基于WebGIS的矿井水害动态分析方法

闫　勇

（山东能源新汶矿业集团公司，山东　泰安　271219）

基于WebGIS的矿井水害动态分析方法

闫勇

（山东能源新汶矿业集团公司，山东泰安271219）

摘要：作为矿井主要灾害之一，矿井水害一直严重威胁着煤矿安全生产。本文以新汶矿区为背景，针对生产计划、危险源和巷道，建立了包括危险源超前预警模型、危险源相关巷道预警模型以及巷道空间关系预警模型在内的新汶各矿采掘工作面水患预警模型，应用GIS空间分析技术，实现了对采掘作业危险源的实时、动态预警以及灾害超前预警，并在新汶集团的运行实践中取得了良好的应用效果。

关键词：WebGIS；矿井；水害；预警

矿井水害与瓦斯、煤尘等并列为矿山建设与生产安全的主要灾害之一，长时间威胁着矿山企业的安全生产与广大职工的生命安全。因此对矿井水文地质信息进行有效管理、分析及综合预测预警，对指导矿井生产和矿井水害防治具有重要意义。

随着计算机技术的不断发展和应用，水患信息管理与分析预测技术和方法也在不断更新。地理信息系统（GIS）作为一门集计算机技术、地学理论、空间科学、信息管理技术于一体的新兴边缘学科，不仅能存储、分析和表达现实世界中各种对象的属性信息，而且能处理其空间定位特征，将空间数据和属性数据结合起来，形象、直观地提供数据查询、检索、统计分析等功能。基于GIS实现矿井水害防治预警，开发研制基于WebGIS的矿井水害动态分析系统的研究具有重要现实意义。

1　研究技术分析

1.1WebGIS技术

WebGIS是Internet技术应用于GIS开发的产物。GIS通过WWW功能得以扩展，真正成为一种大众使用的工具。从WWW的任意一个节点，Internet用户使用通用浏览器就可以浏览WebGIS站点中的空间数据、制作专题图，以及进行各种空间检索和空间分析，从而使GIS进入千家万户。北京龙软科技发展有限公司的Longruan WebGIS 是面向煤矿用户，实现数据的在线查询、浏览和远程监测管理等功能。龙软WebGIS控件是对龙软GIS平台底层的COM封装，它采用基于分布式组件对象模型DCOM的ActiveX技术。用户在首次执行界面图形操作时，客户端会自动提示下载并安装所需的ActiveX控件，控件安装完毕后即可显示图形并在客户端实现对图形的放大、缩小、平移、属性查询、尺寸量测等基本操作。

1.2针对生产进尺的水害动态分析方法

根据关注点的不同，基于WebGIS的矿井水害动态分析的研究包括三部分内容：一是在采掘工程平面图上实现圈出巷道低洼点、积水区域等水害范围，当巷道掘进或回采接近这些区域时，系统自动提示、报警，并将报警信息保存于数据库中。二是提供搜索与危险源处于同一水平或不同水平的其他巷道的最短距离计算；如果距离介于设定的安全警戒范围实行报警，并可在人工分析后解除警报等。三是指定某条巷道及搜索范围、倾角等搜索条件，搜索符合条件的所有水害危险区及计算二者之间的最短距离，该距离可能尚未达到方法一中的预警指标，但确实存在一定的危险与隐患，为矿上相关技术人员提前采取措施，制定相应的防治水计划提供指导。预警及消警流程如下：

（1）根据空间数据库中的实时数据在采掘图上建立或重构带封闭不良钻孔、采空区或水文异常区等水害危险区，保证模型的时效性。

（2）根据采掘面的平面位置、采掘方向、空间数据库中的计划/实际进尺数和设定的预警距离推算出预警位置，通过模型获取该位置的水害危险区。

（3）将工作地点和危险区之间的最短距离与指标体系中的阈值进行比较，若小于阈值，则发出预警信息。

（4）预警时还提供预警位置的计划/实际进尺数、危险距离等情况。

（5）已采取相应措施治理并安全越过该危险区后可人为消警。

根据以上流程，设计了矿井水害动态分析系统。系统实现过程包括数据准备阶段、预警阶段和消警阶段，系统预警流程如图1所示。

图1　基于WebGIS的水害动态分析方法流程图

采掘过程中的实时预警方法能够以采掘面作为对象进行预警，使工作人员能够及时采取措施以防止即将发生的灾害，但是这种预警不能够对灾害做出长期的预测，不便让工作人员制定确保生产安全的长期防治方案，难以满足生产计划层面的需求。为了改进以上不足，在实时预警功能的基础上，研究了生产计划层面的预警方法，通过分析危险区域和工作面的位置关系判断整个工作面是否可能发生危险，并通过接续计划预演，对生产计划进行长期的预警，预警流程如图2所示。

图2　针对生产进尺的水害动态分析方法流程图

图3　计划进尺数据管理

2　方法实现

2.1进尺管理

此功能为超前预警提供基础的数据支持。矿井技术人员每月定期将计划进尺数录入系统，在水害超前预警中，根据采掘面位置、掘进方向和计划进尺数计算预计工作位置，使系统实现针对生产计划的预警。进尺管理的显示效果如图3所示。

2.2水害危险源超前预警评价

GIS空间分析是危险源隐患识别的重要手段，同时也是安全事故预警预报的重要途径。系统利用空间分析中的最短距离分析、包含分析方法，计算采掘工作面到危险源的最短距离，将所求最短距离与危险源评价指标体系中的设定值进行对比分析和预警展示，即可达到安全预警的目的。

此功能是在客户端WebGIS上实现的危险源动态、实时评价报警，系统自动发出预警信号，并以不同颜色进行分级预警，并将预警信息进行展示和存入预警信息数据库，可进行定位，采取相关措施后，用户可以对预警信息进行消警。预警效果如图4所示，下方窗口为预警窗口，显示当前的预警信息。底图是采掘工程平面图，根据掘进方向和进尺数计算预期工作位置并在图形上自动绘制显示，使系统实现针对生产计划的预警。

图4　水害危险源超前预警评价示意图

2.3危险源相关巷道预警

系统获取危险源位置和相应的预警指标，搜索与危险源处于同一水平或不同水平的其他巷道，并对二者之间的最短距离进行计算；如果距离介于设定的安全警戒范围实行报警，并可在人工分析后解除警报等。实现效果如图5所示，底图为采掘工程平面图，打开下方窗口自动获取所有危险源，选定危险源后搜索相关巷道并预警。可通过预警信息在采掘图上对相应采掘面进行定位。

2.4巷道空间关系预警

图5　危险源相关巷道预警

根据一点或图形上所有的掘进头坐标，根据一定的距离和方位，从图形或数据库中立体搜索距离该掘进头符合所设置的搜索范围的所有巷道信息。实现效果如图6所示，在采掘图上拾取掘进头坐标，设定搜索范围，以该坐标为中心，搜索范围为半径搜索区域内的危险源，为矿上相关技术人员提前采取措施，制定相应的防治水计划提供指导。

图6　巷道空间关系预警

3　结语

本研究应用于“新汶矿业集团矿井水害预报预警系统研究”项目，能够利用大量地测及生产数据，针对生产计划、危险源或巷道等关注点的不同，建立了新汶各矿采掘工作面水患预警模型（包括危险源超前预警模型、危险源相关巷道预警模型以及巷道空间关系预警模型），应用GIS空间分析技术，实现了对采掘作业危险源的实时、动态预警以及灾害超前预警，并在新汶集团的运行实践中取得了良好的应用效果，提高了预警的准确性与效率。

参考文献：

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作者简介：闫勇（1968—），男，山东淄博人，高级工程师，从事煤矿防治水的研究。