基于GIS 的采掘接续编排预警系统

迟宝锁，王 强，高 彬

（1.陕西陕煤陕北矿业有限公司，陕西 榆林719000；2.北京龙软科技股份有限公司，北京100190）

采掘关系是煤矿开采工作中最重要的工作之一。长期以来，我国矿山采掘计划一直采用人工方法进行编制，编制过程较为繁琐。煤矿采掘接续计划要在大量基础地质资料分析的基础上，手工制作各种计划报表及接续图。接续计划一旦修改调整，技术人员将不断调整报告、接续图和接续报表。此外，一旦编制完成后，缺少信息化手段动态跟踪实际生产进度，更无法实现接续紧张[1]的预警提醒。一旦煤矿采掘接续紧张，容易引发煤矿重特大事故风险。因此，如何借助计算机的高度处理能力，提高采掘接续计划编制的科学性、全面性和自动化水平已成为一个急需解决的问题。

在接续图形绘制方面，有些研究者提出了基于GIS、WebGIS、3DCAD 等技术的采掘接续图形自动化绘制[2-7]；在采掘接续计划自动化编制方面，有通过神经网络、专家系统等，提出开展智能化采掘计划编制[8-11]等。总的来说，国内各地煤矿地质情况复杂，各地关于采掘编制的要求不一，采掘接续的自动化、智能化编制还尚未突破，现有的采掘接续编排系统自动化程度不高，适应性不强，很难在煤矿实际生产中发挥作用。

针对这种情况，以GIS 理论为基础，将接续计划报表、接续图形、基础数据等采掘接续数据以数据库方式统一管理，建立基于GIS 的图库一体化采掘接续计划编制系统，实现采掘接续图和报表自动生成。在接续计划编制完成后，再结合煤矿生产实际进度，监测生产任务的紧张情况，实现采掘计划预警提醒功能。提前预测接替紧张或正常状况，将煤矿被动的调整生产，变为主动的生产管理。

1 系统架构及关键技术

1.1 系统架构

设计了一套采掘接续编排预警系统，采用Longruan GIS 实现对矿井采掘计划的接续图和接续计划报表进行管理，并实时监测生产任务紧张情况。Longruan GIS 采用COM 组件提供服务，底层以空间数据库、文档数据作为数据来源，外部通过参数化输入界面与用户交互，通过核心业务模型处理，调用基础平台的制图及分析模块。利用GIS 技术，在图形间建立接续图各图元之间相互关系，实现由表到图的自动生成，可满足后期对接续图和表修改需求。

采掘接续预警功能提醒，是在完成图表的编制后，通过远程Longruan“一张图”管理系统实现。当接续计划编制完成后，将接续计划上传至服务器数据库，为用户浏览、查询接续计划提供数据支撑。根据服务器端数据库的调度日报及施工队组推进度，推算在采面的衔接面的出面时间，从而给出在采面的衔接面是否紧张的预警提醒。系统总体架构如图1。

图1 系统总体架构图Fig.1 Overall system diagram

1.2 关键技术

1.2.1 采掘接续图表一体化数据库

采掘接续编排主要是在GIS 空间数据库存储图表数据。LongruanGIS 提供了支持SQLServer、Oracle、MySQL 等多个关系数据库的空间数据引擎。因此，采掘接续所涉及到的图形、报表、数据等都可以实现统一的存储。

1）一体化存储思路。根据采掘接续工程的特点，将采掘工程平面图中的数据信息分为2 类：图形数据和属性数据。图形数据是指采掘工程首尾点及分支点的坐标、空间几何尺寸等；属性数据指与接续计划相关联的工作面名称、密度、采高等数据。采煤工作面和巷道工程所在位置，需用户在采掘工程平面地图上进行绘制。以采煤工作面为例，首先在采掘工程平面图上绘制多个多边形工作面，绘制完成的多边形工作面是以图元形式保存在文件中。当用户选中需要开采的多边形工作面时，系统弹出交互对话框，提示用户输人该多边形工作面的相关非几何属性，包括工作面名称、密度、采高等信息，最后将相关信息以图素属性的形式存放在该多边性中。当需要访问这些属性时，只需找到该工作面唯一标识符GUID，便可取出相应的字段属性。在图形的几何数据和属性数据统一存储后，通过图形数据的GUID字段实现和采煤接续数据的关联，从而形成采掘接续计划图和表的映射，其具体存储关系一体化存储关系图如图2。

图2 一体化存储关系图Fig.2 Integrated storage relationship diagram

2）一体化存储优势。将采掘接续工程的众多属性信息以GIS 数据库方式进行统一管理，使复杂因素定量化、数字化和可视化，几何信息和非几何信息有机的构成统一整体，避免了传统采掘计划软件需要存储有关矿山模型、技术经济指标数据的麻烦，达到只需1 个采掘接续工程文件就可完成接续图和工程量报表自动生成，对系统的设计和维护带来了极大的方便。

1.2.2 预警提醒

煤矿生产计划是一个长期的动态生产，传统方式编制的计划一般都为静态计划，无法动态执行跟踪。为了达到预警提醒，系统读取煤矿调度日报，获取当前工作面实时进度，并从已编排的计划中获取当前采面的衔接面。在获取到在采面的衔接面后，比对此衔接面关联的回采巷的掘完时间，进而得到这些关联巷道的最晚掘出完工时间，再考虑衔接面的设备安装时间，计算出衔接面的出面时间。最后，根据目前在采工作面的采煤日推进度，推算在采工作面的结束时间，与衔接工作面的出面时间进行比对，预警提醒所有衔接紧张的回采工作面，预警提醒具体关系如图3。

图3 预警提醒关系图Fig.3 Early warning reminder relationship diagram

2 系统实现

采掘衔接编排预警系统以Longruan GIS 3.2 平台为基础，随时修改实际生产数据，自动计算相关数据，同步更新接续图形。与此同时，根据实时生产的动态变化数据，实现生产接续计划设计、执行过程中，对工程进度松紧状况进行预警，技术人员利用动态的采掘工程图指导生产的实际问题，真正实现计算机数据处理、采掘接续计划编制图形和报表以及预警提醒的结合。

1）采掘接续计划编制。接续编制系统将含有图形和属性的采掘工程接续数据从GIS 数据库中取出，并辅以提前配置好的颜色、队组名称等关联数据来编制采掘接续计划。在采掘计划编制过程中，实现工期自动计算、相同班组时间自动衔接等，达到计划编制无算化、数据调整一键化、任务调整一手化，方便用户操作编排，提高工作效率。

2）自动生成接续图。当采掘接续计划编制完成后，系统提供将接续计划任务绘制在龙软图形中的接口，实现计划一旦编排完成，接续图形自动在龙软中生成，方便实用，大大减轻了工程人员的工作量。

3）自动生成接续表和单产单进表。当采掘接续计划编制完成后，自动生成工程明细表。与传统的手动计划任务的调整所带来的工程量变化和工程明细的重复计算相比，提高了工作效率。同时，系统实现单产单进高效统计报表的自动生成，达到每年、每月的工程统计的快速查询、统计和输出。

4）预警提醒。将生产接续计划的编制由静态编制发展到动态跟踪预警。根据已编制完成的接续计划，得到在采面的衔接面，再获取衔接面的所有关联巷道，依据这些关联巷道的目前掘进进度，推断出该衔接面的最晚掘出时间，再考虑衔接面的设备安装时间，计算出该衔接面的出面时间。将衔接面出面时间与在采面预计采完时间进行比对，实现预警提醒所有在采面的衔接面紧张状况。

3 结 语

基于GIS 的采掘接续编制及预警提醒系统，利用GIS，设计开发一套图表一体化的采掘编制系统，实现生产接续计划编制完成后，接续计划图和接续报表自动绘制和生成。还可以根据煤矿生产实际进度，再与编制完成的衔接计划进行比对，实现生产接续计划设计、执行过程中，对工程进度松紧状况进行预警，智能规划工程任务及时空检测功能。与传统的CAD 和Excel 报表相比，实现了图形报表的统一录入、编辑和输出，为采掘接续编制提供了智能化辅助工具。