基于SuperMap 的煤矿水害防治辅助决策系统

许江涛 林刘军 文广超

(1.河南工业和信息化职业学院，河南焦作 454000;2.河南工程技术学校，河南焦作 454000;3.河南理工大学，河南 焦作 454000)

0 引言

在我国煤矿水害一直是影响煤矿安全生产与科研的大难题，但煤矿水害信息的处理却处于散乱和不完善状态，以致不能科学地分析和利用各种水文地质信息，合理地进行防治工作。地理信息系统(Geographic Information System，简写为GIS)是一种特定的十分重要的空间信息系统，它是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层空间中的有关数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。借助于地理信息系统技术可以实现煤矿资料的科学管理、充分利用，为煤矿水害的预测预报提供服务，进而为煤矿安全生产提供保障。

1 系统框架设计

通过对煤矿单位进行走访、实地调研，获得了煤矿用户对水害防治系统的功能需求，之后确定了煤矿水害防治辅助决策系统的总体框架。总体框架设计见图1。

2 系统功能实现

利用组件开发技术和面向对象的高级程序语言C#对Super-Map进行了软件开发，编制了煤矿防治水系统的程序，实现了系统功能。

2.1 水文地质数据管理子系统

图件管理主要包括:钻孔柱状图、煤层储量图、采区煤层底板等高线图、探放水设计图等图件的绘制、修改、打印输出。数据管理主要实现对数据库中数据的查询、修改、添加、删除等操作。导入导出功能主要是为了实现不同格式数据之间的转换，以达到数据共享。

2.2 突水预测子系统

1)底板水预测模块。底板水预测采用突水系数法，突水系数(Tr)法预测模型的基本原理是通过水压(P)、隔水层厚度(M)、底板破坏带厚度(Cp)，依据式(1)或式(2)进行计算，将水文观测孔的突水系数进行空间插值获得整个研究区的突水系数值，并按照等级进行区域的分隔，从而达到突水预测目的［1，2］。

方法一公式为:

方法二公式为:

其中，bi为第 i隔水层岩性换算系数;mi为第 i隔水层的厚度。

2)顶板水预测模块。顶板突水预测采用的是概率指数法，该方法是将影响顶板突水的各因素进行量化，根据各因素的重要程度赋予相应的权重，最后通过对加权求和得到的指标即为突水概率指数［3］。

突水概率指数结构见图2。

用赋权求和建立的数学模型:E=W×PW+S×PS+R×PR+P×PP+G×PG。

其中，PW，PS，PR，PP，PG分别为概率指数 W，S，R，P，G 的权重。例如可以把强、较强、较弱、弱4个级别的数值分别定为1.0，0.7，0.5，0.3。其中，权重、级别划分和级别数值都要同专家和工程技术人员讨论确定。

2.3 辅助决策子系统

辅助决策子系统，就是利用GIS技术、计算机技术来实现煤矿水害防治，为工作技术人员提供一个解决煤矿水害问题的计算机人工智能环境，同时也为领导决策提供方案，提高科学决策水平。

1)探放水模块。将积水量、放水钻孔孔径、探水超前距和帮距的计算全部交由计算机来完成，用户只需在该模块的界面中按提示输入相关数据即可。此外，本模块还将探水作业与探水方法以文本和示意图的形式存储在软件中，以供用户在用到时查阅。

2)注浆模块。主要实现注浆堵水、帷幕注浆和注浆改造，对其应用条件、施工方法、施工工艺及效果检验等给出了详细的作业方法。

3)防水煤岩柱留设模块。根据《矿井水文地质规程》规定的留设防水煤(岩)柱的各种情况，完成防水煤岩柱留设的相关计算［4，5］。

4)涌水量预测模块。利用水文地质比拟法、Q—S曲线法、回归法完成单位时间内涌入矿坑的水量计算。

5)疏降模块。疏降就是疏水降压，煤矿疏水降压计算主要有巷道疏水与钻孔疏水降压两大块，其结构设计如图3所示［5］。

3 结语

系统开发完成后，在平顶山煤业集团进行了现场应用，结果表明，软件界面人机交互友好，操作简便易于掌握，煤矿水害预测预报准确率较高，矿井疏降方案可行，为煤矿水害防治工作起到了一定的积极作用。

［1］桂祥友，郁钟铭.矿井水灾害预测的安全评价研究［J］.中国矿业，2006，15(5):35-38.

［2］施龙青，韩 进.底板突水机理及预测预报［M］.徐州:中国矿业大学出版社，2004.

［3］施龙青，韩 进.用突水概率指数法预测采场底板突水［J］.中国矿业大学学报，1999(5):17-18.

［4］刘亚川，潘结南，张丽红，等.基于GIS技术的矿井水文地质空间决策支持系统的研究［J］.矿山测量，2003(2):15-18.

［5］许江涛，文广超.基于GIS的矿井防治水辅助决策系统［J］.中国煤炭，2008，34(9):51-52.