中煤透明地质多场仿真 POC

多场仿真及模型更新 POC:A1 基线 → A2 观测更新 → OpenFDEM → 采动反哺半闭环示意 → 示范巷道 FV3D 水/瓦斯与多源融合。非正式矿井风险预测产品。

演示边界 场景:USGS PRB Roland/Baker 示范块(非中煤现场)· 材料/地应力:SCREENING 未标定 · 更新分流:A2=观测差值(掘进/新孔);采动反哺=力学→顶板修正示意(回采)· CRS:A 地质 EPSG:26713 ≠ FDEM/采动局部 ≠ 水/瓦斯巷道 · 勿混空间关联
Envelope属性场水/瓦斯 预报OpenFDEM 采动反哺 多源融合 垮塌推送

运行状态

最近一次 E2E / 垮塌摘要。刷新:python scripts/build_demo_board.py

PASS非 FDEM 主链
就绪FDEM 真算
841垮塌影响单元
damage掩膜 · damage_threshold

动态回放

顺序:A1 基线 → A2 观测更新 → OpenFDEM → 采动反哺示意 → 突水/瓦斯(示范巷道)→ 融合。改参需本机 serve_demo.py(GitHub Pages 只读)。「联播」含 FDEM/采动反哺/水气/融合,不含地质 VTK。详细说明见独立页 操作说明

A1 基线地质 · VTK 对照

操作说明

关键参数

来源ModelPackage/v1 VTK
三角面16396
顶点8250
图层帧3
夹矸/断层4/2
钻孔18
CRSEPSG:26713 local

播放切换帧标量(A2:厚度/AOI/残差/高程/v1→v2 Δz;A1:厚度/高程)

geology · a1_ordinary_kriging · 3 frames

当前帧读数

拖动进度条查看

末态排序

P1 夹矸#1parting
P2 夹矸#2parting
P3 夹矸#3parting
P4 夹矸#4parting
step = 0

看什么:直接渲染 A1 VTK 基线三角网(顶/底板/侧壁/夹矸/断层);与 A2 观测更新对照。

怎么算:coal_seam_*.vtk + coal_seam_solid 侧壁 + parting + Fault_*.vtk → 网页三角面。

图例:琥珀=夹矸;暗红=断层;灰绿侧壁=solid;面填色=当前帧标量。 单位:随帧:m / 权重 / Δm

本行操作要点

目的:看更新前煤层基线面。操作:拖进度条切换 thickness → roof_elev → floor_elev;拖动画布旋转。对照:记住顶板形态,再往下看 A2。 完整说明页 →

A2 观测更新 · 新孔/揭露差值

操作说明

关键参数

来源ModelPackage/v2 VTK
三角面16524
顶点8318
图层帧6
夹矸/断层6/2
钻孔22
CRSEPSG:26713 local

播放切换帧标量(A2:厚度/AOI/残差/高程/v1→v2 Δz;A1:厚度/高程)

geology · a2_kriging_rbf · 6 frames

当前帧读数

拖动进度条查看

末态排序

P1 夹矸#1parting
P2 夹矸#2parting
P3 夹矸#3parting
P4 夹矸#4parting
step = 0

看什么:A2「观测约束更新」:新钻孔/掘进揭露驱动的 AOI+RBF 数学差值修正;适用于揭露信息调整。回采采空区物理演化见「采动反哺」行,不在本行。

怎么算:coal_seam_*.vtk + 新孔约束 → 局部残差更新(观测差值,非力学反哺)。

图例:琥珀=夹矸;暗红=断层;灰绿侧壁=solid;面填色=当前帧标量。 单位:随帧:m / 权重 / Δm

本行操作要点

目的:看 A2「观测更新」改了哪里(新孔/揭露→数学差值)。操作:拖到 aoi_weight 与 v1_to_v2_roof_dz。采空区物理演化见下方「采动反哺」。 完整说明页 →

OpenFDEM · 历史回放(二维挤出)

操作说明

关键参数

开挖步数8
CZM 破裂465
场 VTU→板子165 → 12
板子能力历史结果回放
材料SCREENING_ONLY_NOT_SITE_CALIBRATED
工况场景periodic_weighting
σv / σh / σH11.20 / 13.20 / 18.48 MPa
方位角35.0°

历史结果回放 + 二维挤出三维展示;改参不重跑 OpenFDEM。周期来压/突出=示意筛查。

fdem · openfdem · periodic_weighting · 0 steps

周期来压

示意波 · 红点=峰值

floor_heave

末态排序

PW 周期峰值数2
PWmax 最大矿压42.06
OB 突出分型floor_heave
DMG 损伤 vmax1.0
step = 0

看什么:A3 长壁剖面真算结果回放:煤体分 8 步开挖后 CZM 破裂;深红短线为破缝,顶板高损伤点下沉为示意。网页三维是二维剖面沿走向挤出,不是完整三维垮塌仿真;也不是本任务重求解。

怎么算:真算链(历史):A3 FdemMeshPackage → Linux OpenFDEM → field VTU + cohesive VTP。演示板任务:每 job 独立目录写工况元数据,复用历史 VTU 做 section2d_extruded 展示;周期来压/突出为示意筛查指标。不调用 OpenFDEM。

图例:米黄→砖红=损伤;深红短线=CZM 破缝;大红点=顶板下沉示意;线框=分层。 单位:损伤指示(OpenFDEM damage)

本行操作要点

目的:看 8 步开挖后损伤与垮塌。操作:播放或从左拖到右;看深红破缝增多、顶板点下沉;左下角 CZM 破缝计数。改参=历史结果回放(复用 VTU),非重求解。 完整说明页 →

采动反哺示意 · 力学→顶板修正

操作说明

关键参数

更新类型采动反哺示意
输入fdem_volume 损伤场
主场roof_dz_m
末帧goaf_indicator
下沉尺度27.571
CRSFDEM mesh2d 局部
保真度screening

当前帧读数

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末态排序

DZ |roof_dz|max4.963
FR 帧数13
step = 0

看什么:回采后采空区顶板形态不能只靠数学差值:本行用 FDEM 损伤生成顶板下沉修正量,形成力学反哺地质的半闭环示意。与 A2 观测更新分流。

怎么算:fdem_volume.damage → roof_dz_m(损伤×下沉尺度×开挖进程);末帧 goaf_indicator。脚本:build_mining_feedback.py。未写回 ModelPackage。

图例:冷→暖:|下沉|或扰动指示增大;点云同 FDEM 挤出剖面。 单位:m(roof_dz)/ 0–1(goaf)

本行操作要点

目的:看力学损伤如何示意反哺顶板修正。操作:播放看 roof_dz_m(下沉),末帧 goaf_indicator。与 A2 观测更新分流;非正式充填/三维块体。 完整说明页 →

突水蔓延

操作说明

关键参数

求解器fv3d
CRSZM_POC_LOCAL_ENU_v1
源点N7(低洼积水点)
注入强度0.55
时间步长 Δt5.0 s
总时长400 s
重力偏置0.55
巷道交换0.55 / 走廊 0.28

cfd · fv3d · 400s

当前帧读数

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末态排序

N7 低洼积水点0.738
N3 运顺切眼端0.291
N4 切眼中0.255
N2 运顺中0.037
t = 0 s

看什么:低洼积水点(N7 低洼积水点)持续进水后,水流优先向更低巷道与连通联巷推进;颜色越深表示该处含水比例(α)越高。

怎么算:三维巷道体素上做守恒输运(默认求解器 FV3D):相邻体素交换 + 沿巷道走廊混合,并加入重力偏置(水更易流向标高更低的位置)。OpenFOAM 仅为可选未标定路径,不得称为已交付 OpenFOAM 求解。

图例:浅蓝→青绿:含水由弱到强;深色团块靠近源点与低洼区。勿与 A VTK 地质混 CRS。 单位:含水比例 α(0–1)

本行操作要点

目的:示范巷道突水蔓延。操作:播放看源点→低洼扩散;色深=含水高。CRS=ZM_POC_LOCAL_ENU_v1,与 A 地质分离。改参需本机 API。 完整说明页 →

瓦斯蔓延

操作说明

关键参数

求解器fv3d
CRSZM_POC_LOCAL_ENU_v1
源点N4(切眼中)
涌出强度0.22
通风指示风速2.5 m/s
扩散系数0.45
衰减0.0003
时间步长 Δt5.0 s

cfd · fv3d · 400s

当前帧读数

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末态排序

N4 切眼中1.073
N5 轨顺中0.274
N3 运顺切眼端0.143
N7 低洼积水点0.105
t = 0 s

看什么:工作面(N4 切眼中)释放瓦斯后,浓度沿通风方向与联巷扩散;颜色越暖表示浓度越高。可对照进风口/回风口理解风流携带效应。

怎么算:三维体素上求解对流–扩散(默认求解器 FV3D):进风→回风速度场带动输运,并叠加分子/紊流扩散与弱衰减。OpenFOAM 仅为可选未标定路径,不得称为已交付 OpenFOAM 求解。

图例:冷色→暖色:浓度由低到高;优先沿轨顺/运顺与联巷扩展。勿与 A VTK 地质混 CRS。 单位:浓度指示(演示量纲,%)

本行操作要点

目的:示范巷道瓦斯扩散。操作:播放看工作面涌出沿风流扩展;暖色=浓度高。CRS 同突水,勿与 A VTK 叠谈。改参需本机 API。 完整说明页 →

多源融合 · 应力/渗流属性场

操作说明

关键参数

活动图层stress
属性层数4
异常事件6/6 缓冲带内
应力脉冲1.18
渗流脉冲1.22
展望时长8.0 h

fusion · idw+pulse · stress

当前帧读数

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末态排序

S-003 顶板软弱夹层14.0
R-001 F1 正断层2.1
H-001 底板含水异常带0.85
AG 前方地质·critical2.4
step = 0

看什么:几何网格同时承载应力/矿压/水文(渗流)/瓦斯多参数属性;线框为示范断层·含水带·软弱面·瓦斯富集带;圆点为超阈异常测点。

怎么算:台账→Envelope→IDW 属性场(多源)→脉冲时序体场;超阈事件与构造折线缓冲带空间关联;超前条带趋势 + 缓冲带内异常 → ahead_geology 预报。

图例:应力暖赭 / 渗流青蓝;线框=地质构造;点=监测异常。 单位:随图层切换(MPa 或 %)

本行操作要点

目的:多参数属性场与构造关联。操作:切换应力/渗流等图层;ahead_geology 是条带评分,不是 A2 VTK 预报。 完整说明页 →

需求完成度 · 内部自评(默认折叠,点击展开)

对照「巷道/地质 · 水流/瓦斯/突水蔓延 · 推前端 · 实时分析」。整体约 75–80%(POC 演示级);按可上线系统约五成出头。

75–80%
能看、能算、能推前端、能改参重算 已演示闭环。
主要缺口:真实巷道/地质模型、现场标定 CFD/通风、监测驱动真·实时。

巷道/地质模型

70–75%

现状A1–A3 ModelPackage/FdemMesh 已接入;水瓦斯仍用示范巷道 N1–N7

差距水/瓦斯与 A 地质 CRS 未统一到中煤现场

水流模拟

75%

现状默认求解器 FV3D 突水守恒可算、可改参重算

差距OpenFOAM 仅可选未标定,不得对外称为已交付 OpenFOAM

瓦斯气体扩散

70%

现状对流–扩散 3D 体场可演示

差距通风为指示风速,浓度非监测标定量纲

突水巷道蔓延

80%

现状源点→邻巷/低洼 3D 回放,色条与源点动画

差距现场巷道拓扑与渗流参数待替换

推送前端显示

85%

现状演示板直出;异步 Job + SSE 进度 + 热更新

差距非正式前端工程,无鉴权/多用户

实时分析计算

55–60%

现状准实时:提交后边算边看进度,改参可重算

差距非监测流驱动持续仿真;无产品级 MQ

OpenFDEM · 地应力 / 周期来压 / 顶底板

对照「矿方地应力与冲击地压监测 + 顶底板模型 + OpenFDEM 应力/周期来压/突出仿真」。整体约 58–68%(简化工况可演示;含参数表单/原理脚注/完成度条)。

FDEM
网格槽位:package_3d_slot; 周期来压峰值 2、最大 42.064 MPa; 突出分型:floor_heave ({'roof': 272, 'floor': 388, 'coal_rib': 181, 'total': 841})

矿方地应力/冲击地压监测驱动

70%

现状Envelope→InSituLoad(含矿压抬升、冲击脉冲倍率、方位角)

差距示范台账;非现场连续流与张量标定

顶底板三维模型

75–80%

现状A2 seam_grids 地质体场 + A3 剖面真算叠层;夹矸/钻孔/AOI 对照

差距VTK 二进制实体未直接渲染;非中煤现场 CRS

OpenFDEM 应力监测仿真

85%

现状A3 长壁 8 步开挖 Linux 真算 → 板子历史结果回放(复用 VTU)

差距材料 screening;网页改参非重求解;正式 OpenFDEM 构建待替换时间门禁版

周期来压

55–60%

现状矿压序列⊕顶板应力代理 → periodic_weighting;演示板可选场景改参

差距非多步开挖推进真周期;峰值检测为 POC

顶底板突出

50–55%

现状弱化顶底板工况 + 垮塌区 roof_fall/floor_heave 分型;演示可选 outburst 场景

差距非正式突出动力学与孔压耦合

多源监测数据与模型融合

对照「应力/矿压/水文/瓦斯接入地质模型 · 多参数属性 · a/b/c」。整体约 60–70%(示范数据可演示)。

融合
图层:stress, seepage, mine_pressure, gas; 异常关联 6/6 落入构造缓冲带; 多源融合 6 条;最高风险=critical(ahead_face);构造关联事件 6/6 落入缓冲带

多源监测接入属性模型

70–75%

现状应力/矿压/水文/瓦斯 → Envelope → IDW 多参数 AttributeField(几何网格同载)

差距示范台账;非现场连续流与统一 CRS 实网

a. 应力场/渗流场动态可视化

65–70%

现状应力·渗流(及矿压/瓦斯)图层脉冲时序体场 + 构造线框;演示板可切换/改参

差距渗流非真·多孔介质方程;动态为脉冲代理

b. 异常与地质构造关联

60%

现状超阈事件 × 断层/含水带/软弱面/瓦斯富集带缓冲距离关联

差距构造为示范折线;非正式地质体与不确定性

c. 前方地质条件预报

55%

现状ahead_geology:超前条带趋势 + 缓冲带异常融合评分

差距非岩性/构造真·预测;置信度为规则启发式