基于WebGIS的礦井水害動(dòng)態(tài)分析方法

閆　勇

（山東能源新汶礦業(yè)集團(tuán)公司，山東　泰安　271219）

基于WebGIS的礦井水害動(dòng)態(tài)分析方法

閆勇

（山東能源新汶礦業(yè)集團(tuán)公司，山東泰安271219）

摘要：作為礦井主要災(zāi)害之一，礦井水害一直嚴(yán)重威脅著煤礦安全生產(chǎn)。本文以新汶礦區(qū)為背景，針對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃、危險(xiǎn)源和巷道，建立了包括危險(xiǎn)源超前預(yù)警模型、危險(xiǎn)源相關(guān)巷道預(yù)警模型以及巷道空間關(guān)系預(yù)警模型在內(nèi)的新汶各礦采掘工作面水患預(yù)警模型，應(yīng)用GIS空間分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)采掘作業(yè)危險(xiǎn)源的實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)預(yù)警以及災(zāi)害超前預(yù)警，并在新汶集團(tuán)的運(yùn)行實(shí)踐中取得了良好的應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：WebGIS；礦井；水害；預(yù)警

礦井水害與瓦斯、煤塵等并列為礦山建設(shè)與生產(chǎn)安全的主要災(zāi)害之一，長(zhǎng)時(shí)間威脅著礦山企業(yè)的安全生產(chǎn)與廣大職工的生命安全。因此對(duì)礦井水文地質(zhì)信息進(jìn)行有效管理、分析及綜合預(yù)測(cè)預(yù)警，對(duì)指導(dǎo)礦井生產(chǎn)和礦井水害防治具有重要意義。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，水患信息管理與分析預(yù)測(cè)技術(shù)和方法也在不斷更新。地理信息系統(tǒng)（GIS）作為一門集計(jì)算機(jī)技術(shù)、地學(xué)理論、空間科學(xué)、信息管理技術(shù)于一體的新興邊緣學(xué)科，不僅能存儲(chǔ)、分析和表達(dá)現(xiàn)實(shí)世界中各種對(duì)象的屬性信息，而且能處理其空間定位特征，將空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)結(jié)合起來(lái)，形象、直觀地提供數(shù)據(jù)查詢、檢索、統(tǒng)計(jì)分析等功能?；贕IS實(shí)現(xiàn)礦井水害防治預(yù)警，開(kāi)發(fā)研制基于WebGIS的礦井水害動(dòng)態(tài)分析系統(tǒng)的研究具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

1　研究技術(shù)分析

1.1WebGIS技術(shù)

WebGIS是Internet技術(shù)應(yīng)用于GIS開(kāi)發(fā)的產(chǎn)物。GIS通過(guò)WWW功能得以擴(kuò)展，真正成為一種大眾使用的工具。從WWW的任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)，Internet用戶使用通用瀏覽器就可以瀏覽WebGIS站點(diǎn)中的空間數(shù)據(jù)、制作專題圖，以及進(jìn)行各種空間檢索和空間分析，從而使GIS進(jìn)入千家萬(wàn)戶。北京龍軟科技發(fā)展有限公司的Longruan WebGIS 是面向煤礦用戶，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的在線查詢、瀏覽和遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)管理等功能。龍軟WebGIS控件是對(duì)龍軟GIS平臺(tái)底層的COM封裝，它采用基于分布式組件對(duì)象模型DCOM的ActiveX技術(shù)。用戶在首次執(zhí)行界面圖形操作時(shí)，客戶端會(huì)自動(dòng)提示下載并安裝所需的ActiveX控件，控件安裝完畢后即可顯示圖形并在客戶端實(shí)現(xiàn)對(duì)圖形的放大、縮小、平移、屬性查詢、尺寸量測(cè)等基本操作。

1.2針對(duì)生產(chǎn)進(jìn)尺的水害動(dòng)態(tài)分析方法

根據(jù)關(guān)注點(diǎn)的不同，基于WebGIS的礦井水害動(dòng)態(tài)分析的研究包括三部分內(nèi)容：一是在采掘工程平面圖上實(shí)現(xiàn)圈出巷道低洼點(diǎn)、積水區(qū)域等水害范圍，當(dāng)巷道掘進(jìn)或回采接近這些區(qū)域時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)提示、報(bào)警，并將報(bào)警信息保存于數(shù)據(jù)庫(kù)中。二是提供搜索與危險(xiǎn)源處于同一水平或不同水平的其他巷道的最短距離計(jì)算；如果距離介于設(shè)定的安全警戒范圍實(shí)行報(bào)警，并可在人工分析后解除警報(bào)等。三是指定某條巷道及搜索范圍、傾角等搜索條件，搜索符合條件的所有水害危險(xiǎn)區(qū)及計(jì)算二者之間的最短距離，該距離可能尚未達(dá)到方法一中的預(yù)警指標(biāo)，但確實(shí)存在一定的危險(xiǎn)與隱患，為礦上相關(guān)技術(shù)人員提前采取措施，制定相應(yīng)的防治水計(jì)劃提供指導(dǎo)。預(yù)警及消警流程如下：

（1）根據(jù)空間數(shù)據(jù)庫(kù)中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)在采掘圖上建立或重構(gòu)帶封閉不良鉆孔、采空區(qū)或水文異常區(qū)等水害危險(xiǎn)區(qū)，保證模型的時(shí)效性。

（2）根據(jù)采掘面的平面位置、采掘方向、空間數(shù)據(jù)庫(kù)中的計(jì)劃/實(shí)際進(jìn)尺數(shù)和設(shè)定的預(yù)警距離推算出預(yù)警位置，通過(guò)模型獲取該位置的水害危險(xiǎn)區(qū)。

（3）將工作地點(diǎn)和危險(xiǎn)區(qū)之間的最短距離與指標(biāo)體系中的閾值進(jìn)行比較，若小于閾值，則發(fā)出預(yù)警信息。

（4）預(yù)警時(shí)還提供預(yù)警位置的計(jì)劃/實(shí)際進(jìn)尺數(shù)、危險(xiǎn)距離等情況。

（5）已采取相應(yīng)措施治理并安全越過(guò)該危險(xiǎn)區(qū)后可人為消警。

根據(jù)以上流程，設(shè)計(jì)了礦井水害動(dòng)態(tài)分析系統(tǒng)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過(guò)程包括數(shù)據(jù)準(zhǔn)備階段、預(yù)警階段和消警階段，系統(tǒng)預(yù)警流程如圖1所示。

圖1　基于WebGIS的水害動(dòng)態(tài)分析方法流程圖

采掘過(guò)程中的實(shí)時(shí)預(yù)警方法能夠以采掘面作為對(duì)象進(jìn)行預(yù)警，使工作人員能夠及時(shí)采取措施以防止即將發(fā)生的災(zāi)害，但是這種預(yù)警不能夠?qū)?zāi)害做出長(zhǎng)期的預(yù)測(cè)，不便讓工作人員制定確保生產(chǎn)安全的長(zhǎng)期防治方案，難以滿足生產(chǎn)計(jì)劃層面的需求。為了改進(jìn)以上不足，在實(shí)時(shí)預(yù)警功能的基礎(chǔ)上，研究了生產(chǎn)計(jì)劃層面的預(yù)警方法，通過(guò)分析危險(xiǎn)區(qū)域和工作面的位置關(guān)系判斷整個(gè)工作面是否可能發(fā)生危險(xiǎn)，并通過(guò)接續(xù)計(jì)劃預(yù)演，對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行長(zhǎng)期的預(yù)警，預(yù)警流程如圖2所示。

圖2　針對(duì)生產(chǎn)進(jìn)尺的水害動(dòng)態(tài)分析方法流程圖

圖3　計(jì)劃進(jìn)尺數(shù)據(jù)管理

2　方法實(shí)現(xiàn)

2.1進(jìn)尺管理

此功能為超前預(yù)警提供基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)支持。礦井技術(shù)人員每月定期將計(jì)劃進(jìn)尺數(shù)錄入系統(tǒng)，在水害超前預(yù)警中，根據(jù)采掘面位置、掘進(jìn)方向和計(jì)劃進(jìn)尺數(shù)計(jì)算預(yù)計(jì)工作位置，使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)針對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃的預(yù)警。進(jìn)尺管理的顯示效果如圖3所示。

2.2水害危險(xiǎn)源超前預(yù)警評(píng)價(jià)

GIS空間分析是危險(xiǎn)源隱患識(shí)別的重要手段，同時(shí)也是安全事故預(yù)警預(yù)報(bào)的重要途徑。系統(tǒng)利用空間分析中的最短距離分析、包含分析方法，計(jì)算采掘工作面到危險(xiǎn)源的最短距離，將所求最短距離與危險(xiǎn)源評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中的設(shè)定值進(jìn)行對(duì)比分析和預(yù)警展示，即可達(dá)到安全預(yù)警的目的。

此功能是在客戶端WebGIS上實(shí)現(xiàn)的危險(xiǎn)源動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)報(bào)警，系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出預(yù)警信號(hào)，并以不同顏色進(jìn)行分級(jí)預(yù)警，并將預(yù)警信息進(jìn)行展示和存入預(yù)警信息數(shù)據(jù)庫(kù)，可進(jìn)行定位，采取相關(guān)措施后，用戶可以對(duì)預(yù)警信息進(jìn)行消警。預(yù)警效果如圖4所示，下方窗口為預(yù)警窗口，顯示當(dāng)前的預(yù)警信息。底圖是采掘工程平面圖，根據(jù)掘進(jìn)方向和進(jìn)尺數(shù)計(jì)算預(yù)期工作位置并在圖形上自動(dòng)繪制顯示，使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)針對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃的預(yù)警。

圖4　水害危險(xiǎn)源超前預(yù)警評(píng)價(jià)示意圖

2.3危險(xiǎn)源相關(guān)巷道預(yù)警

系統(tǒng)獲取危險(xiǎn)源位置和相應(yīng)的預(yù)警指標(biāo)，搜索與危險(xiǎn)源處于同一水平或不同水平的其他巷道，并對(duì)二者之間的最短距離進(jìn)行計(jì)算；如果距離介于設(shè)定的安全警戒范圍實(shí)行報(bào)警，并可在人工分析后解除警報(bào)等。實(shí)現(xiàn)效果如圖5所示，底圖為采掘工程平面圖，打開(kāi)下方窗口自動(dòng)獲取所有危險(xiǎn)源，選定危險(xiǎn)源后搜索相關(guān)巷道并預(yù)警。可通過(guò)預(yù)警信息在采掘圖上對(duì)相應(yīng)采掘面進(jìn)行定位。

2.4巷道空間關(guān)系預(yù)警

圖5　危險(xiǎn)源相關(guān)巷道預(yù)警

根據(jù)一點(diǎn)或圖形上所有的掘進(jìn)頭坐標(biāo)，根據(jù)一定的距離和方位，從圖形或數(shù)據(jù)庫(kù)中立體搜索距離該掘進(jìn)頭符合所設(shè)置的搜索范圍的所有巷道信息。實(shí)現(xiàn)效果如圖6所示，在采掘圖上拾取掘進(jìn)頭坐標(biāo)，設(shè)定搜索范圍，以該坐標(biāo)為中心，搜索范圍為半徑搜索區(qū)域內(nèi)的危險(xiǎn)源，為礦上相關(guān)技術(shù)人員提前采取措施，制定相應(yīng)的防治水計(jì)劃提供指導(dǎo)。

圖6　巷道空間關(guān)系預(yù)警

3　結(jié)語(yǔ)

本研究應(yīng)用于“新汶礦業(yè)集團(tuán)礦井水害預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)研究”項(xiàng)目，能夠利用大量地測(cè)及生產(chǎn)數(shù)據(jù)，針對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃、危險(xiǎn)源或巷道等關(guān)注點(diǎn)的不同，建立了新汶各礦采掘工作面水患預(yù)警模型（包括危險(xiǎn)源超前預(yù)警模型、危險(xiǎn)源相關(guān)巷道預(yù)警模型以及巷道空間關(guān)系預(yù)警模型），應(yīng)用GIS空間分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)采掘作業(yè)危險(xiǎn)源的實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)預(yù)警以及災(zāi)害超前預(yù)警，并在新汶集團(tuán)的運(yùn)行實(shí)踐中取得了良好的應(yīng)用效果，提高了預(yù)警的準(zhǔn)確性與效率。

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作者簡(jiǎn)介：閆勇（1968—），男，山東淄博人，高級(jí)工程師，從事煤礦防治水的研究。