可视化管理在煤矿采掘工程动态管理中的应用

赖宇

（贵州林东煤业发展有限责任公司龙凤煤矿，贵州 毕节 551800）

0 前言

煤炭是我国的主要能源之一，被称为“黑色的金子”，对我国经济发展和能源安全至关重要，但近些年，我国煤矿安全事故频发，严重影响煤炭产业的发展，对社会稳定和经济发展也造成了不利影响。采掘工程管理是煤矿生产技术管理的核心内容，主要涉及采掘接替、设计、安全等问题[5]，因此如何全方位的掌握和管理煤矿采掘生产的过程、兼顾采煤和掘进、安生与生产显得尤为重要。随着信息技术的发展，如何将三维可视化技术、CAD 技术、GIS 技术、数据库技术等应用在煤矿采掘生产管理领域，实现煤矿采掘的可视化管理是当代科研工作者必需重视的课题。煤矿采掘工程的动态可视化管理可以使采掘计划更好科学、客观、准确，可以大大提高工作效率的同时降低安全事故率，可以产生更高的经济效益。作者希望通过本文的研究，以期为煤矿采掘工程动态可视化管理工作的发展方向提供一定参考。

1 煤矿采掘工程管理现状

采掘工程管理是采矿工程技术人员根据约束条件，进行的煤矿生产设计、编制合理采掘衔接计划、合理配备生产队组和生产设备、测量资料的建库、安全管理，涉及地质勘察、测量工程、采矿工程和安全工程等多个学科，科学的采掘工程管理是以最低的成本获取煤炭资源的可靠保障[6]。而我国传统的煤矿采掘工程管控主要有手工图版管理方法和基于CAD 平面图形管理，这两种传统的方式存在无法实时更新采掘最新状态、采掘失调、可视化程度低等问题，且由于很难及时高效的调整设计、修编计划和图纸，无法达到科学合理的指导煤矿生产，导致安全管理滞后、无法广泛科学的判断、管理效果达不到理想效果。地质的复杂性、煤层的多变性、煤矿内部构造复杂性、生产安全问题的突发性，采掘生产过程瞬息万变，持续施加在矿井内部的机械外力会影响井下结构的稳定性，可能会导致煤柱、支护结构等出现位移，发生安全事故，因此实时调整采掘设计、采掘方案、达到实时监控显得尤为重要，近几年，越来越多的学者建议依托计算机技术，发展煤矿采掘工程可视化管理技术。目前，随着信息技术的发展和对高效高质量管理的要求，煤矿地质、采矿、测量和安全等各个技术的联动和合作显得尤为重要，如何实现各个部门数据的共享、实时更新、互惠是提高管理水平必须要解决的问题。

2 基于CAD、GIS 等平台的可视化管理技术

可视化管理是指利用电子计算机技术，基于计算机图形学和图像处理技术，实时的将生产过程中产生的抽象数据及计算结果转换为图形，三维立体的展现动态图像，因此具有简单形象、通俗易懂、管理者可以实时掌握管理对象等的优点。动态可视化是可视化管理的一种模式，是指针对具备变化特征的对象进行可视化管理的行为[4]。

CAD 和GIS 是最为常见的应用在煤矿采掘领域的可视化管理软件。CAD 软件目前已经应用在采矿工程各个环节，主要是采用计算机用来绘制和编辑剖面图、井巷工程、矿道立体图、设计采矿方案等几何图形，虽然其具有强大的绘图功能，但由于其不包含地理属性，且未能与数据库兼容连接，无法实现地理空间意义和实时更新。地理信息系统（GIS）是以地理空间数据为基础，对空间相关数据进行采集、管理、操作、模拟、分析和显示，最终达到立体可见的采掘工程现状。基于CAD、GIS 等平台的煤矿采掘可视化管理技术，就是实时将煤矿采掘中产生的动态可变的数据，基于CAD 和GIS 强大的图形和数据管理功能，时刻对煤矿采掘过程进行监管，可在大大提高工作效率的同时降低安全事故率，可以创造更高的经济效益[3]。

3 煤矿采掘工程的动态可视化管理

煤矿采掘工程的动态可视化管理就是基于CAD、GIS、可视化技术等，赋予图形工程属性、空间属性，将采掘工程图形、数据集成化管理结合，实时更新，三维立体的展现煤矿采掘工程动态。煤矿采掘工程的动态可视化管理可以使采掘计划更好科学、客观、准确，安全管理也更加准确和系统[2]。基于CAD 和GIS 技术的煤矿采掘可视化管理首先将煤矿基础地质图形和数据录入系统中，比如地质构造、回采区和丢煤区、煤层巷道等采掘工程、危险高发区、煤田开采技术边界线等数据和图形[1]，绘制和编辑平面图、剖面图、安全控制和三维建模。在此基础上，录入在煤矿采掘过程中产生的动态数据，并赋予数据以空间属性，使复杂因素定量化、数字化和可视化，实现对采矿环境的三维建模和绘图，达到数字化与可视化完美融合[7]。

基于CAD 和GIS 技术的煤矿采掘可视化管理在实时监控瓦斯浓度、通风条件、地下水、地表水、有害气体、粉尘、以及岩层松动、岩层位移等矿井稳定性方面可发挥重要的作用，当监测数值超过安全临界值，煤矿采掘可视化动态管理系统即发出警报，管理人员可以发现异常并进行处理，从而得以保证生产工作的安全[4]。

4 结论

我国传统的煤矿采掘工程管控主要有手工图版管理方法和基于CAD 平面图形管理，存在无法实时更新采掘最新状态、采掘失调、可视化程度低等问题，且由于很难及时高效的调整设计、修编计划和图纸，无法达到科学合理的指导煤矿生产。

将CAD、GIS 和可视化技术结合，赋予图形工程属性、空间属性，集中管理采掘工程地理空间数据和其他各种属性数据，将采掘工程图形、数据集成化管理结合，可达到实时、三维立体的展现煤矿采掘工程动态，可以大大提高工作效率的同时降低安全事故的发生。