吳 浩，袁 峰，鮑建寬

（1.神華和利時(shí)信息技術(shù)有限公司，北京 100011；2.浙江省嵊州市規(guī)劃管理處，浙江 嵊州 312400；3.黑龍江工程學(xué)院 測(cè)繪工程系，黑龍江 哈爾 濱150050）

鉆孔和煤質(zhì)數(shù)據(jù)是煤田地質(zhì)工作中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，煤田地質(zhì)人員在煤田地質(zhì)勘探不同階段和煤礦開采過程中均離不開它們。盡管目前通過某些專業(yè)的軟件可以繪制鉆孔柱狀圖、生成煤質(zhì)成果分析表，但是這些軟件通常只是一個(gè)獨(dú)立的應(yīng)用系統(tǒng)，很難實(shí)現(xiàn)兩者信息的結(jié)合及綜合利用。筆者提出通過建立鉆孔煤質(zhì)數(shù)據(jù)庫，利用專業(yè)的GIS系統(tǒng)將這些信息加以有效整合，更好地為煤田地質(zhì)工作服務(wù)并指導(dǎo)煤炭生產(chǎn)。本文以煤炭鉆孔柱狀圖為基礎(chǔ)，利用ArcGIS強(qiáng)大的圖形繪制和空間數(shù)據(jù)管理功能實(shí)現(xiàn)鉆孔圖形的自動(dòng)繪制與編輯，并基于鉆孔柱狀圖實(shí)現(xiàn)鉆孔數(shù)據(jù)與煤質(zhì)化驗(yàn)數(shù)據(jù)的集成查詢與綜合應(yīng)用。

1 ArcGIS Engine簡(jiǎn)介

ArcGIS是美國ESRI（Environment Systems Resaerch Institute，Inc.美國壞境系統(tǒng)研究所公司）推出的為不同需求層次用戶提供的全面的、可伸縮的GIS產(chǎn)品，它代表了當(dāng)前GIS行業(yè)的最高技術(shù)水平，其強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)管理能力能將空間信息和屬性信息統(tǒng)一存貯在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，不僅能滿足一般業(yè)務(wù)管理的需要，還能將該業(yè)務(wù)結(jié)合空間位置等信息以圖形化的方式展示給用戶，更好地為用戶提供服務(wù)。目前，該產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于國土、測(cè)繪、交通、公共安全和應(yīng)急救災(zāi)等不同行業(yè)，其中Arc－GIS Engine是ArcGIS產(chǎn)品線中重要一員。

ArcGIS Engine是一組完備的并且打包的嵌入式GIS組件庫和工具庫，它基于ArcGIS的核心——Ar－cObjects構(gòu)建，具備ArcGIS的所有功能。基于ArcGIS Engine，開發(fā)人員可以按照用戶需要來創(chuàng)建新的或擴(kuò)展已有的桌面應(yīng)用程序。開發(fā)人員利用它可以將ArcGIS已有的功能嵌入到應(yīng)用軟件中，如自定義行業(yè)專用產(chǎn)品，或嵌入到商業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用軟件中，如Mirosoft word或powerpoint；還可以創(chuàng)建集中式自定義應(yīng)用軟件，并將其發(fā)送給機(jī)構(gòu)內(nèi)的多個(gè)用戶。

2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

鉆孔煤質(zhì)數(shù)據(jù)庫主要是為繪制鉆孔圖和查詢煤質(zhì)信息而設(shè)計(jì)的，它主要由3部分組成，如圖1所示。鉆孔煤質(zhì)數(shù)據(jù)庫一部分是共用的信息表，如礦井編碼和巖石編碼等；另一部分是為繪制鉆孔圖而必須的一些表，如鉆孔名稱、地層資料表等；第三部分是與鉆孔信息相關(guān)的煤質(zhì)數(shù)據(jù)表，如煤質(zhì)分析、煤巖鑒定表等。這樣設(shè)計(jì)的目的就是將鉆孔數(shù)據(jù)與其煤質(zhì)信息集中存貯，這樣不僅可以通過鉆孔柱狀圖查看地質(zhì)層位情況，還可利用鉆孔柱狀圖方便地查詢到對(duì)應(yīng)煤層的煤質(zhì)情況，達(dá)到數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理和綜合利用。

圖1 數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖

按照以上要求，鉆孔煤質(zhì)數(shù)據(jù)庫主要包含3大塊內(nèi)容：基礎(chǔ)表、鉆孔數(shù)據(jù)表、煤質(zhì)數(shù)據(jù)表。

2.1 基礎(chǔ)表

基礎(chǔ)表包括：

1）巖石編碼表：該表主要用于記錄所有巖石的名稱和編碼，名稱和編碼以原煤炭工業(yè)出版社印發(fā)的《煤礦地質(zhì)測(cè)量圖例》中巖石編碼為準(zhǔn)，同時(shí)該表也是鉆孔數(shù)據(jù)庫和符號(hào)數(shù)據(jù)庫聯(lián)系的基礎(chǔ)；

2）礦井編碼表：與巖石編碼表性質(zhì)一樣，主要用于記錄礦井名稱和編碼，該表主要用于將來系統(tǒng)擴(kuò)展到集團(tuán)級(jí)后，能方便管理和維護(hù)礦井的信息。

2.2 鉆孔數(shù)據(jù)表

鉆孔數(shù)據(jù)表包括：

1）鉆孔名稱表：主要用于記錄鉆孔的一些基本信息，如位置、（涉及到的）勘探線、開竣工日期、鉆探人員等相關(guān)信息；

2）鉆孔地層資料表：主要用于記錄鉆孔每個(gè)層位的相關(guān)信息，內(nèi)容分別為：地層信息、巖石編碼及厚度等信息。如果該地層為煤還需記錄煤層名稱；

3）鉆孔測(cè)斜表：主要用于打完鉆孔后，測(cè)量鉆孔的傾斜度，記錄的內(nèi)容就是測(cè)點(diǎn)深度、天頂角和方位角；

4）鉆孔測(cè)井表：打完鉆孔后，驗(yàn)證煤層的真實(shí)厚度，主要是避免在打鉆過程中巖心破碎后沒法測(cè)量巖層厚度的情況。它記錄的內(nèi)容包括：巖石編碼、地層信息、底界深度和測(cè)井深度；

5）鉆孔水位消耗量表：主要用于測(cè)量鉆孔水位的情況，內(nèi)容就是測(cè)井深度和水位信息。

2.3 煤質(zhì)數(shù)據(jù)表

煤質(zhì)數(shù)據(jù)表包括：

1）采樣基本表：它是所有煤質(zhì)化驗(yàn)的基礎(chǔ)表，其它的化驗(yàn)表都是以此表來進(jìn)行關(guān)聯(lián)的，內(nèi)容主要包括樣品編碼、鉆孔編碼、煤層編碼、采樣位置等信息；

2）煤質(zhì)分析表：包括采樣煤質(zhì)做的工業(yè)分析（水分、灰分、揮發(fā)性）和元素分析（碳、氫、氮、氧＋硫）的百分比，以及發(fā)熱量以及煤樣低溫干餾后的一些值；

3）煤層灰成份、煤灰熔融性測(cè)試表：用來記錄煤樣的灰分中氧化硅、氧化鐵、氧化鋁、氧化鈣、氧化鎂等的含量以及煤灰熔融性的變形、軟化、半球、溶化的溫度值；

4）煤的著火點(diǎn)、熱穩(wěn)定性、結(jié)渣率及煤塵爆炸性測(cè)試：主要用于記錄煤樣的熱穩(wěn)定性、結(jié)渣率、著火點(diǎn)值、煤層爆炸性試驗(yàn)中水、灰、揮發(fā)等的比例；

5）硫元素分析、碳酸鹽、可磨性、抗碎強(qiáng)度分析表：細(xì)分硫元素的含量分析，以及煤樣的CO2在不同溫度下化學(xué)反應(yīng)性，以及煤樣的可磨性指數(shù)和抗碎強(qiáng)度百分比；

6）光譜半定量分析匯總表：包括煤樣中金屬元素如鍺、釩、鉻、鈷、鎳等的大致含量而進(jìn)行的光譜半定量分析后記錄的值；

7）煤巖鑒定成果表：檢測(cè)煤樣中有機(jī)質(zhì)各體（鏡質(zhì)體、惰質(zhì)體、殼質(zhì)體等）和無機(jī)質(zhì)各體（如粘土類、硫化物類、碳酸鹽類等）在煤樣中的含量；

8）瓦斯測(cè)試成果綜合表：檢測(cè)煤樣中甲烷、二氧化碳及氮?dú)獾暮?，煤樣的可燃值含量?/p>

9）頂?shù)装鍘r石物理力學(xué)試驗(yàn)成果表：主要用于記錄煤層的頂?shù)装鍘r石的力學(xué)性質(zhì)，主要內(nèi)容有：巖石的比重、天然容重、吸水率、單項(xiàng)抗壓強(qiáng)度和抗剪斷強(qiáng)度參數(shù)等的數(shù)值。

3 鉆孔柱狀圖的繪制及信息查詢

3.1 符號(hào)庫的制作

ArcGIS的圖形文件中是不存貯圖形的寬度、顏色等信息的，它只能通過加載數(shù)據(jù)顯示的時(shí)候符號(hào)化來給圖形以豐富多彩的表現(xiàn)。因此，必須定制符號(hào)庫以便在應(yīng)用程序中調(diào)用。ArcGIS在其桌面客戶端ArcMap中提供了一個(gè)管理及制作符號(hào)庫的工具——“Style Manage”，利用此工具制作出了所有巖石填充的符號(hào)，如圖2所示。制作完后，先將其存為Style文件。

圖2 巖石符號(hào)庫設(shè)計(jì)示意圖

另外，為了更好地利用符號(hào)庫，該系統(tǒng)還專門制作了符號(hào)數(shù)據(jù)庫，就是將style文件的樣式、顏色、大小等以屬性字段的形式存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫文件中，如要使用符號(hào)時(shí)再在系統(tǒng)中編寫代碼實(shí)時(shí)生成符號(hào)。這樣做一方面是為了避免因ArcGIS版本升級(jí)導(dǎo)致Style文件不通用的問題；另一方面，該系統(tǒng)將來在B/S結(jié)構(gòu)擴(kuò)展的情況下，該符號(hào)庫也能得到有效利用。

3.2 鉆孔圖的繪制

為了完整地繪制出鉆孔柱狀圖，系統(tǒng)分別采用ArcGIS的注記層（Annoation）、線層（Polyline）、面層（Polygon）來繪制鉆孔柱狀圖的不同內(nèi)容，如圖3所示。Annoation層主要用于存儲(chǔ)鉆孔柱狀圖中的文字部分，包括鉆孔的基本信息，如孔號(hào)、位置、制圖人等，及鉆孔的巖性描述、巖層編碼和層厚等輔助信息；Polyline主要用于繪制柱狀圖的外框、格網(wǎng)圖以及其它為鉆孔圖服務(wù)的曲線，如測(cè)井曲線、水文曲線等，為了區(qū)別這些線，系統(tǒng)將在Polyline圖層中加一個(gè)“類型”字段利用符號(hào)化來區(qū)別不同種類的線。Polygon層主要用于繪制鉆孔柱狀中的柱狀巖石填充部分，不同的巖石填充符號(hào)是不一致的，ArcGIS中只有用面填充才能表現(xiàn)巖性面域的符號(hào)，系統(tǒng)在Polygon層中加入了一個(gè)“巖石編碼”的字段，以便將來用不同符號(hào)渲染不同巖層。

圖3 鉆孔柱狀圖顯示及煤質(zhì)查詢示意圖

3.3 煤質(zhì)數(shù)據(jù)查詢和統(tǒng)計(jì)輸出

為了實(shí)現(xiàn)鉆孔柱狀圖和煤質(zhì)數(shù)據(jù)的交互應(yīng)用，系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)充分利用了ArcGIS圖形和屬性關(guān)聯(lián)的特點(diǎn)，在鉆孔柱狀圖的巖石層（Polygon層）中加入了鉆孔編碼的屬性，這樣用戶就可利用鉆孔編碼和煤層編碼（巖石編碼字段中是煤的部分將填寫煤層編碼）查詢到對(duì)應(yīng)的煤質(zhì)信息，在同一界面中為用戶展示出多種信息。

另外，為了滿足實(shí)際工作的需要，系統(tǒng)還實(shí)現(xiàn)了對(duì)任意鉆孔或煤層（利用GIS的空間查詢或?qū)傩圆樵冋页鰧?duì)應(yīng)鉆孔或煤層）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)匯總并按照規(guī)范輸出煤質(zhì)分析表、瓦斯測(cè)試成果表（見表1）、鉆孔成果表等。

表1 鉆孔瓦斯測(cè)試成果

4 鉆孔煤質(zhì)數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用

上述設(shè)計(jì)目前也應(yīng)用到了筆者公司正在實(shí)施的煤炭資源信息系統(tǒng)中（見圖4），通過建立統(tǒng)一的礦區(qū)地測(cè)空間數(shù)據(jù)庫（在鉆孔煤質(zhì)數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上增加地質(zhì)構(gòu)造、生產(chǎn)測(cè)量等信息），將勘探及開采過程中的地質(zhì)、測(cè)量、煤質(zhì)化驗(yàn)等數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)礦區(qū)地測(cè)數(shù)據(jù)全生命周期的集中管理。一方面，通過地質(zhì)圖中鉆孔的關(guān)聯(lián)，直接查詢對(duì)應(yīng)鉆孔層位及煤質(zhì)的相關(guān)信息；另一方面在系統(tǒng)中利用這些綜合信息，不僅能實(shí)時(shí)生成數(shù)據(jù)變化后的鉆孔柱狀圖和相應(yīng)報(bào)表，還能生成任意位置的剖面圖、煤質(zhì)分析圖等，更好地指導(dǎo)生產(chǎn)。另外，該系統(tǒng)的建立也為將來實(shí)現(xiàn)神華礦區(qū)綜合地質(zhì)研究、環(huán)境治理和銷售過程中的煤質(zhì)管理提供有力支撐。

圖4 基于地質(zhì)圖的鉆孔煤質(zhì)信息查詢

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