今日开讲：国产软件RFPA工程尺度仿真在智慧矿山孪生中的应用

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作者 | 仿真助手

首发 | 仿真秀App

   

国家层面对矿山安全生产、绿色开采与高效生产的政策要求日益严格，市场对资源开采效率与成本控制的需求也持续攀升。这构成了推动矿山智能化转型的核心驱动力。然而，一个不容忽视的现实是，矿山行业的数字化水平仍处于初级阶段。根据2026年的一项系统性文献综述，数字孪生技术在矿业领域的应用率仅为约4%，远低于制造业和建筑业（约66%）[2]。这一巨大差距背后，是困扰行业多年的系统性痛点。

01    

智慧矿山转型的十字路口，机遇与深层次挑战并存    

1、行业转型的核心驱动力

• 政策与法规：对安全、环保的强制性要求。
• 生产效率：降本增效、优化资源回收率的内部需求。
• 安全压力：减少井下作业人员、预防重大事故的迫切需求。
• 技术演进：大数据、物联网、人工智能等技术的交叉融合。

2、行业面临的主要技术与管理调整

• 建模精度差：复杂地质构造（如断层、褶皱）难以在数值模型中被精确刻画。
• 网格效率低：三维工程尺度模型人工划分网格耗时耗力，成为仿真瓶颈。
• 数据孤岛：仿真数据与矿山智能管控平台割裂，难以形成决策闭环。
• 人才匮乏：兼具采矿工艺、地质知识与信息技术能力的复合型人才极度短缺。

此外，数据标准化缺失、不同时期设备系统接口不统一、井下恶劣环境对传感器稳定性的高要求，以及智能化改造高昂的初始投入与不确定的投资回报周期，都构成了转型路上的现实阻碍[1]。这些挑战相互交织，使得许多矿山企业的智能化建设陷入“建而不用”或“用而不精”的困境。要真正迈向智慧矿山，必须首先在地质建模与工程仿真这一基础环节取得突破。

02    

破局之钥：RFPA工程尺度仿真与自动网格技术详解    

面对上述困境，RFPA（Realistic Failure Process Analysis，真实破裂过程分析）软件及其配套的工程尺度仿真方法，提供了一条切实可行的技术路径。RFPA的核心优势在于能够模拟岩体从细观损伤到宏观破裂的全过程，而最新进展则聚焦于解决“建模精度”与“网格效率”两大痛点。

其技术流程实现了从地质数据到可计算仿真模型的全自动化，彻底改变了传统依赖大量人工干预的建模模式。

这一流程的关键在于“二维切片层叠”生成三维网格的机制。该方法首先利用Gempy/GoCad/AutoCAD等第三方软件构建出包含复杂构造（如逆断层、曲线型岩层界面）的精细化三维地质模型。随后，软件沿模型轴线自动“切割”生成一系列连续编号的二维剖面切片。当这些切片被导入RFPA后，软件将其在第三维度上层叠，自动填充生成立方体或长方体像素元网格。这种基于像素元的网格天生适合刻画岩体的非均质性。

紧接着，阈值分割算法 会根据切片上的灰度或材料标识，自动将网格单元归类到不同的岩性区域（如煤层、砂岩、泥岩）。在此基础上，研究者可以为每类材料甚至每个单元赋予差异化的细观力学参数，如弹性模量、抗压强度，并引入岩体非均质度来表征材料性质的随机分布，从而在模型中还原真实岩体的力学行为。这套方法将以往需要数周人工完成的网格划分与参数赋值工作，缩短至数小时甚至更短，且精度更高、可重复性更强。

03    

从仿真到孪生：打通数据孤岛，实现靶向防控    

自动生成的高精度模型是基础，而其价值的真正体现，在于与矿山生产管控系统的深度融合。为了系统研究地质构造对围岩稳定性的影响，典型的分析会设计多组对照模型，例如：曲线型岩层界面且含逆断层、曲线型岩层界面无断层、以及作为基准的直线型岩层界面无断层模型。通过对这些模型进行开挖或加载模拟，RFPA可以输出丰富的仿真结果。

这些结果不仅包括围岩的应力、变形和损伤云图，更能捕捉到岩体破裂过程中伴随的声发射（微震）事件的时空演化序列。声发射的定位与能量分布，能够直观揭示破坏从萌生、扩展到贯通的动态过程，是预测岩体失稳的前兆信息。

技术的闭环价值在于：将上述RFPA仿真模型与计算结果，无缝接入如重庆高维智矿科技公司开发的煤矿开采全时空数字孪生系统。仿真不再是离线、孤立的分析报告，而是数字孪生体中持续运行、与物理矿山同步演进的“虚拟实验场”。系统通过融合仿真预测与实时监测数据，能够精准定位灾害孕育的“空间靶点”（如应力集中区、潜在冒落区）和“临界时间靶点”，实现从“漫灌式”的泛安全防控，向“精准滴灌”的靶向防控转变。这标志着矿山灾害治理从被动应对走向了主动预测与智能干预。

04    

前沿洞察：重庆大学王永艺博士后智慧矿山的最新研究    

本次直播的主讲人王永艺，重庆大学博士后，助理研究员。入选“地质资源与地质工程学科的国家资助博士后研究人员计划”[2025年该学科的国资计划A/B/C档的全国入选总人数为49人]。博士毕业于大连理工大学，师从唐春安教授、龚斌博士；在重庆大学做博后，第一站博后师从杨海清教授(周小平教授团队)，目前第二站博后师从陈结教授、蒲源源副教授(姜德义教授团队)。主要研究方向为岩体力学、岩体微破裂及能量特征、岩体工程数值模拟等。研究成果发表在《Nature Communications》国际顶刊、《International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences》《Rock Mechanics and Rock Engineering》《Computers and Geotechnics》《Engineering Geology》、《Bulletin of Engineering Geology and the Environment》等岩石力学顶刊及主流期刊。主持及参与重庆市自然科学基金面上项目、国家自然科学基金原创探索计划项目等，申请发明专利多件，申请软件著作权若干项。获得香港大学Research Output Prize荣誉（排名第4）。

王永艺 博士后 重庆大学

本次RFPA讲堂第20260604期直播，将完整呈现从地质建模、自动网格划分、参数赋值、对照仿真到孪生系统对接的全技术链条。这不仅是RFPA软件在工程尺度应用的一次深度展示，更是对智慧矿山数字孪生如何落地的生动诠释。

• 直播主题：《RFPA工程尺度仿真在智慧矿山孪生中的应用》
• 主讲人：王永艺 重庆大学博士后 助理研究员
• 直播平台：仿真秀官网和APP
• 直播时间：2026年6月4日 19:00
• 如何观看：请识别下方二维码报名观看

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洞见仿真前沿，赋能矿山智能。无论您是岩土工程CAE工程师、仿真研究者、高校师生，还是矿山企业的技术管理人员，这场直播都将为您提供宝贵的理论参考与实践案例。点击上方链接，即可预约或观看直播回放，共同探索矿山数字孪生的核心技术。

05    

参考文献    

[1] 仿真秀. 重庆大学王永艺：RFPA工程尺度仿真在智慧矿山孪生中的应用[EB/OL]. 

[2] 2026年矿业行业智能化报告[R/OL]. 原创力文档, 2026-06-01. 

[3] AI-Driven Digital Twins in Mining Operations: A Comprehensive Review[J]. MDPI Sustainability, 2026, 14(5): 269. 

[4] 大河财立方. 全国人大代表武汉琦：构建矿山大模型，让AI真正赋能智慧矿山建设[EB/OL]. 今日头条, 2026-03-05. 

[5] RFPA官方主页[EB/OL]. 仿真秀. 

[6] 基于FLAC3D的煤矿开采三维能量场动态模拟分析[EB/OL]. 火山引擎ADG社区, 2025-09-08. 

[7] 一种矿震复杂网络多尺度感知与覆岩自适应调控方法[P]. X技术, 2026-05-20. 

[8] Wang Y, et al. Nature Communications and Rock Mechanics Top Journals Research on RFPA and Rock Failure Analysis[J]. 相关岩石力学顶刊论文.

（完）

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