基于WebGIS的礦井水害動態分析方法

閆　勇

（山東能源新汶礦業集團公司，山東　泰安　271219）

基于WebGIS的礦井水害動態分析方法

閆勇

（山東能源新汶礦業集團公司，山東泰安271219）

摘要：作為礦井主要災害之一，礦井水害一直嚴重威脅著煤礦安全生產。本文以新汶礦區為背景，針對生產計劃、危險源和巷道，建立了包括危險源超前預警模型、危險源相關巷道預警模型以及巷道空間關系預警模型在內的新汶各礦采掘工作面水患預警模型，應用GIS空間分析技術，實現了對采掘作業危險源的實時、動態預警以及災害超前預警，并在新汶集團的運行實踐中取得了良好的應用效果。

關鍵詞：WebGIS；礦井；水害；預警

礦井水害與瓦斯、煤塵等并列為礦山建設與生產安全的主要災害之一，長時間威脅著礦山企業的安全生產與廣大職工的生命安全。因此對礦井水文地質信息進行有效管理、分析及綜合預測預警，對指導礦井生產和礦井水害防治具有重要意義。

隨著計算機技術的不斷發展和應用，水患信息管理與分析預測技術和方法也在不斷更新。地理信息系統（GIS）作為一門集計算機技術、地學理論、空間科學、信息管理技術于一體的新興邊緣學科，不僅能存儲、分析和表達現實世界中各種對象的屬性信息，而且能處理其空間定位特征，將空間數據和屬性數據結合起來，形象、直觀地提供數據查詢、檢索、統計分析等功能。基于GIS實現礦井水害防治預警，開發研制基于WebGIS的礦井水害動態分析系統的研究具有重要現實意義。

1　研究技術分析

1.1WebGIS技術

WebGIS是Internet技術應用于GIS開發的產物。GIS通過WWW功能得以擴展，真正成為一種大眾使用的工具。從WWW的任意一個節點，Internet用戶使用通用瀏覽器就可以瀏覽WebGIS站點中的空間數據、制作專題圖，以及進行各種空間檢索和空間分析，從而使GIS進入千家萬戶。北京龍軟科技發展有限公司的Longruan WebGIS 是面向煤礦用戶，實現數據的在線查詢、瀏覽和遠程監測管理等功能。龍軟WebGIS控件是對龍軟GIS平臺底層的COM封裝，它采用基于分布式組件對象模型DCOM的ActiveX技術。用戶在首次執行界面圖形操作時，客戶端會自動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現對圖形的放大、縮小、平移、屬性查詢、尺寸量測等基本操作。

1.2針對生產進尺的水害動態分析方法

根據關注點的不同，基于WebGIS的礦井水害動態分析的研究包括三部分內容：一是在采掘工程平面圖上實現圈出巷道低洼點、積水區域等水害范圍，當巷道掘進或回采接近這些區域時，系統自動提示、報警，并將報警信息保存于數據庫中。二是提供搜索與危險源處于同一水平或不同水平的其他巷道的最短距離計算；如果距離介于設定的安全警戒范圍實行報警，并可在人工分析后解除警報等。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區及計算二者之間的最短距離，該距離可能尚未達到方法一中的預警指標，但確實存在一定的危險與隱患，為礦上相關技術人員提前采取措施，制定相應的防治水計劃提供指導。預警及消警流程如下：

（1）根據空間數據庫中的實時數據在采掘圖上建立或重構帶封閉不良鉆孔、采空區或水文異常區等水害危險區，保證模型的時效性。

（2）根據采掘面的平面位置、采掘方向、空間數據庫中的計劃/實際進尺數和設定的預警距離推算出預警位置，通過模型獲取該位置的水害危險區。

（3）將工作地點和危險區之間的最短距離與指標體系中的閾值進行比較，若小于閾值，則發出預警信息。

（4）預警時還提供預警位置的計劃/實際進尺數、危險距離等情況。

（5）已采取相應措施治理并安全越過該危險區后可人為消警。

根據以上流程，設計了礦井水害動態分析系統。系統實現過程包括數據準備階段、預警階段和消警階段，系統預警流程如圖1所示。

圖1　基于WebGIS的水害動態分析方法流程圖

采掘過程中的實時預警方法能夠以采掘面作為對象進行預警，使工作人員能夠及時采取措施以防止即將發生的災害，但是這種預警不能夠對災害做出長期的預測，不便讓工作人員制定確保生產安全的長期防治方案，難以滿足生產計劃層面的需求。為了改進以上不足，在實時預警功能的基礎上，研究了生產計劃層面的預警方法，通過分析危險區域和工作面的位置關系判斷整個工作面是否可能發生危險，并通過接續計劃預演，對生產計劃進行長期的預警，預警流程如圖2所示。

圖2　針對生產進尺的水害動態分析方法流程圖

圖3　計劃進尺數據管理

2　方法實現

2.1進尺管理

此功能為超前預警提供基礎的數據支持。礦井技術人員每月定期將計劃進尺數錄入系統，在水害超前預警中，根據采掘面位置、掘進方向和計劃進尺數計算預計工作位置，使系統實現針對生產計劃的預警。進尺管理的顯示效果如圖3所示。

2.2水害危險源超前預警評價

GIS空間分析是危險源隱患識別的重要手段，同時也是安全事故預警預報的重要途徑。系統利用空間分析中的最短距離分析、包含分析方法，計算采掘工作面到危險源的最短距離，將所求最短距離與危險源評價指標體系中的設定值進行對比分析和預警展示，即可達到安全預警的目的。

此功能是在客戶端WebGIS上實現的危險源動態、實時評價報警，系統自動發出預警信號，并以不同顏色進行分級預警，并將預警信息進行展示和存入預警信息數據庫，可進行定位，采取相關措施后，用戶可以對預警信息進行消警。預警效果如圖4所示，下方窗口為預警窗口，顯示當前的預警信息。底圖是采掘工程平面圖，根據掘進方向和進尺數計算預期工作位置并在圖形上自動繪制顯示，使系統實現針對生產計劃的預警。

圖4　水害危險源超前預警評價示意圖

2.3危險源相關巷道預警

系統獲取危險源位置和相應的預警指標，搜索與危險源處于同一水平或不同水平的其他巷道，并對二者之間的最短距離進行計算；如果距離介于設定的安全警戒范圍實行報警，并可在人工分析后解除警報等。實現效果如圖5所示，底圖為采掘工程平面圖，打開下方窗口自動獲取所有危險源，選定危險源后搜索相關巷道并預警。可通過預警信息在采掘圖上對相應采掘面進行定位。

2.4巷道空間關系預警

圖5　危險源相關巷道預警

根據一點或圖形上所有的掘進頭坐標，根據一定的距離和方位，從圖形或數據庫中立體搜索距離該掘進頭符合所設置的搜索范圍的所有巷道信息。實現效果如圖6所示，在采掘圖上拾取掘進頭坐標，設定搜索范圍，以該坐標為中心，搜索范圍為半徑搜索區域內的危險源，為礦上相關技術人員提前采取措施，制定相應的防治水計劃提供指導。

圖6　巷道空間關系預警

3　結語

本研究應用于“新汶礦業集團礦井水害預報預警系統研究”項目，能夠利用大量地測及生產數據，針對生產計劃、危險源或巷道等關注點的不同，建立了新汶各礦采掘工作面水患預警模型（包括危險源超前預警模型、危險源相關巷道預警模型以及巷道空間關系預警模型），應用GIS空間分析技術，實現了對采掘作業危險源的實時、動態預警以及災害超前預警，并在新汶集團的運行實踐中取得了良好的應用效果，提高了預警的準確性與效率。

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