許江濤 林劉軍 文廣超

(1.河南工業(yè)和信息化職業(yè)學(xué)院，河南焦作 454000;2.河南工程技術(shù)學(xué)校，河南焦作 454000;3.河南理工大學(xué)，河南 焦作 454000)

0 引言

在我國(guó)煤礦水害一直是影響煤礦安全生產(chǎn)與科研的大難題，但煤礦水害信息的處理卻處于散亂和不完善狀態(tài)，以致不能科學(xué)地分析和利用各種水文地質(zhì)信息，合理地進(jìn)行防治工作。地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System，簡(jiǎn)寫(xiě)為GIS)是一種特定的十分重要的空間信息系統(tǒng)，它是在計(jì)算機(jī)硬、軟件系統(tǒng)支持下，對(duì)整個(gè)或部分地球表層空間中的有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、儲(chǔ)存、管理、運(yùn)算、分析、顯示和描述的技術(shù)系統(tǒng)。借助于地理信息系統(tǒng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)煤礦資料的科學(xué)管理、充分利用，為煤礦水害的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)提供服務(wù)，進(jìn)而為煤礦安全生產(chǎn)提供保障。

1 系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)煤礦單位進(jìn)行走訪、實(shí)地調(diào)研，獲得了煤礦用戶對(duì)水害防治系統(tǒng)的功能需求，之后確定了煤礦水害防治輔助決策系統(tǒng)的總體框架?？傮w框架設(shè)計(jì)見(jiàn)圖1。

2 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

利用組件開(kāi)發(fā)技術(shù)和面向?qū)ο蟮母呒?jí)程序語(yǔ)言C#對(duì)Super-Map進(jìn)行了軟件開(kāi)發(fā)，編制了煤礦防治水系統(tǒng)的程序，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)功能。

2.1 水文地質(zhì)數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)

圖件管理主要包括:鉆孔柱狀圖、煤層儲(chǔ)量圖、采區(qū)煤層底板等高線圖、探放水設(shè)計(jì)圖等圖件的繪制、修改、打印輸出。數(shù)據(jù)管理主要實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的查詢、修改、添加、刪除等操作。導(dǎo)入導(dǎo)出功能主要是為了實(shí)現(xiàn)不同格式數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換，以達(dá)到數(shù)據(jù)共享。

2.2 突水預(yù)測(cè)子系統(tǒng)

1)底板水預(yù)測(cè)模塊。底板水預(yù)測(cè)采用突水系數(shù)法，突水系數(shù)(Tr)法預(yù)測(cè)模型的基本原理是通過(guò)水壓(P)、隔水層厚度(M)、底板破壞帶厚度(Cp)，依據(jù)式(1)或式(2)進(jìn)行計(jì)算，將水文觀測(cè)孔的突水系數(shù)進(jìn)行空間插值獲得整個(gè)研究區(qū)的突水系數(shù)值，并按照等級(jí)進(jìn)行區(qū)域的分隔，從而達(dá)到突水預(yù)測(cè)目的［1，2］。

方法一公式為:

方法二公式為:

其中，bi為第 i隔水層巖性換算系數(shù);mi為第 i隔水層的厚度。

2)頂板水預(yù)測(cè)模塊。頂板突水預(yù)測(cè)采用的是概率指數(shù)法，該方法是將影響頂板突水的各因素進(jìn)行量化，根據(jù)各因素的重要程度賦予相應(yīng)的權(quán)重，最后通過(guò)對(duì)加權(quán)求和得到的指標(biāo)即為突水概率指數(shù)［3］。

突水概率指數(shù)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

用賦權(quán)求和建立的數(shù)學(xué)模型:E=W×PW+S×PS+R×PR+P×PP+G×PG。

其中，PW，PS，PR，PP，PG分別為概率指數(shù) W，S，R，P，G 的權(quán)重。例如可以把強(qiáng)、較強(qiáng)、較弱、弱4個(gè)級(jí)別的數(shù)值分別定為1.0，0.7，0.5，0.3。其中，權(quán)重、級(jí)別劃分和級(jí)別數(shù)值都要同專家和工程技術(shù)人員討論確定。

2.3 輔助決策子系統(tǒng)

輔助決策子系統(tǒng)，就是利用GIS技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)煤礦水害防治，為工作技術(shù)人員提供一個(gè)解決煤礦水害問(wèn)題的計(jì)算機(jī)人工智能環(huán)境，同時(shí)也為領(lǐng)導(dǎo)決策提供方案，提高科學(xué)決策水平。

1)探放水模塊。將積水量、放水鉆孔孔徑、探水超前距和幫距的計(jì)算全部交由計(jì)算機(jī)來(lái)完成，用戶只需在該模塊的界面中按提示輸入相關(guān)數(shù)據(jù)即可。此外，本模塊還將探水作業(yè)與探水方法以文本和示意圖的形式存儲(chǔ)在軟件中，以供用戶在用到時(shí)查閱。

2)注漿模塊。主要實(shí)現(xiàn)注漿堵水、帷幕注漿和注漿改造，對(duì)其應(yīng)用條件、施工方法、施工工藝及效果檢驗(yàn)等給出了詳細(xì)的作業(yè)方法。

3)防水煤巖柱留設(shè)模塊。根據(jù)《礦井水文地質(zhì)規(guī)程》規(guī)定的留設(shè)防水煤(巖)柱的各種情況，完成防水煤巖柱留設(shè)的相關(guān)計(jì)算［4，5］。

4)涌水量預(yù)測(cè)模塊。利用水文地質(zhì)比擬法、Q—S曲線法、回歸法完成單位時(shí)間內(nèi)涌入礦坑的水量計(jì)算。

5)疏降模塊。疏降就是疏水降壓，煤礦疏水降壓計(jì)算主要有巷道疏水與鉆孔疏水降壓兩大塊，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3所示［5］。

3 結(jié)語(yǔ)

系統(tǒng)開(kāi)發(fā)完成后，在平頂山煤業(yè)集團(tuán)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，結(jié)果表明，軟件界面人機(jī)交互友好，操作簡(jiǎn)便易于掌握，煤礦水害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率較高，礦井疏降方案可行，為煤礦水害防治工作起到了一定的積極作用。

［1］桂祥友，郁鐘銘.礦井水災(zāi)害預(yù)測(cè)的安全評(píng)價(jià)研究［J］.中國(guó)礦業(yè)，2006，15(5):35-38.

［2］施龍青，韓 進(jìn).底板突水機(jī)理及預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)［M］.徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2004.

［3］施龍青，韓 進(jìn).用突水概率指數(shù)法預(yù)測(cè)采場(chǎng)底板突水［J］.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1999(5):17-18.

［4］劉亞川，潘結(jié)南，張麗紅，等.基于GIS技術(shù)的礦井水文地質(zhì)空間決策支持系統(tǒng)的研究［J］.礦山測(cè)量，2003(2):15-18.

［5］許江濤，文廣超.基于GIS的礦井防治水輔助決策系統(tǒng)［J］.中國(guó)煤炭，2008，34(9):51-52.