近日，国家能源集团神东煤炭寸草塔煤矿引进的全国首款5G工业防爆智能AR头盔成功应用。该AR智能头盔使用“5G+AR”技术，让员工在井下或地面可利用AR穿戴设备，实现虚拟与现实安全生产场景的交互，为矿井高智能快速发展提供强大的科技支撑。

伴随着井下5G网络的全覆盖，以5G为代表的移动通信技术有力地推动了矿井智能设备及技术的蓬勃发展，寸草塔煤矿积极探索应用新技术、新工艺，共同和厂家技术人员将设备参数、作业流程、远程监控、经验库、设备历史维保记录等数据搭建成为数据驾驶舱，集成在5G工业防爆智能AR头盔中，高清微型显示屏位于视线下方，显示效果相当于7英寸平板，可作为仪表板使用，通过AR技术实现生产现场的设备维保调试、远程辅助以及远程售后服务，不需使用时，可将它调整至不干扰视线的位置。

该矿综采队现阶段使用的首套“跟机移架+记忆割煤+集中控制”等设备及工艺，在矿井中属于首次应用，队内巡检人员遇到难以作出决策的巡检项目或者遭遇紧急故障需要处理，而以其自身的知识经验和现有的数据信息无法解决现场问题时，就可以通过智能AR头盔摄像头以其第一视角将现场复杂的情景直接传送到厂家处，厂家技术人员可随时随地进行远程援助。由于获得是巡检人员第一视角，技术人员就如亲临现场进行观察，直观地将数字信息远程直接叠加在巡检人员的视野中的操作对象上，现场巡检人员犹如获得现场专家的指导一样处理棘手问题，极大地减少了沟通和交流成本，缩短了故障处理时间。

此外，作业人员利用AR智能头盔还可实现井下作业人员实时信息采集，包括视频、音频、图像等，积累大量的数据，实现安全生产过程中各种知识的沉淀，把先进经验数字化，为智能化矿井的数字运维提供必要可靠的操作支持和经验传承。

接下来，寸草塔煤矿将继续拓展开发“5G+AR”多个应用场景，将智能头盔与作业现场数字化管理平台相结合，突破煤矿企业在智能化装备运维及高级技术人才培养滞后方面的瓶颈，大力构建与智能化发展相适应的人才体系，开启“二次创业”新征程。

虚拟现实(Virtual Reality,简称VR) ：是一项综合集成技术，利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界。提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身临其境一般,可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。

虚拟现实集成了计算机图形(CG)技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行处理等技术的最新发展成果，是一种由计算机技术辅助生成的高技术模拟系统。

目前，虚拟现实技术广泛应用于游戏、电影、房地产等多个领域。同时，虚拟现实技术在矿业领域有着广阔的应用前景。

一、矿山开采模拟

1、矿山规划、设计与辅助决策

通过桌面VR软件能够生成一系列的虚拟作业场景，如模拟露天矿挖掘机装载、车辆运行及卸载过程，工程技术人员可以“亲临现场”操纵挖掘机，调整车辆运行速度、装载机装载速度及卸载速度循环次数等参数，以确定最优作业工序等。

2、矿山开采过程模拟

由天河道云（北京）科技有限公司研发的VRgo虚拟辅助教学系统，可真实呈现虚拟的矿山作业场景，通过硬件设施与软件的连接，使使用者能够“亲临”矿山现场，学习开采过程。

由英国诺丁汉大学的人工智能及其矿业应用研究室（简称AIMS）开发研制的房柱式开采模拟VR-MINE系统，可以对连续采煤机、顶板锚杆机、蓄电池机车和给料破碎机构成的生产系统进行动态三维实时模拟。

该系统不仅提供了灵活的用户界面，既可以设定设备型号及数量、作业参数,又可以选择煤柱尺寸、回采巷道数量和几何参数，而且可以通过全屏幕或多窗口视图的形式，动态显示房柱式生产系统的平面图或三维立体图。

该系统的主要特点在于它的真实性和人与系统的交互性。系统创造的这一三维环境与现实中的房柱式开采情况极为接近，无论是采矿作业过程,还是工艺设备的运行都如同是现场拍摄的录像。

更有意义的是，操作人员可以与这一系统进行交互作用，他可以在任意时刻穿越任何空间，进入系统模拟出的任何区域，通过计算机屏幕显示出所视空间的采矿作业情况，如：设备当前位置和运行状况,设备运行的时间、产量、设备间的距离等动态信息。

这种模拟超过以往以任何方法建立的模型所达到的效果。应用VR-MINE系统可以通过对不同型号设备、不同开采参数下的生产系统进行动态模拟,从而达到优化生产系统的目的。

显然，这类系统还可用于矿山开采计算机辅助设计、生产监控、管理和技术培训等方面。

二、地下矿技术培训

1、 地下矿作业模拟与设备操作训练

在矿业领域可以借助VR系统虚拟井下各种复杂的作业环境，VR创造出的矿山生产环境具有逼真、交互的特点，可以模拟采矿作业过程和空间环境，适于井下作业模拟与虚拟培训。

系统提供了灵活的用户界面，可以设定设备型号及数量、作业参数，也可选择煤柱尺寸、回采巷道的数量和几何参数等，而且可动态显示房柱式生产系统的平面图或三维立体图。还可以通过对不同型号设备、不同开采参数下的生产系统进行动态模拟，从而达到优化生产系统的目的。

这可以供采矿工程专业的学生实习训练，这样既可以降低实习费用，又可缩短教学时间，让更多的人接受高等教育，同时还可对井下工人进行上岗前的操作及安全教育培训。

如虚拟井下的各种工况及险情，使被训练者 身临其境地去体验，并学会采取有效的应急措施去处理各种险情，以提高人员素质，消除事故隐患。

2、矿山安全培训

采矿生产作业的安全隐患比任何地方都多。工人安全成为此类工作场所关注的主要问题。由于采矿工人数量多、培训手段落后，导致企业不可能对所有员工进行有效的安全培训。传统培训手段只局限于一些课堂讲解、练习和视频， 培训效果不佳，无法真正让人体验遇到安全问题如何进行处理。虚拟现实安全培训是体验式学习的救星。

数据表明，VR训练比理论训练快6倍。VR安全培训软件可以对员工的表现进行跟踪和记录。根据这些数据，培训可以加速进行，或者提升更高的水平。通过组织范围内的统计数据，虚拟现实安全培训模拟可以创建现实的预测，并覆盖有时过于昂贵或危险而无法现场进行的情况。

位于安大略省萨德伯里的北方先进技术中心NORCAT. ，已经开发了虚拟现实安全培训项目。通过工作地点拍照和视频的导入，创建一个类似于工作地点的虚拟世界，包括角色和设备。工作人员将虚拟现实面罩打开，他们就会被带到工作地点的一个复制版本。

三、采矿设备的虚拟设计和制造

VR技术用于大型设施、设备的设计和制造已有许多成功的实例。

把虚拟现实技术用于对新型采矿设备的设计方案进行可视化的性能评估，则更显示出虚拟现实技术的优势。

由于井下场地狭窄，环境恶劣，因此对井下设备的设计、运行、维修都提出了很高的要求。采矿设备的虚拟设计和制造，其意义不仅仅是节约资源和时间，而是完成在地面或在常规条件下无法进行的工作。

例如采煤机虚拟设计中，设计人员不必等到样机制造出来，再去修改其中不太理想、不太合理的部分，因为VR系统可以容纳他们“进入”电脑中的三维空间图像，借助多种交互手段直接对采矿设备的设计进行观察、讨论和修改，从而大大缩短设备的研制周期，节省研制费用。

四、应用VR技术进行矿井事故调查和研究

应用计算机绘图和虚拟现实技术可以快速、有效地以一系列三维图像在计算机屏幕上再现各 种事故发生的过程,事故调查者可以从各种角度去观测、分析事故发生的过程,找出事故原因 , 包括系统设计和现场人员的动作行为。同时通过交互式地改变这一VR模型中环境的参数 或状态,从而防止其它与此相关的潜在事故的出现。

安全监察与危险识别

通过基于VR的安全监察与危险识别训练系统，训练者在VR生成的虚拟作业现场导航，对各种动态目标和静态对象进行观察，以识别潜在的危险、风险和行为;一经发现危险源，使用者必须回答一系列相关问题，选择出正确的危险处理方法，实现训练目标。诺丁汉大学开发的SAEF-VR系统是虚拟现实在安全监察与危险识别中的典型应用之一。

井下环境风险评估

风险评估目前已成为现代矿山生产管理的重要工作，其主要内容是评价人员对生产过程安全状况的辨识。然而，识别井下复杂环境下的所有因素是困难的，常常会影响到风险分析的结果，甚至可能导致人为的失误，造成灾难性后果。虚拟现实技术的发展为风险评价提供了有效的手段。在计算机生成的虚拟环境中，可以交互式地对作业空间进行多角度观测，实现对生产过程更加科学的评估。

矿井火灾、瓦斯等事故仿真

通过模拟真实的矿井作业环境，并结合通风网络分析和CFD模拟的结果，可以逼真地展示出火灾或爆炸发生的动态过程除了模拟烟火弥漫状况外，还可通过人机交互作用显示出人为因素，如反风、灭火措施等对整个通风网络的影响。在矿井的某些位置，可以对火灾或爆炸进行模拟，并随之产生有关环境参数的各种变化。

矿井火灾和瓦斯爆炸是井下工作人员所面临的主要灾害。计算机技术的高速发展使得在灾变 条件下复杂通风网络的快速解算成为可能,从而指导井下火灾发生时正确地控制风流,确保井 下工作人员安全撤出,防止火灾和有害气体、烟尘等的蔓延。近几年来,计算流体动力学 （简称CFD）已广泛用于工业火灾、爆炸和煤矿火灾, CFD通过解算与火灾和爆炸物相关 的数学模型,可以较准确地预测火区附近的温度、火风压及其燃烧产物的实时分布状况。

AIMS的研究人员目前正致力于矿井火灾VR系统的开发。该系统通过模拟某个 真实的矿井作业环境,并结合网络分析和CFD模拟的结果,可以逼真地展示出火灾或爆炸发 生的动态过程。除了模拟火烟弥漫状况外,该系统还可通过人机交互作用显示出人为因素， 如 反风、灭火措施等对这整个通风网络的影响。此类系统的开发,无疑可以广泛地用于矿井火 灾的防治、救灾和人员培训等方面。

演练矿井抢救

采矿作业危险性较大。不仅工作环境危险，有毒气体时时危害着工作人员的健康,井下各类用电设备也会构成安全隐患。矿山安全培训的需求目前非常大，而各家公司也积极地寻求方法提高煤矿作业效率和技术，希望鱼与熊掌兼得。

智能矿山建设是两化融合、“互联网+”战略在矿业行业的具体体现，给全球矿山行业带来一场前所未有的革命。惟有积极推进矿山的智能化建设，才能将绿色、安全、和谐、智能、高效的新矿业理念落到实处，促进矿业高质量发展。

文章来源： 绿色能源世界，新华网财经