煤矿开采对建筑物采动损害评估可视化系统的设计

肖 璐

（西山煤电马兰矿，山西 古交 030200）

0 引言

随着科技的不断进步，煤炭产量日益增加。为实现煤炭的可持续性发展，人们越来越重视煤矿开采的合理性。由于煤炭从地下大量的采出，煤层上方岩层失去支撑，导致上覆岩层不断下沉，严重时可能会波及地表，造成地表沉陷问题。该问题不仅严重威胁着煤矿上方地面村庄的生产生活、对生态环境造成巨大污染等，而且部分煤炭资源也会随着地表沉降被上覆岩层覆盖，变得难以开采，造成煤炭资源的浪费。

因此，本文为深入研究煤矿开采对地面建筑的损害程度，设计了建筑物采动损害评估可视化系统。该系统可以应用于矿区地表沉陷损害评估工作，对实现煤矿的可持续性发展具有重要战略意义。

1 建筑物采动损害评估系统分析

1.1 数据分析

建筑物采动损害评估系统是通过与Access数据库的连接，完成对煤矿开采损害数据的记录、查询和管理等功能。该数据库不仅可以明了的实现各数据间的处理，而且可以大量的节省不必要的人力、物力和时间。

根据实际进行的研究对象，本次设计系统的分析数据主要包括：

1）地面沉降变形数据：该数据是评价地表沉陷损伤等级的重要数据，包括煤矿开采引起的地面下沉值W（单位mm）、地面倾斜值i（单位mm/m）、地面曲率值k（单位mm/m2）、地面水平移动值U（单位mm/m）和地面水平变形值ε（单位mm/m）等主要地面沉降变形数据。系统可以运用MMSPS预计系统处理并存储该数据，用于评估环节。

2）建筑物特性数据：该数据是用于评估矿区上方地面建筑受煤矿开采损害的重要数据，数据内容包括：建筑物户主信息、建筑物结构及面积、煤矿开采前后建筑物的损害等级及维修信息等。

3）煤矿开采损害等级数据：该数据用于制定煤矿开采引起的地面建筑物损伤等级标准，记录的数据，对比不同等级建筑物破坏程度的数据区间，确定实际建筑物损害程度。

1.2 功能分析

本文设计煤矿开采对建筑物采动损害评估可视化系统的目的是对受开采影响的建筑物的损害程度及分布进行评估，为煤矿企业保护和治理矿区上方建筑物提高科学合理的理论依据。因此，该系统具备以下基本功能：

1）操作管理功能：本文设计的建筑物受采动损害评估系统具备系统登录界面，工作人员可以通过登录界面进行系统的登入登出和安全密码的修改等。

2）数据录入功能：预计系统MMSPS预计得到的主要数据需要进行数据处理，因此，该系统具备数据录入功能，将预计系统得到的基础数据录入建筑物受采动损害评估系统，然后进行后期处理。

3）绘制等值线功能：该系统可以将录入的地面移动变形数据进行整理分析，通过绘制地面下沉等值线、地面倾斜等值线、地面曲率等值线、地面水平移动等值线和地面水平变形等值线图来直观的表现矿区地面变形情况。同时，可以将地面受开采影响沉陷区的范围，清晰的表示在AutoCAD软件显示界面上，进一步分析建筑物受开采损害的程度。

4）损害评估可视化功能：该系统可以通过以上功能绘制的建筑物受开采损害等级范围分布图和建筑物受采动损害程度分布图，进行煤矿开采对建筑物损害的统计分析和煤矿开采工作的合理进行。

5）信息处理功能：为该系统的核心功能，其分为表格信息处理和图形信息处理两部分。通过表格信息处理的数据，可以表达受损害建筑物的损害面积等级和如何进行维修等信息；通过图形信息处理，可以绘制出建筑物破坏面积统计图和地面沉陷面积统计图，用于表达受开采影响的建筑物的受损害情况。

6）信息搜索功能：工作人员可以通过实际需求，搜索了解矿区建筑物受开采损害的全部信息，用于矿方进行分析做出合理的决策。

7）信息输出功能：该功能可以将系统最终处理得到的数据及绘图进行打印输出，工作人员可以根据实际需求，选取打印输出的内容。

2 系统总体结构设计

根据建筑物受采动损害评估可视化系统的功能需求，该系统的设计应遵循：先进性、实用性、一致性、安全稳定性、集成性、准确性和可扩展性原则。

根据系统分析原理，按照系统分层处理的理念进行设计，可以将该系统分为数据层、处理层和用户层三个阶段。如图1所示，图1为建筑物受采动损害评估可视化系统的系统结构图。

图1 建筑物受采动损害评估可视化系统结构图

数据层：主要负责数据的存储，可以用于图形数据、信息数据和统计结果的录入及存储。可以将MMSPS预计系统预计得到的基础数据以及用户录入的数据输入数据库。同时，该系统层还负责了数据库库内信息的查询功能。

处理层：整个设计系统的核心层，主要用于数据处理得到的地面移动变形等值线图形及地面沉陷建筑物损害程度数据信息的可视化。该处理层可以接受用户的指令，从数据库中提取所需数据，然后通过系统的可视化功能输出和显示所需信息，承担了用户层与数据层的传接关系，是整个系统的过渡阶段。

用户层：主要用于工作人员的操作、查询和输出等。工作人员可以通过简单的操纵界面，按照操作提示进行使用。主要用于相关数据及图形的录入、查询及输出，是整个系统供人实际操作的部分。

为实现该系统对建筑物受采动损害程度及分布的评估，根据其系统功能将系统设计为七个板块，主要包括：操作管理板块、数据录入板块、绘制等值线图板块、损害评估可视化板块、信息处理板块、信息搜索板块和信息输出板块。

3 建筑物受采动损害评估可视化系统的使用

3.1 系统登入界面

如图2所示，为建筑物受采动损害评估可视化系统登入界面及主界面。由于该系统主要面向矿区工作人员。因此，本次设计的系统具备以下特点：

1）针对使用人群，整个操作系统皆为汉语，部分较难功能的使用都有提示语进行提示，使得用户可以简单方便的使用该系统。

2）菜单、工具栏等按钮位置不变，便于工作人员的掌握。

3）用户操作界面采用Windows风格进行设计，工作人员可以很容易的上手操作，便于实现系统与工作人员的交互性。

图2 建筑物受采动损害评估可视化系统登入界面及主界面

3.2 系统部分功能的使用

1）数据的导入与查询。用户通过将预计系统预计得出的基础数据txt文件导入建筑物受采动损害评估可视化系统，系统将立即将其存储至数据库，用户可以实时的查看预计结果。如图3所示，为数据的导入及查询。

图3 系统数据的导入及查询

图4 建筑物受采动损害等级范围图

2）建筑物受开采损害的可视化。该系统可以绘制矿区地面建筑物受开采损害的等级图以及建筑物受开采损害的范围图，来实现建筑物受开采损害的可视化功能。该功能可以清晰、直观的看到矿区开采对其地面沉陷影响及建筑损害的情况，为矿区提供有效的开采及维护建议。如图4所示，为某矿建筑物受采动损害等级范围图。

4 结 论

针对煤矿开采对地面及地面建筑损害影响，本文深入研究煤矿开采对地面建筑的损害程度，设计了建筑物采动损害评估可视化系统。根据该系统实现目标，确定系统所需数据及应该具备的功能。根据系统结构设计原则，按照系统分层处理的理念，将系统设计为数据层、处理层和用户层三个阶段，分别实现系统的七大功能。同时，简单介绍了该系统的界面登入及部分功能使用，对该系统的使用及推广具有一定借鉴意义。