专利名称：矿井突出灾害仿真模拟培训演练系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及矿井安全技术领域，具体涉及一种针对矿井工人及救护队员的瓦 斯灾害模拟培训演练系统。
背景技术：
矿井工作环境复杂，灾害多发，瓦斯是煤矿井下各种有毒有害气体的总称，其中以 甲烷为主，占80%以上。甲烷的密度为0. 716kg/m3,为空气密度的0. 554倍，是无色、无味、 可以燃烧和爆炸的气体。它对人呼吸的影响与氮气相似，可以使人窒息；同时又不同于氮 气，它具有可燃性及爆炸性。瓦斯对人的危害主要体现在四个方面爆炸、突出、窒息和燃
；Bs
JyCi。
在井下采掘过程中，常常一瞬间(几分钟甚至几秒钟)从煤体中大量的煤与岩石 被抛出，并喷出大量的瓦斯，这种现象叫煤与瓦斯突出，简称突出。发生煤与瓦斯突出事故， 不仅采掘工作面和通风系统会遭到破坏，同时大量的煤与瓦斯以极快的速度喷出，还可能 会充塞巷道，造成人员窒息和瓦斯爆炸、燃烧及煤(岩)埋人事故。煤与瓦斯突出前，一般都有预兆，没有预兆的突出是极少数。突出预兆可分为有声 预兆和无声预兆。有声预兆。煤层在变化过程中发生劈裂声、闷雷声、机枪声、响煤炮以及气体穿过 含水裂缝时的吱吱声等。声音由远到近，由小到大。有短暂的，有连续的，间隔时间长短也 不一致。煤壁发生震动和冲击，顶板来压，支架发生折裂声。无声预兆。工作面顶板压力增大，煤壁被挤出，片帮掉渣，顶板下沉或底板鼓起；煤 层层理紊乱、煤暗淡无光泽、煤质变软；瓦斯忽大忽小，煤壁发凉，打钻时有顶钻、卡钻、喷瓦 斯等现象。突出灾害容易造成群死群伤的重大事故为了降低矿井事故对人的灾害，中国相 关安全法规中规定了矿山需对职工进行安全教育、培训，未经安全教育、培训的，不得上岗 作业。但是目前的安全教育中通常是以传统的课堂授课或文字材料的方式，不能构建相应 的虚拟现实仿真环境，显得不够直观，不能给被培训者以深刻的印象。公开号为CN1821548A的中国实用新型专利申请公开说明书中公开了一种矿井下 自然灾害模拟系统，其设置在废弃巷道或巷道模型内，用以模拟矿井下的自然灾害，但其不 是虚拟现实仿真环境，而是在真实的巷道内布置模拟系统，布置难度较大，受环境影响较 大，而且其只是模拟自然灾害，摄像后将图像信号传出供人观看，不能让人身临其境，不能 做到人机交互和互动，也不能对演练结果进行评价。
实用新型内容有鉴于此，为了解决上述问题，本实用新型提出一种矿井突出灾害仿真模拟培训 演练系统，能模拟煤与瓦斯突出灾害情形，让人身临其境，并能实现人机交互和互动，还可 对演练结果进行评价。本实用新型的目的是这样实现的矿井突出灾害仿真模拟培训演练系统，包括主控计算机、3D环幕放映子系统、人机交互子系统、同步互动子系统、人体行为检测子系统和 人体生理监测子系统，所述3D环幕放映子系统、人机交互子系统、同步互动子系统、人体行 为检测子系统和人体生理监测子系统分别与主控计算机电联接，所述同步互动子系统包括 扬声装置、震动装置和冲击波发生装置。进一步，所述3D环幕放映子系统为偏振3D环幕放映子系统；进一步，所述偏振3D环幕放映子系统由120°环形银幕和4台投影设备组成，每2 台投影设备为一组，两组投影设备分别与120°环形银幕的左、右侧相对设置；进一步，所述人机交互子系统由电子题板和无线耳麦组成；进一步，所述震动装置包括仿真模拟培训演练台、至少4只气缸，所述气缸支撑于 所述仿真模拟培训演练台下，所述气缸的活塞外套有减震弹簧；进一步，所述人体行为检测子系统包括摄像装置和分布设置的至少一个光电传感
装置；进一步，所述人体生理监测子系统包括血压传感器、脉搏传感器和呼吸频率传感 器；
进一步，所述人体生理监测子系统包括无线收发装置，所述无线收发装置与主控 计算机电联接。本实用新型的优点在于采用计算机3D模拟仿真，虚拟现实等新技术，可对煤矿 井工、救护队员的安全意识、对突出灾害事故的征兆预判、灾害发生时的心理和处置技能进 行培训，并给出相应评价。针对煤矿井下突出灾害预兆，发生过程及灾后环境场景的3D模 拟，同步产生与突出场景同步的声、光、震动、冲击波等灾害动态环境，监测被训人员的互动 行为，从而到达对被训人员的处置行为评判，以及监测人体生理参数，以对被训者心理和生 理状况进行评价。本实用新型的其它优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐 述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或 者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其它优点可以通过下面的说 明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
图1示出了矿井突出灾害仿真模拟培训演练系统的结构示意图；图2示出了矿井突出灾害仿真模拟培训演练系统中震动装置的结构示意图；图3示出了矿井突出灾害仿真模拟培训演练系统中冲击波发生装置的结构示意 图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本实用新型的具体实施方式
进行说明。参见图1，矿井突出灾害仿真模拟培训演练系统，包括主控计算机、3D环幕放映子 系统、人机交互子系统、同步互动子系统、人体行为检测子系统和人体生理监测子系统，所 述3D环幕放映子系统、人机交互子系统、同步互动子系统、人体行为检测子系统和人体生 理监测子系统分别与主控计算机电联接。[0024]所述3D环幕放映子系统选用偏振3D环幕放映子系统，由120°环形银幕和4台投 影设备组成，每2台投影设备为一组，两组投影设备分别与120°环形银幕的左、右侧相对设置。所述人机交互子系统由电子题板和无线耳麦组成，可进行人机互动，将灾害现场 参数和情况通过电子题板和/或无线耳麦传输给被训者，被训者亦可通过电子题板和无线 耳麦回答相关问题，以确定其对灾害预兆的判断能力；所述同步互动子系统包括扬声装置、震动装置、冲击波发生装置、高温发生装置、 浓烟发生装置，用以同步产生与模拟突出场景同步的声、震动、冲击波等灾害动态环境，以 增强体验；参见图2，所述震动装置包括仿真模拟培训演练台4，以及至少4只气缸5，所述 气缸5的活塞导杆1支撑于所述仿真模拟培训演练台4下，所述活塞导杆1外套有减震弹 簧3，气缸5可支撑于地面，或和底板2上；所述扬声装置包括功率放大和扬声器。当屏幕 出现有声音的场景时，由控制系统控制，同步播放相应的声音效果；参见图3，所述冲击波 发生装置由导向管筒6和冲击波发生源组成，所述冲击波发生源设置在导向管筒6内，冲击 波发生源由高压空气罐8和罐盖开启机构7组成，也可以由一定容量罐装的爆炸性气体组 成，当屏幕出现爆炸场景时，由控制系统控制高压气罐盖的瞬间开启或点爆爆炸性气体，产 生冲击波，导向管筒将冲击波引向被训者。
所述人体行为检测子系统包括摄像装置和光电传感装置，所述光电传感装置为对 射式红外传感器，分布式安装在培训演练现场，当人体移动时，人体会挡住光线，从而检测 出人体的移动，通过图像识别分析摄像装置获得的图像中的人体移动数据，并综合光电传 感装置获得的人体移动数据，作出评判。所述人体生理监测子系统包括血压传感器、脉搏传感器、呼吸频率传感器和无线 收发装置，血压传感器、脉搏传感器和呼吸频率传感器获得的数据通过无线收发装置发射 到主控计算机，主控计算机可通过这些数据对被训者的生理和心理状况进行评估。以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，显然，本领域 的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这 样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之 内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求1.矿井突出灾害仿真模拟培训演练系统，其特征在于包括主控计算机、3D环幕放映 子系统、人机交互子系统、同步互动子系统、人体行为检测子系统和人体生理监测子系统， 所述3D环幕放映子系统、人机交互子系统、同步互动子系统、人体行为检测子系统和人体 生理监测子系统分别与主控计算机电联接，所述同步互动子系统包括扬声装置、震动装置 和冲击波发生装置。
2.如权利要求1所述的矿井突出灾害仿真模拟培训演练系统，其特征在于所述3D环 幕放映子系统为偏振3D环幕放映子系统。
3.如权利要求2所述的矿井突出灾害仿真模拟培训演练系统，其特征在于所述偏振 3D环幕放映子系统由120°环形银幕和4台投影设备组成，每2台投影设备为一组，两组投 影设备分别与120°环形银幕的左、右侧相对设置。
4.如权利要求1所述的矿井突出灾害仿真模拟培训演练系统，其特征在于所述人机 交互子系统由电子题板和无线耳麦组成。
5.如权利要求1所述的矿井突出灾害仿真模拟培训演练系统，其特征在于所述震动 装置包括仿真模拟培训演练台、至少4只气缸，所述气缸支撑于所述仿真模拟培训演练台 下，所述气缸的活塞外套有减震弹簧。
6.如权利要求1所述的矿井突出灾害仿真模拟培训演练系统，其特征在于所述人体 行为检测子系统包括摄像装置和分布设置的至少一个光电传感装置。
7.如权利要求1所述的矿井突出灾害仿真模拟培训演练系统，其特征在于所述人体 生理监测子系统包括血压传感器、脉搏传感器和呼吸频率传感器。
8.如权利要求7所述的矿井突出灾害仿真模拟培训演练系统，其特征在于所述人体 生理监测子系统还包括无线收发装置，所述无线收发装置与主控计算机电联接。
专利摘要本实用新型涉及矿井安全技术领域，具体涉及一种针对矿井工人及救护队员的煤与瓦斯突出模拟培训演练系统，能让人身临其境，并能实现人机交互和互动，还可对演练结果进行评价；本实用新型的目的是这样实现的矿井突出灾害仿真模拟培训演练系统，包括主控计算机、3D环幕放映子系统、人机交互子系统、同步互动子系统、人体行为检测子系统和人体生理监测子系统，所述3D环幕放映子系统、人机交互子系统、同步互动子系统、人体行为检测子系统和人体生理监测子系统分别与主控计算机电联接。
文档编号G09B9/00GK201877014SQ201020543029
公开日2011年6月22日 申请日期2010年9月26日 优先权日2010年9月26日
发明者刘林, 唐述明, 张广勋, 张锐睿, 李孝揆, 杨俊燕, 王波, 胡千庭, 赵善扬, 陈迪 申请人:煤炭科学研究总院重庆研究院