煤礦地質(zhì)應(yīng)急救援信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

余永鵬 ，毛興軍 ，閆建波 ，王嘉文 ，楊彥成 ，屈 博 ，馮 鋒

（1.寧夏回族自治區(qū)煤炭地質(zhì)局，寧夏 銀川 750002；2.中煤航測遙感集團(tuán)有限責(zé)任公司，陜西 西安 710099；3.寧夏大學(xué) 信息工程學(xué)院，寧夏 銀川 750021）

我國是多煤國家，煤礦地質(zhì)條件比較復(fù)雜[1-2]。隨著煤炭資源大規(guī)模開采，煤礦地質(zhì)災(zāi)害潛在隱患越來越多。近年發(fā)生的災(zāi)害事故，給國家和人民造成的生命財(cái)產(chǎn)損失巨大[3]。隨著國家煤礦行業(yè)快速發(fā)展和應(yīng)急管理意識強(qiáng)化，煤礦安全生產(chǎn)狀況有很大改觀，安全生產(chǎn)總體情況持續(xù)好轉(zhuǎn)，但形勢依然嚴(yán)峻，各類生產(chǎn)安全事故仍時有發(fā)生[4-5]。

煤礦災(zāi)害事故發(fā)生往往具有突發(fā)性、偶然性和復(fù)雜性等特點(diǎn)[3-5]。災(zāi)害發(fā)生后，煤礦和井下災(zāi)害現(xiàn)場往往會失去聯(lián)系，因此煤礦事故應(yīng)急救援存在反應(yīng)時間緊迫、決策信息模糊和災(zāi)變狀態(tài)復(fù)雜等特點(diǎn)，及時有效地救援是防止發(fā)生二次事故、降低人員傷亡率的關(guān)鍵[6]。

信息技術(shù)能對多源信息進(jìn)行快速集成與處理，是有效救援的重要支持手段。在煤礦災(zāi)害事故應(yīng)急救援信息技術(shù)研究方面，李奮強(qiáng)等[7]實(shí)現(xiàn)了以三維井上下模型為基礎(chǔ)的煤礦安全監(jiān)測數(shù)據(jù)在線獲取、顯示和查詢；吳兵等[8]將網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)引入礦山救援，完成的礦山應(yīng)急救援管理指揮系統(tǒng)將實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)用于分析決策；高洪波[9]實(shí)現(xiàn)了面向煤礦事故應(yīng)急指揮全過程設(shè)計(jì)的煤礦應(yīng)急救援指揮信息系統(tǒng)，可以全面提升煤礦應(yīng)急救援能力；張偉杰[10]對王莊煤礦的安全生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行了整合，開發(fā)完成了王莊煤礦應(yīng)急管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了煤礦事故監(jiān)測預(yù)警、救援、評估的全流程信息化管理決策和指揮等。前人的研究取得了重要成果，但多數(shù)研究都側(cè)重于救援指揮，或單純實(shí)現(xiàn)井上下三維模型，對地質(zhì)應(yīng)急救援相關(guān)的信息集成與處理研究較少。實(shí)際上煤礦災(zāi)害事故的發(fā)生一般都和地質(zhì)因素有關(guān)系，救援、決策和指揮也離不開地質(zhì)數(shù)據(jù)支持和地質(zhì)技術(shù)參與。近年來。很多專家學(xué)者也提出了將煤礦應(yīng)急救援作為煤炭精準(zhǔn)開采與地質(zhì)保障技術(shù)方面的研究內(nèi)容之一[11-12]。為此，以煤礦安全生產(chǎn)實(shí)際為背景，以具備地質(zhì)、鉆探技術(shù)為一體的地質(zhì)勘查單位為依托，在功能需求分析基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)功能，提出了系統(tǒng)建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)和實(shí)現(xiàn)方法，開發(fā)建設(shè)了符合煤礦地質(zhì)應(yīng)急救援實(shí)際需求的信息系統(tǒng)，并以寧南煤田某煤礦為示范進(jìn)行應(yīng)用，驗(yàn)證了系統(tǒng)功能的合理性，該系統(tǒng)對煤礦安全生產(chǎn)和應(yīng)急救援意義重大。

1 系統(tǒng)分析

1.1 功能需求分析

煤礦災(zāi)害事故發(fā)生后，進(jìn)行有效救援是降低人員傷亡率的關(guān)鍵，確定事故原因是有效救援的基礎(chǔ)。涉及地質(zhì)災(zāi)害時，事故原因分析更為復(fù)雜和緊迫。井上下三維（地質(zhì)）模型是立體、生動展示地質(zhì)、煤層特征和采掘、安全系統(tǒng)布置的重要方式，能進(jìn)行多源數(shù)據(jù)的匯集與處理，快速調(diào)取、查看地質(zhì)資料[13]，為地質(zhì)災(zāi)害事故分析和救援提供有效支持。

有人員被困的災(zāi)害事故中，事故應(yīng)急救援分析是對科學(xué)救援進(jìn)行輔助決策的重要方式，其中事故模擬可判斷事故的影響范圍；逃生路線分析對人員施救提供重要參考，是減少生命財(cái)產(chǎn)安全的重要方法[14]；生命救援鉆孔是人員被困井下時重要應(yīng)急救援方案之一[15-16]，救援鉆孔分析通過提供鉆孔預(yù)想柱狀和基本參數(shù)，對制定鉆探方案和快速打通生命救援鉆孔尤為重要。

高效運(yùn)轉(zhuǎn)的煤礦地質(zhì)應(yīng)急救援指揮系統(tǒng)是提高科學(xué)救援效率的重要方式之一。在煤礦事故發(fā)生后，地質(zhì)單位往往以地質(zhì)、物探、鉆探、測繪、水文等專業(yè)的人力物力有序快速投入救援工作。確保救援人員快速響應(yīng)的方式是在科學(xué)合理的應(yīng)急響應(yīng)預(yù)案基礎(chǔ)上，通過信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)一鍵自動響應(yīng)和執(zhí)行。

綜上所述，地質(zhì)應(yīng)急救援系統(tǒng)應(yīng)具備礦井三維分析、應(yīng)急救援分析、應(yīng)急救援指揮等核心功能，和地質(zhì)數(shù)據(jù)管理、用戶權(quán)限管理等基礎(chǔ)功能。

1.2 救援業(yè)務(wù)流程分析

煤礦地質(zhì)應(yīng)急救援響應(yīng)流程與信息處理過程示意圖如圖1。

圖1 煤礦地質(zhì)應(yīng)急救援響應(yīng)流程與信息處理過程示意圖Fig.1 Schematic diagram of coal mine geological emergency rescue response process and information processing process

地質(zhì)應(yīng)急救援在煤礦應(yīng)急救援工作中屬于專業(yè)應(yīng)急救援，僅參與煤礦事故應(yīng)急救援的部分工作，響應(yīng)級別應(yīng)該按照上級響應(yīng)級別執(zhí)行。但根據(jù)地質(zhì)救援的專業(yè)特點(diǎn)，可將應(yīng)急響應(yīng)分為地質(zhì)技術(shù)支持和鉆探工程救援2 種響應(yīng)形式。地質(zhì)技術(shù)支持通過地質(zhì)、物探、測繪等專業(yè)人員和裝備投入，以技術(shù)服務(wù)為主的救援工作；鉆探工程響應(yīng)通過投入地質(zhì)、鉆探等專業(yè)人員和裝備進(jìn)行救援工作，主要實(shí)施鉆探工程，以打通生命救援通道為目標(biāo)。

煤礦事故地質(zhì)應(yīng)急救援過程按業(yè)務(wù)流程可分為響應(yīng)啟動、響應(yīng)類型確定、響應(yīng)調(diào)整、救援行動、響應(yīng)結(jié)束和響應(yīng)評估6 個過程[17-18]；在地質(zhì)應(yīng)急響應(yīng)信息處理流程上，主要分為信息接受、信息審核、信息報(bào)告、信息結(jié)報(bào)4 個過程。

在煤礦地質(zhì)應(yīng)急救援中，圖1 中的流程為地質(zhì)應(yīng)急救援響應(yīng)一般流程，通過信息系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)該響應(yīng)流程的自動執(zhí)行。而實(shí)際地在救援實(shí)施過程中，地質(zhì)信息系統(tǒng)主要用于地質(zhì)數(shù)據(jù)的調(diào)取查看、事故模擬、應(yīng)急救援進(jìn)度分析等地質(zhì)技術(shù)支持，還可以在隨時隨地通過終端在系統(tǒng)上進(jìn)行多方交流分析，記錄救援過程，實(shí)現(xiàn)救援全程追溯和復(fù)盤研究。

2 煤礦地質(zhì)應(yīng)急救援信息系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

信息系統(tǒng)是在軟硬件等基礎(chǔ)設(shè)施的支持下，以地質(zhì)、采掘等數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息化服務(wù)。煤礦地質(zhì)應(yīng)急救援信息系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如圖2。

圖2 煤礦地質(zhì)應(yīng)急救援信息系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Overall structure diagram of coal mine geological emergency rescue information system

煤礦地質(zhì)應(yīng)急救援信息系統(tǒng)總體分為基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)中心層、應(yīng)用系統(tǒng)層和信息服務(wù)層4 層。基礎(chǔ)設(shè)施層是系統(tǒng)建設(shè)和運(yùn)行分析的基礎(chǔ)，包括軟硬件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)、存儲計(jì)算系統(tǒng)等；數(shù)據(jù)中心層是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理與輸入輸出交換中心，以礦區(qū)信息、安全監(jiān)測、地質(zhì)采掘等構(gòu)建的數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，利用成熟的數(shù)據(jù)庫管理軟件和GIS 平臺，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理、信息服務(wù)等基礎(chǔ)功能，為應(yīng)用系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支撐；應(yīng)用系統(tǒng)層是系統(tǒng)應(yīng)用的核心，包括礦井三維分析、應(yīng)急救援分析、應(yīng)急救援指揮、數(shù)據(jù)庫管理、地測圖形管理和系統(tǒng)管理6 個子系統(tǒng)，該層是開放式結(jié)構(gòu)，可添加其他應(yīng)用系統(tǒng)；信息服務(wù)層通過建立管理服務(wù)平臺，提供數(shù)據(jù)瀏覽、信息查詢、Web 信息發(fā)布等各項(xiàng)功能。

系統(tǒng)采用B/S 架構(gòu)和C/S 架構(gòu)相結(jié)合的模式，可確保系統(tǒng)易擴(kuò)展和易維護(hù)[19-20]。應(yīng)用端基于B/S 架構(gòu)，采用前后端分離開發(fā)模式；服務(wù)端管理采用C/S 架構(gòu)。

2.2 系統(tǒng)功能及開發(fā)技術(shù)

煤礦地質(zhì)應(yīng)急救援信息系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)示意圖如圖3。

圖3 煤礦地質(zhì)應(yīng)急救援信息系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 Functional structure diagram of coal mine geological emergency rescue information system

系統(tǒng)從功能上劃分為由6 個子系統(tǒng)的18 項(xiàng)功能模塊組成；從系統(tǒng)構(gòu)成上劃分，由2 個相對獨(dú)立的軟件系統(tǒng)組成，即基于C/S 架構(gòu)的煤礦地質(zhì)應(yīng)急救援建模平臺和基于B/S 架構(gòu)的煤礦地質(zhì)應(yīng)急救援信息系統(tǒng)組成。

基于C/S 架構(gòu)的煤礦地質(zhì)應(yīng)急救援建模平臺主要用于三維地質(zhì)模型建立，具備從服務(wù)器遠(yuǎn)程加載地質(zhì)數(shù)據(jù)的功能。

基于B/S 架構(gòu)的煤礦地質(zhì)應(yīng)急救援信息系統(tǒng)支持通過網(wǎng)絡(luò)隨時隨地訪問服務(wù)器上的各類數(shù)據(jù)，能實(shí)現(xiàn)井上下三維模型上傳、查看和更新，能進(jìn)行模型剖切等三維分析功能，能在三維模型上進(jìn)行事故模擬、逃生路線分析、安全監(jiān)測數(shù)據(jù)查看回放，能通過三維模型、地質(zhì)數(shù)據(jù)等進(jìn)行救援鉆探方案分析，提供救生鉆孔預(yù)想柱狀和基本參數(shù)；實(shí)現(xiàn)應(yīng)急救援自動化指揮功能，通過語音、短信等形式通知救援人員。參與救援各方均可通Web端實(shí)現(xiàn)救援信息查看、上傳和共享救援資料，追溯救援過程。

系統(tǒng)采用前后端分離的開發(fā)模式，前后端分別獨(dú)立部署，基于微服務(wù)架構(gòu)，前端以調(diào)用微服API 的形式構(gòu)建[21-22]。前端頁面開發(fā)選擇基于Vue.js 的開發(fā)框架[23]，采用JavaScript 和Html 腳本語言，實(shí)現(xiàn)前后端完全解耦，專注于用戶交互的設(shè)計(jì)；后端選擇基于Spring Cloud 的開發(fā)構(gòu)架，開發(fā)語言為Java 語言。系統(tǒng)數(shù)據(jù)建設(shè)采用成熟的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫Sql server 2014。

3 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

目前，信息技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)非常成熟，在地質(zhì)領(lǐng)域也得到了快速發(fā)展[24]。地質(zhì)應(yīng)急救援信息系統(tǒng)建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)有3 個方面：①基于多源數(shù)據(jù)的融合處理技術(shù)；②數(shù)據(jù)庫建庫技術(shù)；③基于Web 端的三維模型發(fā)布與應(yīng)用技術(shù)。

3.1 多源數(shù)據(jù)融合處理技術(shù)

三維地質(zhì)模型的建立必須以海量三維地學(xué)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，這些地學(xué)數(shù)據(jù)具有多源、多態(tài)、多類[25]，具體體現(xiàn)主要是數(shù)據(jù)文件格式多源和坐標(biāo)系統(tǒng)多源。

建立井上下三維模型，至少包含地質(zhì)勘查成果和礦井建設(shè)采掘相關(guān)圖件和數(shù)據(jù)，其中地質(zhì)勘查成果包括地形地質(zhì)、剖面、底板等高線等圖件和鉆探、測井?dāng)?shù)據(jù)資料[26]，礦井建設(shè)采掘資料包括井上下對照圖、采掘工程布置圖、安全系統(tǒng)布置圖、巷道導(dǎo)線點(diǎn)測量等圖件和數(shù)據(jù)。這些圖件和數(shù)據(jù)來自不同的生產(chǎn)單位，數(shù)據(jù)格式不盡相同。為能進(jìn)行快速高效建模，需要煤礦地質(zhì)應(yīng)急救援建模平臺兼容多種數(shù)據(jù)文件格式，開發(fā)與Mapgis、Autocad、ArcGis、3DMine、Smart3D、BIM 等主流軟件兼容的數(shù)據(jù)接口，實(shí)現(xiàn)對各類數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入導(dǎo)出，確保格式完全兼容[27]，實(shí)現(xiàn)不同軟件之間的格式融合。

實(shí)際上，地質(zhì)勘查工作是在三維空間內(nèi)進(jìn)行，產(chǎn)生的地質(zhì)數(shù)據(jù)也應(yīng)該具備三維信息，但制圖都是在二維空間內(nèi)完成，產(chǎn)生的各類圖件一般僅具備二維空間信息，坐標(biāo)為圖上坐標(biāo)，與空間坐標(biāo)一般也不對應(yīng)，所以多源坐標(biāo)系統(tǒng)融合是井上下三維建模的重要內(nèi)容。系統(tǒng)多源數(shù)據(jù)融合處理流程示意圖如圖4。

圖4 系統(tǒng)多源數(shù)據(jù)融合處理流程示意圖Fig.4 Schematic diagram of system multi-source data fusion processing flow

其中坐標(biāo)系統(tǒng)融合主要包含3 個方面：

1）平面圖（或離散數(shù)據(jù)）轉(zhuǎn)到目標(biāo)三維空間坐標(biāo)。即利用圖上坐標(biāo)和實(shí)際坐標(biāo)之間的關(guān)系，進(jìn)行平面坐標(biāo)變換或者利用專用工具進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。

2）剖面圖（或離散數(shù)據(jù)）到目標(biāo)三維空間坐標(biāo)。利用剖面里程、標(biāo)高（深度）與實(shí)際位置坐標(biāo)之間的關(guān)系，將二維坐標(biāo)變換到三維坐標(biāo)空間內(nèi)。

3）鉆孔柱狀轉(zhuǎn)到目標(biāo)三維空間坐標(biāo)。利用鉆孔孔口三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為目標(biāo)三維空間坐標(biāo)后，與鉆孔測斜數(shù)據(jù)獲得的鉆孔路徑數(shù)據(jù)，共同計(jì)算鉆孔三維軌跡坐標(biāo)。

為方便使用，目標(biāo)三維空間坐標(biāo)一般為2000國家大地坐標(biāo)系（China Geodetic Coordinate System 2000，簡稱CGCS2000）[28-29]。多源數(shù)據(jù)融合完成后，數(shù)據(jù)格式、坐標(biāo)系統(tǒng)才能統(tǒng)一到同一套系統(tǒng)，這也是三維建模的基礎(chǔ)。

3.2 數(shù)據(jù)庫建庫技術(shù)

數(shù)據(jù)庫是系統(tǒng)運(yùn)行的核心和基礎(chǔ)，是將零散數(shù)據(jù)進(jìn)行集中管理和標(biāo)準(zhǔn)化管理的重要方式。數(shù)據(jù)庫對數(shù)據(jù)管理的方式主要有2 種：①基于結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫：主要管理鉆孔數(shù)據(jù)、物探數(shù)據(jù)、測量數(shù)據(jù)等離散化地質(zhì)勘查數(shù)據(jù)和巷道數(shù)據(jù)、工作面、井下安全監(jiān)測等離散化安全采掘數(shù)據(jù)；②基于文件管理的數(shù)據(jù)庫：主要包括報(bào)告、圖件等各類文件資料，文件的路徑等屬性數(shù)據(jù)在結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫中管理。數(shù)據(jù)庫建庫數(shù)據(jù)源與處理流程示意圖如圖5。

圖5 數(shù)據(jù)庫建庫數(shù)據(jù)源與處理流程示意圖Fig.5 Schematic diagram of data source and processing flow for database construction

數(shù)據(jù)來源主要分為4 個方面：①以煤礦或井田為單位的地質(zhì)勘查成果；②以煤礦為單位的采掘工程數(shù)據(jù)；③煤礦井下安全監(jiān)測數(shù)據(jù)；④區(qū)域性基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫，包括數(shù)字地圖、礦權(quán)等資料。

原始資料類型主要分3 類：離散的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、離散的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、報(bào)告圖件等文件。對于離散的結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化和格式轉(zhuǎn)換后，直接入結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫；對于報(bào)告、圖件等文件，經(jīng)過數(shù)字化信息提取后，數(shù)字化信息錄入數(shù)據(jù)庫；非數(shù)字化信息由文件數(shù)據(jù)庫管理，結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫中管理文件路徑等屬性信息。

3.3 基于Web 端的三維模型發(fā)布與應(yīng)用

能隨時隨地的查看、瀏覽、分析待救援煤礦的三維模型，最便捷的方式是在Web 端提供模型的發(fā)布及分析功能。但是高精度的地質(zhì)體模型體量巨大，在Web 端渲染巨大三維模型是系統(tǒng)建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)。3DTiles 數(shù)據(jù)格式可以將大數(shù)據(jù)量的三維模型以分塊、分層的形式組織起來，可以大量減輕瀏覽器和GPU 的負(fù)擔(dān)，是一個優(yōu)秀的、格式公開的數(shù)據(jù)格式。通過實(shí)現(xiàn)模型的按需加載和渲染，實(shí)現(xiàn)在三維場景中的模型流暢使用[30-31]。

在煤礦地質(zhì)應(yīng)急救援中，井上下三維（地質(zhì)）模型建立與分析應(yīng)用是相對獨(dú)立的，且為單向流程，因此在桌面端進(jìn)行井上下三維模型建立時，采用主流三維建模軟件（如3DMine）兼容格式；在Web 端進(jìn)行模型發(fā)布與分析應(yīng)用時，采用3DTiles格式。模型格式轉(zhuǎn)換在模型上傳發(fā)布過程中進(jìn)行，Web 端模型發(fā)布流程示意圖如圖6。

圖6 Web 端模型發(fā)布流程示意圖Fig.6 Schematic diagram of Web end model publishing process

基于Web 端的應(yīng)急救援分析是地質(zhì)應(yīng)急救援信息系統(tǒng)的核心內(nèi)容之一，也是系統(tǒng)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。基于Web 端的應(yīng)急救援分析是在模型發(fā)布基礎(chǔ)上進(jìn)行的，主要包含災(zāi)害事故模擬、應(yīng)急救援鉆孔規(guī)劃、逃生路線分析、安全監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示回放等內(nèi)容，各項(xiàng)內(nèi)容對模型處理方法和技術(shù)流程基本相同。以應(yīng)急救援鉆孔分析規(guī)劃為例進(jìn)行說明，應(yīng)急救援鉆孔分析規(guī)劃流程示意圖如圖7。

圖7 應(yīng)急救援鉆孔分析規(guī)劃過程示意圖Fig.7 Schematic diagram of emergency rescue drilling analysis and planning process

根據(jù)井下事故情況，在模型上通過鼠標(biāo)選擇救援鉆孔擬終孔位置，根據(jù)地表情況選擇擬開孔位置（直孔可不選擇），在服務(wù)器后端依據(jù)鉆孔擬開/終孔坐標(biāo)計(jì)算鉆孔基本參數(shù)；利用鉆孔路徑與三維地質(zhì)模型中地層界面交匯點(diǎn)獲得救援鉆孔鉆遇地層及地層厚度，即為鉆孔預(yù)想柱狀。計(jì)算結(jié)果以圖文形式展示，其中圖形結(jié)果以3DTiles 格式顯示在地質(zhì)模型上，文字結(jié)果以表格形式展示。

逃生路線分析是基于巷道連通性，以巷道中心線為基礎(chǔ)計(jì)算其最短路徑。水害模擬是基于井下空間進(jìn)行模擬計(jì)算，空間大小通過巷道橫截面積、標(biāo)高和巷道長度進(jìn)行計(jì)算。

基于Web 端的應(yīng)急救援分析過程中，還要考慮其他地質(zhì)因素的影響，如在水害模擬中要考慮井下實(shí)際空間大小，爆炸模擬中要考慮爆炸當(dāng)量的影響，這些因素直接關(guān)乎采取救援方案和救援效果，也是地質(zhì)應(yīng)急救援的重點(diǎn)研究內(nèi)容[32-33]。

4 系統(tǒng)示范應(yīng)用

以寧夏寧南煤田某煤礦為示范，建立了三維地質(zhì)模型，進(jìn)行了示范性應(yīng)用，對系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)的科學(xué)合理性和功能模塊完備性進(jìn)行了驗(yàn)證。

4.1 示范煤礦基本情況

示范煤礦位于寧夏寧南煤田，礦區(qū)被第四系黃土覆蓋，無基巖出露。區(qū)內(nèi)沖溝發(fā)育，最深可達(dá)200 m。溝谷兩岸直立陡壁、縱橫切割，地形復(fù)雜。區(qū)內(nèi)無長年地表流水。

礦區(qū)地層由老至新依次為：奧陶系下統(tǒng)天景山組（O1-2t）；石炭二疊系太原組（CPt）；三疊系上統(tǒng)上田組（T3s）；侏羅系中統(tǒng)延安組（J2y）、中統(tǒng)直羅組（J2z）、上統(tǒng)安定組（J3a）；白堊系下統(tǒng)宜君組（K1y）；古近系漸新統(tǒng)清水營組（E3q）和第四系（Q）。

礦區(qū)含煤地層為侏羅系中統(tǒng)延安組（J2y），鉆孔揭露最大厚度245.23 m，平均厚196.30 m。共含編號煤層14 層，其中全區(qū)可采煤層2 層，大部可采煤層2 層，局部可采煤層3 層，不可采煤層7 層。煤系整體形態(tài)表現(xiàn)為軸部走向近南北，傾向東的單斜，地層傾角最大可達(dá)到45°。最上部煤層埋藏最淺240 m，最深730 m，平均深度500 m；最下部煤層埋藏最淺350 m，最深900 m，平均埋藏深度630 m。

4.2 系統(tǒng)示范應(yīng)用情況

井下人員行動軌跡回放界面截圖如圖8，應(yīng)急救援鉆孔分析界面截圖如圖9，應(yīng)急救援響應(yīng)流程進(jìn)度圖如圖10。

圖8 井下人員行動軌跡回放界面截圖Fig.8 Screenshot of playback interface for movement trajectory of underground personnel

圖9 應(yīng)急救援鉆孔分析界面截圖Fig.9 Screenshot of emergency rescue drilling analysis interface

圖10 應(yīng)急救援響應(yīng)流程進(jìn)度圖Fig.10 Emergency rescue response process progress chart

示范煤礦的三維地質(zhì)模型是依據(jù)地質(zhì)勘查成果和煤礦采掘資料，通過多源資料融合、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、建庫等數(shù)據(jù)處理過程，在基于C/S 端的三維地質(zhì)建模平臺上完成的。

由圖8 可以看出，井下人員被困時，查看和回放人員定位情況，追溯人員行動軌跡是應(yīng)急救援的重要內(nèi)容，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了人員定位等安全監(jiān)測數(shù)據(jù)的實(shí)時接入、離線導(dǎo)入和回放；系統(tǒng)通過計(jì)算獲得救援鉆孔預(yù)想柱狀和坐標(biāo)等開孔參數(shù)，為鉆探實(shí)施提供依據(jù)（圖9）；通過圖10 可了解地質(zhì)應(yīng)急救援響應(yīng)預(yù)案執(zhí)行進(jìn)度，系統(tǒng)具備根據(jù)救援響應(yīng)流程對救援人員撥打電話、發(fā)送短信，實(shí)時追溯救援流程響應(yīng)情況。

5 結(jié)語

1）煤礦地質(zhì)應(yīng)急救援信息系統(tǒng)立足地質(zhì)勘查單位在應(yīng)急救援中的業(yè)務(wù)特點(diǎn)，采用信息技術(shù)手段助力煤礦應(yīng)急救援工作，提高了地質(zhì)應(yīng)急救援能力，實(shí)現(xiàn)了及時、高效的救援工作，進(jìn)一步體現(xiàn)了應(yīng)急救援工作的意義。

2）建立的基于Web 端的煤礦地質(zhì)模型發(fā)布解決方案，將地質(zhì)模型的瀏覽、分析工作從傳統(tǒng)的桌面端軟件遷移到Web 網(wǎng)頁端，方便用戶通過網(wǎng)絡(luò)隨時隨地查看地質(zhì)模型，為地質(zhì)應(yīng)急救援多方聯(lián)動奠定了基礎(chǔ)。

3）依據(jù)地質(zhì)勘查成果和采掘資料構(gòu)建的井上下三維模型，采用三維空間地理信息分析處理等技術(shù)，模擬井下常見災(zāi)害情況，提供逃生路線分析、制定應(yīng)急救援鉆孔方案，為科學(xué)救援輔助決策提供了依據(jù)。

4）根據(jù)地質(zhì)業(yè)務(wù)特點(diǎn)建立的應(yīng)急響應(yīng)流程，依此開發(fā)的應(yīng)急救援指揮子系統(tǒng)，可快速查詢區(qū)域內(nèi)應(yīng)急救援資源，對應(yīng)急救援任務(wù)的創(chuàng)建、動態(tài)監(jiān)管、執(zhí)行過程、任務(wù)解除等關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行全流程的管理跟蹤，實(shí)現(xiàn)了自動化指揮，也為事后總結(jié)復(fù)盤提供了可追溯的數(shù)據(jù)資料。

5）系統(tǒng)建立的多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)和數(shù)據(jù)庫建庫技術(shù)，為系統(tǒng)性進(jìn)行地質(zhì)、采掘等資料的快速處理和建庫奠定了基礎(chǔ)。在煤礦發(fā)生事故后，可快速建立相關(guān)數(shù)據(jù)庫，進(jìn)行應(yīng)急救援分析，為發(fā)揮地質(zhì)應(yīng)急救援科學(xué)價(jià)值奠定了基礎(chǔ)。

6）在應(yīng)急救援分析過程中，還要考慮其他地質(zhì)因素的影響，如在水害模擬中要考慮井下實(shí)際空間大小，爆炸模擬中還要考慮爆炸當(dāng)量的影響，這些因素直接關(guān)乎采取救援方案和救援效果，也是地質(zhì)應(yīng)急救援進(jìn)一步研究的重點(diǎn)內(nèi)容。