基于AE的钻孔煤质数据库构建及其应用

2013-12-06鲍建宽

测绘工程 2013年2期

吴浩，袁峰，鲍建宽

（1.神华和利时信息技术有限公司，北京 100011；2.浙江省嵊州市规划管理处，浙江嵊州 312400；3.黑龙江工程学院测绘工程系，黑龙江哈尔滨150050）

钻孔和煤质数据是煤田地质工作中的基础数据，煤田地质人员在煤田地质勘探不同阶段和煤矿开采过程中均离不开它们。尽管目前通过某些专业的软件可以绘制钻孔柱状图、生成煤质成果分析表，但是这些软件通常只是一个独立的应用系统，很难实现两者信息的结合及综合利用。笔者提出通过建立钻孔煤质数据库，利用专业的GIS系统将这些信息加以有效整合，更好地为煤田地质工作服务并指导煤炭生产。本文以煤炭钻孔柱状图为基础，利用ArcGIS强大的图形绘制和空间数据管理功能实现钻孔图形的自动绘制与编辑，并基于钻孔柱状图实现钻孔数据与煤质化验数据的集成查询与综合应用。

1 ArcGIS Engine简介

ArcGIS是美国ESRI（Environment Systems Resaerch Institute，Inc.美国坏境系统研究所公司）推出的为不同需求层次用户提供的全面的、可伸缩的GIS产品，它代表了当前GIS行业的最高技术水平，其强大的空间数据管理能力能将空间信息和属性信息统一存贮在关系数据库中，不仅能满足一般业务管理的需要，还能将该业务结合空间位置等信息以图形化的方式展示给用户，更好地为用户提供服务。目前，该产品已广泛应用于国土、测绘、交通、公共安全和应急救灾等不同行业，其中Arc－GIS Engine是ArcGIS产品线中重要一员。

ArcGIS Engine是一组完备的并且打包的嵌入式GIS组件库和工具库，它基于ArcGIS的核心——Ar－cObjects构建，具备ArcGIS的所有功能。基于ArcGIS Engine，开发人员可以按照用户需要来创建新的或扩展已有的桌面应用程序。开发人员利用它可以将ArcGIS已有的功能嵌入到应用软件中，如自定义行业专用产品，或嵌入到商业生产应用软件中，如Mirosoft word或powerpoint；还可以创建集中式自定义应用软件，并将其发送给机构内的多个用户。

2 数据库设计

钻孔煤质数据库主要是为绘制钻孔图和查询煤质信息而设计的，它主要由3部分组成，如图1所示。钻孔煤质数据库一部分是共用的信息表，如矿井编码和岩石编码等；另一部分是为绘制钻孔图而必须的一些表，如钻孔名称、地层资料表等；第三部分是与钻孔信息相关的煤质数据表，如煤质分析、煤岩鉴定表等。这样设计的目的就是将钻孔数据与其煤质信息集中存贮，这样不仅可以通过钻孔柱状图查看地质层位情况，还可利用钻孔柱状图方便地查询到对应煤层的煤质情况，达到数据的统一管理和综合利用。

图1 数据库结构设计示意图

按照以上要求，钻孔煤质数据库主要包含3大块内容：基础表、钻孔数据表、煤质数据表。

2.1 基础表

基础表包括：

1）岩石编码表：该表主要用于记录所有岩石的名称和编码，名称和编码以原煤炭工业出版社印发的《煤矿地质测量图例》中岩石编码为准，同时该表也是钻孔数据库和符号数据库联系的基础；

2）矿井编码表：与岩石编码表性质一样，主要用于记录矿井名称和编码，该表主要用于将来系统扩展到集团级后，能方便管理和维护矿井的信息。

2.2 钻孔数据表

钻孔数据表包括：

1）钻孔名称表：主要用于记录钻孔的一些基本信息，如位置、（涉及到的）勘探线、开竣工日期、钻探人员等相关信息；

2）钻孔地层资料表：主要用于记录钻孔每个层位的相关信息，内容分别为：地层信息、岩石编码及厚度等信息。如果该地层为煤还需记录煤层名称；

3）钻孔测斜表：主要用于打完钻孔后，测量钻孔的倾斜度，记录的内容就是测点深度、天顶角和方位角；

4）钻孔测井表：打完钻孔后，验证煤层的真实厚度，主要是避免在打钻过程中岩心破碎后没法测量岩层厚度的情况。它记录的内容包括：岩石编码、地层信息、底界深度和测井深度；

5）钻孔水位消耗量表：主要用于测量钻孔水位的情况，内容就是测井深度和水位信息。

2.3 煤质数据表

煤质数据表包括：

1）采样基本表：它是所有煤质化验的基础表，其它的化验表都是以此表来进行关联的，内容主要包括样品编码、钻孔编码、煤层编码、采样位置等信息；

2）煤质分析表：包括采样煤质做的工业分析（水分、灰分、挥发性）和元素分析（碳、氢、氮、氧＋硫）的百分比，以及发热量以及煤样低温干馏后的一些值；

3）煤层灰成份、煤灰熔融性测试表：用来记录煤样的灰分中氧化硅、氧化铁、氧化铝、氧化钙、氧化镁等的含量以及煤灰熔融性的变形、软化、半球、溶化的温度值；

4）煤的着火点、热稳定性、结渣率及煤尘爆炸性测试：主要用于记录煤样的热稳定性、结渣率、着火点值、煤层爆炸性试验中水、灰、挥发等的比例；

5）硫元素分析、碳酸盐、可磨性、抗碎强度分析表：细分硫元素的含量分析，以及煤样的CO2在不同温度下化学反应性，以及煤样的可磨性指数和抗碎强度百分比；

6）光谱半定量分析汇总表：包括煤样中金属元素如锗、钒、铬、钴、镍等的大致含量而进行的光谱半定量分析后记录的值；

7）煤岩鉴定成果表：检测煤样中有机质各体（镜质体、惰质体、壳质体等）和无机质各体（如粘土类、硫化物类、碳酸盐类等）在煤样中的含量；

8）瓦斯测试成果综合表：检测煤样中甲烷、二氧化碳及氮气的含量，煤样的可燃值含量；

9）顶底板岩石物理力学试验成果表：主要用于记录煤层的顶底板岩石的力学性质，主要内容有：岩石的比重、天然容重、吸水率、单项抗压强度和抗剪断强度参数等的数值。

3 钻孔柱状图的绘制及信息查询

3.1 符号库的制作

ArcGIS的图形文件中是不存贮图形的宽度、颜色等信息的，它只能通过加载数据显示的时候符号化来给图形以丰富多彩的表现。因此，必须定制符号库以便在应用程序中调用。ArcGIS在其桌面客户端ArcMap中提供了一个管理及制作符号库的工具——“Style Manage”，利用此工具制作出了所有岩石填充的符号，如图2所示。制作完后，先将其存为Style文件。

图2 岩石符号库设计示意图

另外，为了更好地利用符号库，该系统还专门制作了符号数据库，就是将style文件的样式、颜色、大小等以属性字段的形式存储在数据库文件中，如要使用符号时再在系统中编写代码实时生成符号。这样做一方面是为了避免因ArcGIS版本升级导致Style文件不通用的问题；另一方面，该系统将来在B/S结构扩展的情况下，该符号库也能得到有效利用。

3.2 钻孔图的绘制

为了完整地绘制出钻孔柱状图，系统分别采用ArcGIS的注记层（Annoation）、线层（Polyline）、面层（Polygon）来绘制钻孔柱状图的不同内容，如图3所示。Annoation层主要用于存储钻孔柱状图中的文字部分，包括钻孔的基本信息，如孔号、位置、制图人等，及钻孔的岩性描述、岩层编码和层厚等辅助信息；Polyline主要用于绘制柱状图的外框、格网图以及其它为钻孔图服务的曲线，如测井曲线、水文曲线等，为了区别这些线，系统将在Polyline图层中加一个“类型”字段利用符号化来区别不同种类的线。Polygon层主要用于绘制钻孔柱状中的柱状岩石填充部分，不同的岩石填充符号是不一致的，ArcGIS中只有用面填充才能表现岩性面域的符号，系统在Polygon层中加入了一个“岩石编码”的字段，以便将来用不同符号渲染不同岩层。

图3 钻孔柱状图显示及煤质查询示意图

3.3 煤质数据查询和统计输出

为了实现钻孔柱状图和煤质数据的交互应用，系统在设计时充分利用了ArcGIS图形和属性关联的特点，在钻孔柱状图的岩石层（Polygon层）中加入了钻孔编码的属性，这样用户就可利用钻孔编码和煤层编码（岩石编码字段中是煤的部分将填写煤层编码）查询到对应的煤质信息，在同一界面中为用户展示出多种信息。

另外，为了满足实际工作的需要，系统还实现了对任意钻孔或煤层（利用GIS的空间查询或属性查询找出对应钻孔或煤层）进行统计汇总并按照规范输出煤质分析表、瓦斯测试成果表（见表1）、钻孔成果表等。

表1 钻孔瓦斯测试成果

4 钻孔煤质数据库的应用

上述设计目前也应用到了笔者公司正在实施的煤炭资源信息系统中（见图4），通过建立统一的矿区地测空间数据库（在钻孔煤质数据库的基础上增加地质构造、生产测量等信息），将勘探及开采过程中的地质、测量、煤质化验等数据统一管理，实现矿区地测数据全生命周期的集中管理。一方面，通过地质图中钻孔的关联，直接查询对应钻孔层位及煤质的相关信息；另一方面在系统中利用这些综合信息，不仅能实时生成数据变化后的钻孔柱状图和相应报表，还能生成任意位置的剖面图、煤质分析图等，更好地指导生产。另外，该系统的建立也为将来实现神华矿区综合地质研究、环境治理和销售过程中的煤质管理提供有力支撑。