可視化管理在煤礦采掘工程動態管理中的應用

賴宇

（貴州林東煤業發展有限責任公司龍鳳煤礦，貴州 畢節 551800）

0 前言

煤炭是我國的主要能源之一，被稱為“黑色的金子”，對我國經濟發展和能源安全至關重要，但近些年，我國煤礦安全事故頻發，嚴重影響煤炭產業的發展，對社會穩定和經濟發展也造成了不利影響。采掘工程管理是煤礦生產技術管理的核心內容，主要涉及采掘接替、設計、安全等問題[5]，因此如何全方位的掌握和管理煤礦采掘生產的過程、兼顧采煤和掘進、安生與生產顯得尤為重要。隨著信息技術的發展，如何將三維可視化技術、CAD 技術、GIS 技術、數據庫技術等應用在煤礦采掘生產管理領域，實現煤礦采掘的可視化管理是當代科研工作者必需重視的課題。煤礦采掘工程的動態可視化管理可以使采掘計劃更好科學、客觀、準確，可以大大提高工作效率的同時降低安全事故率，可以產生更高的經濟效益。作者希望通過本文的研究，以期為煤礦采掘工程動態可視化管理工作的發展方向提供一定參考。

1 煤礦采掘工程管理現狀

采掘工程管理是采礦工程技術人員根據約束條件，進行的煤礦生產設計、編制合理采掘銜接計劃、合理配備生產隊組和生產設備、測量資料的建庫、安全管理，涉及地質勘察、測量工程、采礦工程和安全工程等多個學科，科學的采掘工程管理是以最低的成本獲取煤炭資源的可靠保障[6]。而我國傳統的煤礦采掘工程管控主要有手工圖版管理方法和基于CAD 平面圖形管理，這兩種傳統的方式存在無法實時更新采掘最新狀態、采掘失調、可視化程度低等問題，且由于很難及時高效的調整設計、修編計劃和圖紙，無法達到科學合理的指導煤礦生產，導致安全管理滯后、無法廣泛科學的判斷、管理效果達不到理想效果。地質的復雜性、煤層的多變性、煤礦內部構造復雜性、生產安全問題的突發性，采掘生產過程瞬息萬變，持續施加在礦井內部的機械外力會影響井下結構的穩定性，可能會導致煤柱、支護結構等出現位移，發生安全事故，因此實時調整采掘設計、采掘方案、達到實時監控顯得尤為重要，近幾年，越來越多的學者建議依托計算機技術，發展煤礦采掘工程可視化管理技術。目前，隨著信息技術的發展和對高效高質量管理的要求，煤礦地質、采礦、測量和安全等各個技術的聯動和合作顯得尤為重要，如何實現各個部門數據的共享、實時更新、互惠是提高管理水平必須要解決的問題。

2 基于CAD、GIS 等平臺的可視化管理技術

可視化管理是指利用電子計算機技術，基于計算機圖形學和圖像處理技術，實時的將生產過程中產生的抽象數據及計算結果轉換為圖形，三維立體的展現動態圖像，因此具有簡單形象、通俗易懂、管理者可以實時掌握管理對象等的優點。動態可視化是可視化管理的一種模式，是指針對具備變化特征的對象進行可視化管理的行為[4]。

CAD 和GIS 是最為常見的應用在煤礦采掘領域的可視化管理軟件。CAD 軟件目前已經應用在采礦工程各個環節，主要是采用計算機用來繪制和編輯剖面圖、井巷工程、礦道立體圖、設計采礦方案等幾何圖形，雖然其具有強大的繪圖功能，但由于其不包含地理屬性，且未能與數據庫兼容連接，無法實現地理空間意義和實時更新。地理信息系統（GIS）是以地理空間數據為基礎，對空間相關數據進行采集、管理、操作、模擬、分析和顯示，最終達到立體可見的采掘工程現狀。基于CAD、GIS 等平臺的煤礦采掘可視化管理技術，就是實時將煤礦采掘中產生的動態可變的數據，基于CAD 和GIS 強大的圖形和數據管理功能，時刻對煤礦采掘過程進行監管，可在大大提高工作效率的同時降低安全事故率，可以創造更高的經濟效益[3]。

3 煤礦采掘工程的動態可視化管理

煤礦采掘工程的動態可視化管理就是基于CAD、GIS、可視化技術等，賦予圖形工程屬性、空間屬性，將采掘工程圖形、數據集成化管理結合，實時更新，三維立體的展現煤礦采掘工程動態。煤礦采掘工程的動態可視化管理可以使采掘計劃更好科學、客觀、準確，安全管理也更加準確和系統[2]。基于CAD 和GIS 技術的煤礦采掘可視化管理首先將煤礦基礎地質圖形和數據錄入系統中，比如地質構造、回采區和丟煤區、煤層巷道等采掘工程、危險高發區、煤田開采技術邊界線等數據和圖形[1]，繪制和編輯平面圖、剖面圖、安全控制和三維建模。在此基礎上，錄入在煤礦采掘過程中產生的動態數據，并賦予數據以空間屬性，使復雜因素定量化、數字化和可視化，實現對采礦環境的三維建模和繪圖，達到數字化與可視化完美融合[7]。

基于CAD 和GIS 技術的煤礦采掘可視化管理在實時監控瓦斯濃度、通風條件、地下水、地表水、有害氣體、粉塵、以及巖層松動、巖層位移等礦井穩定性方面可發揮重要的作用，當監測數值超過安全臨界值，煤礦采掘可視化動態管理系統即發出警報，管理人員可以發現異常并進行處理，從而得以保證生產工作的安全[4]。

4 結論

我國傳統的煤礦采掘工程管控主要有手工圖版管理方法和基于CAD 平面圖形管理，存在無法實時更新采掘最新狀態、采掘失調、可視化程度低等問題，且由于很難及時高效的調整設計、修編計劃和圖紙，無法達到科學合理的指導煤礦生產。

將CAD、GIS 和可視化技術結合，賦予圖形工程屬性、空間屬性，集中管理采掘工程地理空間數據和其他各種屬性數據，將采掘工程圖形、數據集成化管理結合，可達到實時、三維立體的展現煤礦采掘工程動態，可以大大提高工作效率的同時降低安全事故的發生。