绿色智能开采-采区综合设计虚拟仿真教学实验项目包括构建的煤矿井下系统仿真实验全过程；实验环境采用虚拟技术手段完成，包括井下漫游模块、基础知识学习模块、案例教学模块、综合设计模块、辅导答疑模块、水平测试模块，主要完成以下 5个知识点训练。

   (1) 矿井三维空间结构

   矿井开拓开采巷道主要揭示的是煤矿开拓开采巷道布置及联系方式，难点在于煤矿巷道空间关系极其复杂，采用叙述和平面模型教学手段，学生很难建立空间概念，难以达到应有的教学效果。本项目以真实矿井为基础，综合运用虚拟现实、三维动画、网络通讯等技术，建立矿井三维数字化模型，开发了网络化的矿井系统虚拟仿真实验系统，使得学生可以通过虚拟仿真平台直观地了解真实矿井的巷道布置、设备配套、采掘工艺，以及安全设施等（图 1 所示）。通过计算机三维虚拟现实技术，建立的矿井巷道仿真系统场景逼真，教学内容更加丰富，技术更新更加容易。

图 1  矿井真实三维场景部分截图

   （2）采区上山布置

   采区上山布置是采区综合设计虚拟仿真实验教学系统的重要组成部分。上山的数目主要取决于瓦斯涌出量的大小和上山服务煤层数量，由于本次实验为但一煤层采区，故主要考虑瓦斯。对于低瓦斯矿井，至少布置2条上山，对高瓦斯或者煤与瓦斯突出矿井，采区必须设置专用回风上山，采区上山至少为三条。当煤层顶底板岩层完整、强度较高、煤质较硬、且无煤与瓦斯突出时可把上山布置在煤层中；如果煤质较软，上山一般布置在岩层中。对于厚煤层，运输上山和轨道上山一般布置在岩层中，如果有回风上山，煤层有煤与瓦斯突出危险则布置在岩层中，否则布置煤层中。（图2 所示）。

图2  采区上山布置部分截图

  （3）区段平巷的布置

   区段平巷布置包括留煤柱、沿空掘巷、沿空留巷三种。留煤柱护巷为相邻两区段之间有较大煤柱，薄及中厚煤层留煤柱护巷的区段煤柱一般为10~15m，厚煤层则根据煤质软硬程度、煤层厚度相应增加；沿空掘巷为在上区段边缘掘下区段回采巷道，掘进时间必须要上区段采空区顶板垮落稳定后，薄及中厚煤层沿空掘巷的煤柱一般3~5m，厚煤层则根据煤质软硬程度、煤层厚度相应增加；沿空留巷为沿着采空区边缘维护原有的区段平巷，作为相邻区段的回采巷道，区段煤柱为0。见图3所示。

图3  区段平巷的布置部分截图

  （4）采区车场形式的选择

   采区巷道布置设计的另一重要内容是采区车场的设计（图4 所示）。采区车场一般包含上、中、下部车场。采区车场设计是否合理，直接影响采区巷道系统的安全性、可靠性和经济效益，继而影响采区生产能力，因此，必须重视采区车场的布置，力求作到系统顺，特别要求回风顺畅，不出现折返风，巷道布置简单，工程量少，环节简单，使用设备少，行人、运输方便，安全可靠。

采区上部车场有平车场和甩车场两种形式，中部车场有摔入绕道、平巷、石门三种形式，下部车场主运输有大巷装车、石门装车、绕道装车三种形式，辅助运输有顶板绕道和底板绕道两种形式。

图4  采区车场部分截图

  （5）采区煤柱留设

   采区煤柱主要采区边界煤柱、上山煤柱、区段煤柱。合理的煤柱尺寸，其影响因素主要是煤层所受压力、煤体强度以及煤体内巷道服务年限。通常，煤层埋藏深度越大，煤柱宽度越大，煤体强度越小，煤柱宽度就越大，煤体内巷道服务年限越长，煤柱宽度越大。采区煤柱留设见图5所示。

图 5  采区煤柱留设部分截图