的效率，丰富了教学手段，拓展了学生动手能力培养方式。

四、实验系统的先进性

（1）构建了三维虚拟仿真工程实践场景，具有先进性

该实验项目利用Unity3D和3DStudio Max仿真软件构建了三维虚拟仿真工程实践场景，再现了煤层开采后顶板卸压上覆岩层裂隙的发育与形成、瓦斯运移与富集过程、瓦斯抽采工艺与设计过程，弥补了物理模型实验的短板。

（2）根据不同实验要求可增补实验模块，具有较好的拓展性

根据不同专业、不同课程对实验的要求，可以增补实验模块，例如瓦斯吸附解吸模块、工作面流场模块等。根据用户要求，可以继续开发基于网络的多人远程协作仿真实验平台，增加VR场景，同时也可以开发多平台仿真实验项目，实现手机、平板等多平台应用。