楊亞杰，袁振坤

(1．河南神火興隆礦業(yè)有限責(zé)任公司泉店煤礦，河南 許昌 461000;2．河南神火煤業(yè)小煤礦區(qū)域管理一公司，河南 禹州 461670)

我國煤礦安全生產(chǎn)中瓦斯事故時有發(fā)生，嚴(yán)重危害礦工的生命安全及煤礦的安全生產(chǎn)。由于其隱蔽性、隨機性，造成的后果往往是災(zāi)難性的。河南神火泉店煤礦位于河南省禹州煤田東部的禹州市和許昌縣之間，泉店礦井采用立井(主井、副井、中央風(fēng)井)、單水平上下山開，大巷水平標(biāo)高為－540 m，布置在二1煤層頂板砂巖中，采用一次采全高傾斜長壁后退式采煤法開采。礦井初期投產(chǎn)兩個采區(qū)，通風(fēng)方式為抽出式，通風(fēng)系統(tǒng)為中央并列式，即有副井進(jìn)風(fēng)，中央風(fēng)井回風(fēng)。礦區(qū)可采煤層總體瓦斯含量不大。二1煤瓦斯含量 0．00 ～6．71 mL/g，平均 1．16 mL/g;堅固性系數(shù)0．17 ～0．20，放散初速度3．7 ～5．9;儲層壓力0．3 ～0．67 MPa。二3煤瓦斯含量 0．00 ～0．38 mL/g，平均0．10 mL/g。四6煤瓦斯含量 0．00 ～0．17 mL/g，平均0．03 mL/g。由于受區(qū)域構(gòu)造的影響，煤系地層在長期遭受剝蝕風(fēng)化等多種地質(zhì)作用的影響下，煤的原始結(jié)構(gòu)破壞，堅固性系數(shù)值變小;放散初速度值增大，瓦斯儲層壓力減低。

1 系統(tǒng)設(shè)計的目標(biāo)和原則

1．1 系統(tǒng)設(shè)計的目標(biāo)

系統(tǒng)是以礦井瓦斯地質(zhì)信息數(shù)據(jù)管理為研究對象，運用地球科學(xué)技術(shù)和計算機技術(shù)，并根據(jù)國家統(tǒng)一規(guī)范建立礦山瓦斯預(yù)測信息管理系統(tǒng)。其設(shè)計的具體目標(biāo)如下：

1)系統(tǒng)直接為煤礦瓦斯信息預(yù)測管理服務(wù)，利用本系統(tǒng)實現(xiàn)各個數(shù)據(jù)信息的輸入、查詢、計算、統(tǒng)計、多因素分析和輸出等功能。

2)利用GIS平臺及計算機技術(shù)來實現(xiàn)煤與瓦斯突出影響因素信息的統(tǒng)一管理和共享。

3)利用系統(tǒng)的高速計算與預(yù)測技術(shù)實現(xiàn)煤與瓦斯突出的預(yù)測與防治，針對性地對某區(qū)域進(jìn)行瓦斯賦存及變化規(guī)律研究和突出危險性決策分析，以求實現(xiàn)煤礦安全高效生產(chǎn)。

1．2 系統(tǒng)設(shè)計原則

1)數(shù)據(jù)規(guī)范性。為了使系統(tǒng)結(jié)果具有較高可信性，系統(tǒng)輸入的數(shù)據(jù)格式要規(guī)范，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)清新，坐標(biāo)系統(tǒng)統(tǒng)一等，在此原則下，本系統(tǒng)要建立一個包括煤與瓦斯突出各種影響因素的圖像、圖形等的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫。

2)實用與科學(xué)性。數(shù)據(jù)庫與系統(tǒng)的建立能滿足生產(chǎn)單位各個部門對煤與瓦斯突出危險性影響因素數(shù)據(jù)的查詢、統(tǒng)計及決策分析。系統(tǒng)在GIS軟件平臺基礎(chǔ)上，系統(tǒng)預(yù)測結(jié)果要有較高可信性，以達(dá)到預(yù)防目的。

2 系統(tǒng)設(shè)計

煤與瓦斯突出的發(fā)生，主要是由煤本身的物理力學(xué)性質(zhì)及地應(yīng)力、瓦斯等多因素共同影響的結(jié)果。若使預(yù)測結(jié)果有較高可信度，所需要的各因素數(shù)據(jù)信息量是巨大的。煤礦瓦斯預(yù)測信息管理系統(tǒng)是以GIS為軟件平臺，以解決煤礦瓦斯主控因素信息處理及決策支持相關(guān)的專題應(yīng)用型信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)從空間地質(zhì)數(shù)據(jù)信息的獲取、查詢和決策分析入手，提供煤與瓦斯危險性分析的動態(tài)和實時預(yù)測分析。

2．1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

本系統(tǒng)主要針對煤礦安全生產(chǎn)部門，利用先進(jìn)的GIS技術(shù)和計算機技術(shù)，采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模式，軟件設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

其系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計示意圖見圖1。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計示意圖

2．2 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計

煤礦瓦斯預(yù)測系統(tǒng)主要有數(shù)據(jù)輸入與編輯子系統(tǒng)、信息查詢與檢索子系統(tǒng)、空間數(shù)據(jù)可視化子系統(tǒng)、煤與瓦斯突出危險區(qū)預(yù)測子系統(tǒng)，煤與瓦斯突出防治預(yù)案子系統(tǒng)。

1)數(shù)據(jù)輸入與編輯子系統(tǒng)，該系統(tǒng)可輸入各種類型的數(shù)據(jù)信息，包括文字、圖形等數(shù)據(jù)存儲于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)Access 2003中，等待后續(xù)計算隨時調(diào)用。建立數(shù)據(jù)庫方便實時更新影響煤與瓦斯突出危險性的各個因素數(shù)據(jù)，在煤礦開采中，用戶可以隨時修改及編輯各類數(shù)據(jù)，保證預(yù)測結(jié)果有較高可靠度。

2)信息查詢與檢索子系統(tǒng)。GIS系統(tǒng)中的MIS可以對空間數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確的查詢與定位，可實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)庫中各種類型的數(shù)據(jù)查詢，使用戶能隨時調(diào)閱研究空間數(shù)據(jù)。

3)可視化顯示子系統(tǒng)。該子系統(tǒng)負(fù)責(zé)顯示數(shù)據(jù)庫中的文字、圖像等數(shù)據(jù)以及預(yù)測結(jié)果評價等，能直觀的、全面地反映煤與瓦斯可能突出的區(qū)域等。

4)瓦斯預(yù)測子系統(tǒng)。該系統(tǒng)能根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)，以GIS為基礎(chǔ)平臺，根據(jù)設(shè)計好的程序進(jìn)行多因素綜合預(yù)測，要提高預(yù)測結(jié)果的可靠性需要大量的歷史數(shù)據(jù)作為參考，并根據(jù)當(dāng)前開采數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合預(yù)測，預(yù)測結(jié)果通過可視化系統(tǒng)直觀地顯示給用戶，為用戶提供參考。

5)瓦斯防治預(yù)案子系統(tǒng)。該系統(tǒng)根據(jù)瓦斯預(yù)測子系統(tǒng)，調(diào)用數(shù)據(jù)庫中歷史防治措施，并綜合多種防治措施提供幾種最優(yōu)防治措施，供用戶選擇或作為參考。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)技術(shù)路線

系統(tǒng)需要存儲多種海量數(shù)據(jù)，有圖片格式、矢量圖形以及 GIS數(shù)據(jù)文件等，本系統(tǒng)選用了 Access 2003作為存儲數(shù)據(jù)庫，本系統(tǒng)軟件開發(fā)采用VB+Arcgis的開發(fā)模式，結(jié)合GIS系統(tǒng)工具并對其進(jìn)行二次開發(fā)。既能利用GIS工具對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理分析，也可利用其強大的可視化輸出功能對預(yù)測結(jié)果進(jìn)行可視化輸出，方便用戶管理分析。

4 系統(tǒng)應(yīng)用

泉店煤礦礦區(qū)可采煤層瓦斯含量隨煤層埋藏深度的增加而增大，特別是隨煤層上覆基巖保存厚度(有效地層厚度)的增加，而煤層瓦斯含量增大。本礦井二1煤瓦斯含量較低，但由于瓦斯賦存的不均衡規(guī)律，瓦斯有可能會局部聚集，瓦斯含量較高。在氮氣～沼氣帶中會存在高沼氣區(qū);沼氣帶中也會存在小面積氮氣沼氣帶。特別是在小斷層附近、斷層尖滅端、地層產(chǎn)狀變化處、煤厚變化地段和地應(yīng)力集中部位，煤質(zhì)疏松，生產(chǎn)中應(yīng)予以足夠重視，將研究區(qū)內(nèi)瓦斯含量，鉆孔數(shù)據(jù)，煤的物理力學(xué)性質(zhì)以及采掘工程平面圖等各種數(shù)據(jù)及圖形信息等資料輸入系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)中的歷史數(shù)據(jù)，以GIS為軟件平臺進(jìn)行多因素評價分析，獲得研究區(qū)的預(yù)測結(jié)果圖，見圖2。

在圖2中1區(qū)域由于地質(zhì)、開采條件比較好，瓦斯壓力較小，煤層厚度較薄，根據(jù)歷史經(jīng)驗數(shù)據(jù)通過本系統(tǒng)分析次區(qū)域為非突出區(qū)，而區(qū)域6，通過多因素分析，此區(qū)域構(gòu)造發(fā)育，瓦斯壓力較大，開采過程中可能會發(fā)生瓦斯突出，可根據(jù)系統(tǒng)提供的應(yīng)急方案，采取有效措施，防治煤與瓦斯突出的發(fā)生。

5 結(jié)語

本文旨在探討煤與瓦斯突出危險性預(yù)測與GIS技術(shù)的結(jié)合，充分利用GIS強大的空間分析處理功能，實現(xiàn)對煤礦瓦斯影響數(shù)據(jù)的有效管理，并在此基礎(chǔ)上利用海量的數(shù)據(jù)與正確可靠的數(shù)學(xué)模型相結(jié)合，實現(xiàn)煤與瓦斯突出預(yù)警，為煤礦瓦斯預(yù)測提供科學(xué)的決策依據(jù)。

圖2 多因素預(yù)測結(jié)果圖

［1］ 湯國安，陳正江，杜牡丹，等．ArcView地理信息系統(tǒng)空間分析方法［M］．北京：科學(xué)出版社，2002：1－15．

［2］ 樊 紅，翟建軍．ArcView GIS應(yīng)用與開發(fā)技術(shù)［M］．武漢：武漢大學(xué)出版社，2003：215－231．

［3］ 彭蘇萍．深部煤炭資源賦存規(guī)律與開發(fā)地質(zhì)評價研究現(xiàn)狀及今后發(fā)展趨勢［J］．煤，2008，17(2)：6．

［4］ (波)M．鮑萊茨基，M．胡戴克，著，于振海，劉天泉，譯．礦山巖體力學(xué)［M］．北京：煤炭工業(yè)出版社，1985：102 －104．

［5］ 俞啟香．礦外瓦斯防治［M］．徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1992：75－77．

［6］ 周世寧，林柏泉．煤層瓦斯賦存與流動理論［M］．北京：煤炭工業(yè)出版社，1999：29－30．

［7］ 劉明光．我國煤礦瓦斯安全監(jiān)控系統(tǒng)綜述［J］．安全生產(chǎn)與監(jiān)督，2007(3)：38－39．

［8］ 林柏泉，崔恒信．礦井瓦斯防治理論與技術(shù)［M］．徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1998：45－46．

［9］ 李文權(quán)．煤層頂板走向鉆孔瓦斯抽放技術(shù)的應(yīng)用［J］．煤炭技術(shù)，2006(6)：76－78．