数字矿山与煤矿瓦斯检测及预警.pdf

2 0 0 8 . 1 0 No . 5 WWW. G WN . ORG . C N地理信息世界 G E O MA T I C SWO R L D 数字矿山理论、 技术与示范 Abstract Combined with the development and application of Coal Mine Gas Protrusion and Explosion SystemCMGPE, this paper introduced the main ideas, key technologies, system functions, and application effects in the intelligent monitoring, analysis, display and early warn－ ing of coal mine gas protrusion and explosion based on Digital Mine technologies. The protru－ sion amount of mine gas and the occurrence of dynamic phenomenon of gas outburst are influ－ enced by the factors of geology, crustal stress, and mining conditions, etc. The datasets involved in an effective prediction of CMGPE are often characterized by their multiple sources, spatial and temporal references, and their dynamic spatial-temporal variations. GIS technology, virtual reality technology and other spatial ination technologies have a great potential of applica－ tions in the monitoring of coal mine gas concentration and early warning of CMGPE. Effective applications of the Digital Mine technologies will further trans the practices involved in the monitoring, analysis, visualization and early warning of CMGPE, with greater social, economic and environmental benefits. The construction of Digital Mine has great promoting functions for safety production of coal mine. Keywords Geographical Ination System; Digital Mine; mine gas; monitoring; early warning 0引言 我国煤炭赋存条件差， 多以井 工开采为主，煤层地质构造复杂、 瓦斯含量大、 透气性低， 高瓦斯矿 井多， 采深大， 瓦斯突出和爆炸的 危险性高。如何预防及监控瓦斯事 故受到世界各主要采煤国家的高 度重视，而开发有效的瓦斯监测、 预警方法和手段是其中的关键问 题之一。本文围绕煤矿瓦斯监测监 控系统的开发与运用， 介绍了基于 数字矿山技术体系进行煤矿瓦斯 监测、 分析、 显示、 智能预警及救灾 等方面的主要思路、关键技术、 系 统功能、应用效果及研究展望， 从 一个侧面说明了数字矿山对安全 生产的推动作用及应用潜力。 1瓦斯监测监控系统 目前我国煤矿中使用的各类监 测监控系统多达十几种。图 1 为典 型的煤矿瓦斯监测监控系统组成 图[ 1 ]。该系统由安全调度指挥实时 显示子系统、综合调度信息子系 统、 安全监控子系统、 工业电视子 系统、 办公自动化子系统、 计算机 局域网络子系统等组成。该系统将 计算机网络环境下的多个单项系 统有机结合，形成集矿山安全、 工 况监测及生产调度信息的采集、 实 时传输处理， 图像 / 图形显示， 图形 和数据存储管理及输出，图像、 图 数字矿山与煤矿瓦斯监测及预警 文章编号 1 6 7 2 - 1 5 8 6（2 0 0 8 ） 0 5 - 0 0 2 6 - 0 7中图分类号 P 2 0 8 ； T P 3 8 9 . 1文献标识码 A 摘要围绕煤矿瓦斯监测监控系统的开发与运用，介绍了基于数字矿山技术体系进行煤 矿瓦斯监测、 分析、 显示、 智能预警及救灾等方面的主要思路、 关键技术、 系统功能及应用效 果。实践表明， 瓦斯涌出量及突出动力现象的发生， 受地质、 地应力和开采条件等多种因素 的影响， 瓦斯突出预测所涉及的数据具有多源性、 时空性、 强变化等特征， GIS 技术、 虚拟现 实技术等空间信息技术在煤矿瓦斯监测与预警中具有很大的应用潜力， 能对煤矿瓦斯监测 与智能预警研究产生重大变革， 构建数字矿山对煤矿安全生产具有巨大的推动作用， 效益 十分显著。 关键词地理信息系统； 数字矿山； 瓦斯； 监测； 预警 汪云甲， 杨敏， 张克 （中国矿业大学， 江苏 徐州 221116 ） WANG Yun-jia, YANG Min, ZHANG Ke School of Environmental Science and Spatial Inatics, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221008, China Digital Mine and Intelligent Monitoring and Warning of Coal Mine Gas Protrusion and Explosion 汪云甲 （1 9 6 0 - ） ， 男， 江苏建湖人， 教授， 博士， 博士生导师，长期从事资 源环境与空间决策、矿山 空间信息技术等方面的科 研与教学工作。 基金项目国家自然科学 基金资助项目 （5 0 7 7 4 0 8 0 / E 0 4 0 1 0 1 ） ； 教育部优秀博 士论文专项资助项目 （2 0 0 3 4 8 ） E - ma i l w y j 4 1 3 9 c u mt . e d u . c n 收稿日期 2 0 0 8 - 9 - 1 8 26 2 0 0 8 . 1 0 No . 5 WWW. G WN . ORG . C N地理信息世界 G E O MA T I C SWO R L D 数字矿山理论、 技术与示范 图 1煤矿瓦斯监测监控系统组成图 Fig.1The composition of coal mine gas monitoring system 形、 动画、 文字报表、 声音、 视频等 为一体的综合调度指挥多媒体计 算机协同工作系统， 达到了局矿联 网。 2系统功能 典型的煤矿瓦斯监测监控系 统具有以下功能 1 ）环境安全监测 通过安装在 生产现场的瓦斯、 温度、 风速等传 感器， 可将各监测点瓦斯、 温度、 风 速、 负压等实时地显示在调度室或 有关领导及科室办公室微机屏幕 上，且具有超限报警与提示功能， 如瓦斯浓度的超限报警、 瓦斯探头 在井下具体位置的动态显示、 瓦斯 值在生产调度动态图形上的显示 等。 各监测分站将监测到的数据， 通过通讯电缆传输到监测站， 经调 制解调器送入数据处理机， 数据处 理机将接收到的各分站的数据根 据不同的需要， 按不同格式存入服 务器的数据文件中， 供应用程序检 索调用。该子系统主要包括 “矿井 安全实时监测、通风瓦斯管理、 采 掘跟踪、 隐患监查” 等功能模块[ 2 ]。 通过对异常数据的分析， 结合煤层 情况及历史和近期的瓦斯状况， 可 圈定重点监控区域， 将设定的重点 区域瓦斯监测状况动态实时显示； 根据上报的采掘进尺数据， 生成最 新的采掘现状图， 将采掘现状的剖 面图与煤层分布图叠加显示对比 分析， 判断是否有越层越界的情况 或趋势。进而在这两个图种对比结 果的基础上进行防越层作业规划， 对于发生越层的位置或有越层趋 势的位置进行标注， 生成专题图， 并 发出越层越界警告； 在巷道分布图 上根据设备分布和采掘进展设定 常规隐患巡查路线、巡查手段方 法， 客户端可以在线将发现的隐患 情况标注上报。 2 ）矿山大型生产设备实时工 况监测 提供对井下皮带联动工作 情况的综合信息显示， 防止因违章 操作造成皮带积煤、 空运转等故障 的产生， 及时显示提升设备的实时 工作状况并统计提升钩数， 高峰用 电期内井下大型设备供电管理， 以 切 换 控 制 器 27 2 0 0 8 . 1 0 No . 5 WWW. G WN . ORG . C N地理信息世界 G E O MA T I C SWO R L D 数字矿山理论、 技术与示范 保证矿山正常安全生产所需的电 力等。 3 ）工况监测及生产信息的数 据采集 系统可实时采集生产工况 信息， 提供实时信息显示， 如主井 提升钩数、 翻笼开停次数、 皮带违 章运行、 皮带空运转等。实时采集 的数据保存于数据库中， 并可做进 一步的统计分析。 4 ）矿井供电管理 提供用于供 电线路的检修、 维护所必需的大量 井上、 下供电系统图及各主要变电 所开关的实时工作状况， 便于及时 排除故障， 保证矿井的安全生产。 5 ）矿山调度动、 静态图形的输 入、 编辑与利用 通过 G I S 、 工程数 据库、 虚拟现实技术等技术， 提供 井上、 下各种安全生产动静态平面 图及 3 维图形。一个矿的这类图件 有时高达百余幅之多， 局、 矿调度 室及系统网络终端可随时调阅这 些信息， 对井上下安全状况进行分 层显示、 分析、 查询、 评价、 统计计 算及管理决策， 这些文件有机嵌入 该系统之中， 便于调度室及网络终 端查询利用。 图 2为运用虚拟现实技术开 发的用于安全生产调度指挥的 3 维井巷图[ 3 ], 利用该系统， 可以及时 监察发现和制止超层越界、 井下误 贯通、 误入空采区、 无序 “三下” 采 煤 （水体下、 建筑物下、 铁路下） 等 行为， 控制由此引起的瓦斯爆炸和 透水事故。在某一测点报警时， 便 可将该测点安装场所的综合监测 信息 （如 工作面瓦斯、 风量、 设备 运行状态、生产单位名称及人数） 立即显示出来， 同时， 3 维矿井视图 也切换到报警地点的区域图， 并闪 耀显示报警位置。安全生产管理人 员可以根据报警地点的综合监测 信息和该区域生产、 地质、 工程信 图 2用于安全生产调度指挥的矿井 3 维井巷图 Fig.2The 3D visualization of mine well for the dispatch and command of safety production 息进行处理决策。 6 ） 生产调度报表 可提供安全 生产等几十种报表， 这些报表既可 以打印输出，也可以存储统计、 分 析， 利用网络终端调用查阅。 7 ） 井下人员定位考勤管理 在 已有的煤矿瓦斯监测监控系统中 增加相应的人员定位分站、 动态目 标识别器、 人员标志卡、 人员跟踪 定位处理软件， 即可实现对矿井入 井人员的实时监测、跟踪定位、 考 勤统计、 报表查询等功能。采用长 距无源只读型射频感应设备， 卡内 存储唯一码作为每个矿工的身份 标志， 并为其考勤的信息载体。将 标志卡安装在下井职工身上 （如矿 帽、 矿灯、 胸卡、 腰卡内） 、 当矿工经 过考勤基站附近时， 基站获得标志 卡的信号， 读取数据并显示在特定 的显示屏上。该系统可实时跟踪到 特定人员的当前井下位置， 途经的 地点和时间，在各位置的滞留时 间， 并可对其运行轨迹在巷道分布 图上进行形象直观的回放； 可以核 查相关领导是否进行了跟班作业； 监督特殊工种， 对于井下特定位置 财物遗失和损坏可以圈定相关责 任人，为事故抢险提供科学依据。 同时， 也可利用系统的日常考勤管 理功能， 对全矿井人员进行考勤管 理。 8 ） 工业电视监视 实现井上、 井下重要生产环节及主要生产设 备的工业电视图像监视， 其电视图 像信息可通过网络实时传输到调 度室及有关办公室的微机屏幕上。 由于联网后工业电视视频信息可 以被接收并数字化， 可在显示屏上 将原有的影像信息进行编辑和开 窗显示并存档，根据这一特征， 可 将进出某采区的下井人员自动进 行采样存档， 一旦发生事故， 可以 快速检索在事故现场的井下人员， 为紧急救援提供帮助； 另外， 事故 发生前后一段时间内现场情况可 被自动录制下来， 其存储的图像可 以放大、编辑并进行数字化处理， 供事故分析和研究， 以尽快找出事 28 2 0 0 8 . 1 0 No . 5 WWW. G WN . ORG . C N地理信息世界 G E O MA T I C SWO R L D 数字矿山理论、 技术与示范 故发生的确切原因， 避免今后类似 事故发生， 减少人员伤亡和经济损 失。 3数字矿山技术体系下 的瓦斯监测监控效果 数字矿山技术在煤矿瓦斯监 测监控系统中的成功应用， 给瓦斯 监测监控分析与表示带来了重大 变革， 主要体现在 1 ）准确传递瓦斯等超标位置 及危险发生地 煤矿瓦斯监测监控系统监测 的就是在地下深处瓦斯浓度是否 超标， 是否有火、 自燃等安全隐患， 提供的信息必须快速、 准确、 全面。 过去的系统比较注意各种传感器 采集数据的灵敏度、 准确性， 但由 于手段等方面的原因， 难以它们的 空间位置及其相互关系做出快速、 准确、 全面的描述， 一般的监测测 控系统基本上只是数据库的管理, 只能显示数据而不能显示图形, 更 不能做到数据与图形的紧密结合。 由于采用 G I S技术，实现了将矿 井、 巷道、 煤层的周边环境、 各种传 感器设备及检测数据等相关空间 数据组成要素集成， 利用 G I S 强大 的空间查询及分析能力， 可以迅速 地将危机管理所涉及的信息 （如危 机态势、应急指挥相关资源分布、 应急方案等） 在基础的空间地理图 形上形象地表现出来，使监测、 监 控数据向图形化转化， 使数据管理 与图形管理融为一体， 便于指挥和 决策人员直观地作出快速、 有效的 决策。在基于 G I S 开发的系统中， 一旦出现安全警讯， 在警报传出的 同时， 可以同时准确地传出危险发 生的地点， 警点在监控屏幕上直接 闪动， 危险地点可以准确地在屏幕 上显示出来， 同时， 如出现该断电 而未断电的情况， 系统就在该矿图 形相关位置上发出变色报警信息， 以便相关人员更好地观察、决策， 这对于排险抢险有着重大意义。 2 ）实现了系统的集成 我国煤矿科技工作者早期开 发的相关系统大多内容单一， 各自 独立，安装在不同的科室与部门， 给信息共享与交换带来诸多不便， 在很大程度上造成浪费。利用地理 信息系统 （G I S ） 、 工程数据库技术、 网络技术， 使原来各自独立的瓦斯 监测系统、 环境监测系统、 工业电 视系统及其他地质测量、 生产管理 等信息系统连为一体， 联网后的各 种模拟量和开关量参数、 光纤工业 电视网的视频信息、 井上下资源环 境与采掘信息可以集中在监测室、 生产调度室和网络终端上实时显 示， 局、 矿领导、 生产管理人员可随 时调阅，有利于科学指挥生产， 及 时排除故障，确保安全有序的生 产；基于 G I S已开发出对矿井安 全、 设备运行工况的实时显示动态 图形系统和矿山工程图形生成工 具， 用户不用编程， 通过人机交互 输入必要数据， 系统可以自动生成 诸如采掘工程图、 通风系统图等安 全生产调度指挥需要的工程图形 及 3 维可视化图形， 并具有对工程 图形的修改、 查询、 存储、 分析等功 能； 采用多媒体计算机技术， 将安 全监测的实时数据信息、 工业电视 的视频图像信息、 采、 掘、 机、 运、 通 生产系统的图、 文、 声信息有机结 合起来， 这些极大地提高了瓦斯监 测监控、 调度指挥的效率与效果。 3 ） 实现了煤矿安全的实时远 程监测监控 典型的方案是， 在空间信息技 术的支持下， 实时同步采集煤矿瓦 斯监测监控系统中的安全信息数 据， 通过数据通信接口， 进行筛选 和过滤处理，并确定传输的目的 地； 利用无线移动通信技术 （或其 他补充方式） ，将数据采集系统传 来的相关信息通过移动通信平台 实时传输到移动监控中心， 使煤矿 领导、 煤矿安全监察部门获得实时 的煤矿安全信息； 移动监控台实时 接收煤矿传来的实时数据， 当瓦斯 浓度超限等安全信息报警时采用 声光提示。系统可按安全指标超限 的严重情况，分别实现移动监控 台、 集团公司和煤矿安全监察部门 的同步实时跟踪。 目前， 我国绝大多数乡镇煤矿 中高瓦斯矿井、 原国有重点煤矿安 装了瓦斯监测监控系统， 使煤矿安 全生产状况得到显著改善， 产生了 很好的社会经济效益。 4数字矿山技术体系下 的煤矿瓦斯预警 国内外研究表明， 瓦斯涌出量 及突出动力现象的发生，受地质、 地应力和开采条件等多种因素的 影响， 如回采工作面瓦斯涌出量不 仅取决于煤层和围岩的瓦斯含量、 开采深度和地面大气压力等自然 因素, 而且取决于开采规模、 开采顺 序、 采煤工艺、 通风压力与通风系 统等开采技术因素 [ 3 ， 4 ] 。目前， 我国 各矿井安装的瓦斯监测监控系统 中的监测点年复一年地采集数据。 29 2 0 0 8 . 1 0 No . 5 WWW. G WN . ORG . C N地理信息世界 G E O MA T I C SWO R L D 数字矿山理论、 技术与示范 但这些数据往往仅用来超限报警， 缺乏对其进行有效利用与深入分 析。近年来， 许多矿井实现了地质 采矿数据的计算机管理及成图， 有 的已建立起了矿山 G I S ，随着矿山 资源勘探、开拓开采的逐步深入， 系统中积累的数据量越来越大。同 时， 煤矿瓦斯信息除来自前述监测 监控系统外，还有矿井温度异常、 电磁辐射、 声发射、 采场压力变化、 电场电势变化等数据。一方面上述 海量数据及国内外在瓦斯赋存、 运 移规律、 灾害发生机理等方面研究 成果为瓦斯智能预警研究提供了 基础， 另一方面， 数字矿山技术也 为研究提供了重要平台与重要支 持。作者及相关学者在数字矿山技 术体系下的煤矿瓦斯智能预警方 面主要集中在以下 2 个方面 1 ）煤与瓦斯突出区域预测 煤层瓦斯含量是一个受埋深、 煤厚、 地质构造等多种因素影响的 变量。要想对其分布规律、 突出区 域进行系统研究, 就涉及到与地理 坐标有关的多因素综合分析问题, 该项研究需要将影响煤与瓦斯突 出的构造及地应力分析与数值计 算方法、 G I S 技术相结合， 才能取得 预期效果。研究集中在 3 个方面 ① 多源信息集成 通过对矿井 的地质资料进行分析， 提出导致煤 与瓦斯突出的各个因素， 将每个因 素编制成专题图， 每个专题图形成 一个信息存储层， 再对这些信息存 储层进行编辑, 选取活动断裂、 地应 力、 瓦斯、 煤的物理力学性等主要 因素进行多因素分析； 然后， 将主 要因素分别与煤与瓦斯突出历史 资料进行复合， 形成一个复合后的 图层, 进而建立矿井煤与瓦斯突出 区域的预测模型。 ② 煤层地质条件模糊综合评 价 通过对影响瓦斯赋集的各种因 素进行分析, 找出影响瓦斯赋集的 主要因素， 并进行量化， 尤其对煤 与瓦斯突出的影响规律及影响程 度确定其隶属函数及权重。在此基 础上， 利用模糊综合评价及分类方 法确定出用于煤与瓦斯突出区域 预测的地质条件综合评价及分类 值， 据此圈定煤与瓦斯突出区域及 类别， 进行煤与瓦斯突出预测。 ③多因素模式识别概率预测 在系统分析煤与瓦斯突出影响因 素的基础上, 查明影响煤与瓦斯突 出的主要影响因素, 揭示影响煤与 瓦斯突出的多个主要因素与突出 危险性之间的内在机制； 对各影响 因素进行定量化分析, 确定煤与瓦 斯突出危险性的概率预测准则； 运 用多因素模式识别技术进行综合 智能分析, 应用神经网络和模糊推 理方法确定预测区域各单元的危 险概率, 建立煤与瓦斯突出危险性 多因素模式识别概率预测模型； 进 而对煤与瓦斯突出的危险性进行 分类，划分煤与瓦斯突出危险区、 突出威胁区和无突出危险区。 2 ）煤与瓦斯突出指标预测 作者的研究进展包括 ①基于改进神经网络的煤与 瓦斯突出预测 模型构建针对 B P神经网络 在煤与瓦斯突出预报建模研究中 存在的问题，如网络的初始权值、 网络的结构以及网络的学习参数， 动量因子难以确定， 导致预测结果 精度达不到要求、 预测稳定性差等 问题， 进行了基于进化神经网络的 煤与瓦斯突出预测研究。其思路是 利用遗传算法和差分进化算法的 全局搜索能力， 对煤与瓦斯预报预 警中采用的三层 B P神经网络的连 接权和网络结构等相关网络参数 进行优化， 分别建立了基于遗传算 法 的 B P神 经 网 络 预 报 模 型 （G A B P ） （模型一） 和基于差分进化 的神经网络模型 （D E B P ） （模型二 ） 、 B P - G A - B P 神经网络预报模型。 实例 利用这些模型， 以某一 矿区的典型煤与瓦斯的 3 6 组实际 数据 （2 4 组为训练数据， 其他 1 2 组 数据为测试数据） ，进行了模型的 检验、 对比分析， 表明传统 B P模型 的预测精度为 8 0 ， 基于遗传算法 的 B P神经网络模型和基于差分进 化算法的 B P神经网络模型的预测 精度大致相当， 为 9 0 ， B P - G A - B P 神经网络预报模型在时效上优于 模型一和二， 当逐步改变 （减少） 建 模因子的个数时， 新建的进化算法 神经网络模型的预报效果依然保 持较高的精度，而传统 B P模型的 泛化能力明显下降， 显示了新模型 较好的预报稳定性。模拟研究表 明， 利用这些模型可以得出一些潜 在的、 隐藏的模式和知识， 为正确、 快速的煤与瓦斯突出预测预警提 供了决策支持， 实现了智能瓦斯预 警的数据层和特征层的信息融合。 ②基于进化神经网络的煤与 瓦斯突出预测 基本思想是不局限于应用 GA 或 DE 来进行网络初始权值等参数 的优化，而是直接进行 GA 和 DE 性能的改进；并基于 M a t l a b 平台， 编制相应的训练函数， 分别提出了 30 2 0 0 8 . 1 0 No . 5 WWW. G WN . ORG . C N地理信息世界 G E O MA T I C SWO R L D 数字矿山理论、 技术与示范 表 1模型及预测精度比较 Tab.1The comparison among the models and prediction precision 模型预测精度判别矩阵的平均辨析度迭代次数 平均 传统 B P 模型8 3 0 . 9 71 4 5 3 0 3 I G A B P 模型9 3 0 . 9 81 5 5 8 M D E B P 模型9 3 0 . 9 51 5 4 8 基于矩阵编码的改进 G A B P模型 和 M D E B P矿山预测预报模型， 达 到 GA， DE 直接训练 BP， 进行相关 预测预报。 以某矿煤与瓦斯数据资料为 基础数据源， 运用本研究提出的两 种改进模型， 进行了相关的实验分 析研究， 相关的实验结果如表 1 所 示。可见所提出的两个算法模型在 功效上都优于传统的 B P神经网 络， 其最大优势在于可使寻优过程 跳出局部最优点，且具有更强的 “鲁棒性” 及对环境变化的适应性， 它是对 B P神经网络易陷入局部最 优解缺陷的有效改进。 ③基于贝叶斯网络的煤与瓦 斯突出预测 将瓦斯地质基础理论与用于 数据挖掘的贝叶斯网络相结合， 共 选取了 ５ 个综合影响煤与瓦斯突 出的因素 瓦斯压力 （Y ） ， 瓦斯放散 初速度 （V ） ， 地质破坏程度 （D ） ， 煤 的坚固性系数 （F ） ， 开采深度 （H ） 。 根据贝叶斯网络的原理、 影响煤与 瓦斯突出的因素和领域专家知识 进行煤与瓦斯突出预测。 选取国内典型突出矿井中的 1 0 0个实测数据作为模型样本集， 其中 9 0个作为学习训练样本， 1 0 个作为预测样本。结果表明，有 9 组数据预测的煤与瓦斯突出结果 与实际相符合； 有 1 组数据预测的 结果为无法判定， 与历史样本数据 相比较出现了偏差， 需要结合专业 知识做出综合判断。究其原因， 可 能是由于用于学习的样本数据量 较小引起的。总的来说， 该预测模 型是有效的。 5结论与展望 1 ） 过去的系统难以对煤矿瓦 斯超限、 危险区域的空间位置及其 相互关系做出快速、 准确、 全面的 描述， 只能显示数据而不能显示图 形, 更不能做到数据与图形的紧密 结合。采用 G I S 技术， 使监测、 监控 数据向图形化转化， 使数据管理与 图形管理融为一体， 便于指挥和决 策人员直观地作出快速、 有效的决 策。 ２ ）过去， 我国煤矿安装了许 多单一功能的系统， 这些系统各自 独立，安装在不同的科室与部门， 给信息共享与交换带来诸多不便， 在很大程度上造成浪费。利用空间 信息技术， 使原来各自独立的瓦斯 监测系统、 环境监测系统、 工业电 视系统及其他地质测量、 生产管理 等信息系统连为一体， 实现了系统 集成，极大地提高了瓦斯监测监 控、 生产调度指挥的效率与效果。 ３ ） 在数字矿山技术体系的支 持下， 已经能够实时同步远程采集 煤矿瓦斯监测监控系统中的安全 信息数据， 实现了煤矿远程瓦斯监 测分析、 越界开采监督、 瓦斯隐患 查询、 通风状态查询、 安全调度管 理及决策， 该类系统在我国得到了 大规模推广应用， 产生了巨大的效 益。 ４ ） 数字矿山技术体系为煤矿 瓦斯智能预警研究提供了重要平 台与重要支持， 已在煤与瓦斯突出 区域预测、 煤与瓦斯突出数量预测 等方面取得重要进展， 基于 G I S ， 提 出了多源信息集成、 煤层地质条件 模糊综合评价、 多因素模式识别等 智能预报方法及 B P神经网络、 基 于 遗 传 算 法 的 B P神 经 网 络 （G A B P ） 、基于差分进化的神经网 络、 B P - G A - B P神经网络、基于贝 叶斯网络等多种瓦斯预测预报及 数据挖掘模型， 并得到应用， 效果 良好。 ５ ） 如何将地质采矿数据与矿 井生产安全监测数据耦合集成， 进 行时空数据发掘与知识发现， 解决 瓦斯预警智能空间决策支持系统 构建、 多系统集成等方面的关键理 论与技术问题， 形成时空分析模型 高度融合的预警决策平台， 建立基 于矿山地理信息系统、 时空数据挖 掘和知识发现的瓦斯智能预警方 法体系， 实现综合利用不同空间分 布的监测点、 监测数据及其地质采 31 2 0 0 8 . 1 0 No . 5 WWW. G WN . ORG . C N地理信息世界 G E O MA T I C SWO R L D 数字矿山理论、 技术与示范 矿信息进行矿井灾害智能预警预 报， 是一项具有重要理论及实用价 值的课题。 6 ） 近期需要集中攻关的热点 之一是 利用各种多源、 多维、 动态 和海量瓦斯监测数据及特征参数、 地质采矿数据， 从整个区域 （如整 个矿井、 水平等） 及系统论角度， 揭 示煤矿瓦斯灾害信息的特征， 建立 瓦斯多源多维数据融合模型， 提出 以瓦斯智能预警为目的地质采矿 与瓦斯监测等动态空间数据和先 验知识的挖掘算法、 时空知识表达 与推理、 3维可视化表示与分析的 理论与方法， 解决瓦斯预警智能空 间决策支持系统构建、 多系统集成 等方面的关键理论与技术问题， 形 成多源数据高度融合的时空分析 预警决策平台， 建立基于矿山地理 信息系统、 时空数据分析和知识发 现的瓦斯智能预警理论及方法体 系，为综合利用不同空间分布、 不 同时间的监测数据、 特征参数及其 地质采矿信息进行瓦斯灾害智能 预警预报奠定理论和方法基础。 参考文献 [ 1 ]汪云甲，李钢. D i s p a t c h a n dc o m m a n d i n f o r m a t i o n s y s t e mf o r C o a l m i n i n g s a f e t y p r o d u c t i o na n dd e v e l o p m e n t [ J ] . I n t e r n a - t i o n a l j o u r n a lo f S c i e n c e R e s e a r c h , 2 0 0 6 , 6 1 6 3 - 6 8 . [ 2 ] 佚名. 双层管理打造数字化煤矿[ N ] . 科 技日报, 2 0 0 5 - 0 3 - 0 2 . [ 3 ] 李成武, 何学秋. 工作面煤与瓦斯突出 危险程度预测技术研究 [ J ] . 中国矿业 大学学报， 2 0 0 5 ， 3 4 1 7 1 - 7 6 . [ 4 ] 汪云甲, 伏永明. 矿井巷道三维自动建 模方法研究[ J ] . 武汉大学学报 信息科 学版， 2 0 0 6 , 3 1 1 2 1 0 9 7 - 1 1 0 0 . [ 5 ] 李学来， 刘见中. 瓦斯灾害治理新技术 [ J ] . 中国安全科学学报, 2 0 0 4 ，1 4 7 1 0 1 - 1 0 4 . [ 6 ] 南存全，冯夏庭. 基于 S V M的煤与瓦 斯突出区域预测研究 [ J ] . 岩石力学与 工程学报, 2 0 0 5 ， 2 4 2 2 6 3 - 2 6 7 . [ 7 ] 张宏伟, 李胜. 煤与瓦斯突出危险性 的模式识别和概率预测 [ J ] . 岩石力学 与工程学报, 2 0 0 5 , 2 4 1 9 3 5 7 7 - 3 5 8 1 . [ 3 ]李白英. 预防矿井突水的 “下三带” 理 论及其发展与应用 [ J ] . 山东矿业学院 学报 自然科学版， 1 9 9 9 ， 1 8 4 1 1 - 1 8 . [ 4 ] 钱鸣高， 缪协兴， 许家林. 岩层控制中 的关键层理论研究 [ J ] . 煤炭学报， 1 9 9 6 ， 2 1 3 2 2 5 - 2 3 0 . [ 5 ] 王作宇， 刘鸿泉. 煤层底板突水机制的 研究 [ J ] . 煤田地质与勘探， 1 9 8 9 （1 ） 3 6 - 4 1 . [ 6 ] 靳德武. 我国煤层底板突水问题的研 究现状及展望 [ J ] . 煤炭科学技术， 2 0 0 2 ， 3 0 6 2 - 3 . [ 7 ] 孙亚军， 郑世书， 张大顺， 等. 信息拟合 方法在焦作东部矿区底板突水预测中 的初步应用 [ J ] . 中州煤炭， 1 9 9 0 （2 ） 2 4 - 2 6 . [ 8 ]管恩太， 武强，冀焕军， 等. 煤矿底 板突水的多源地学信息复合模型研 究以焦作演马庄矿为例 [ J ] . 工程 勘察， 2 0 0 1 （4 ） 1 8 - 2 0 . [ 9 ] 杨永国， 李宾亭， 尚克勤， 等. 鹤壁矿务 局矿井突水等级模糊综合评判及预测 [ J ] . 中国矿业大学学报， 1 9 9 8 ， 2 7 2 2 0 4 - 2 0 8 . [ 1 0 ] 武强， 庞炜， 戴迎春. 煤层底板突 水脆弱性评价的 G I S 与 A N N耦合技 术[ J ] . 煤炭学报， 2 0 0 6 ， 3 1 3 3 1 4 - 3 1 9 . [ 1 1 ] 靳德武. 华北型煤田煤层底板突水预 测信息分析理论、 方法及应用[ J ] . 中 国岩溶， 2 0 0 3 ， 2 2（1 ） 4 1 - 4 6 . [ 1 2 ] 刘波， 冯启言， 孟磊， 等. 梁北煤矿 二 1 煤层底板寒灰突水条件分析[ J ] . 矿业安全与环保， 2 0 0 7 ， 3 4 6 6 5 - 6 6 . [ 1 3 ] 徐志斌， 王继尧， 张大顺， 等. 煤矿断层 网络复杂程度的分维描述[ J ] . 煤炭学 报， 1 9 9 6 ， 2 1 4 3 5 8 - 3 6 2 . [ 1 4 ] 张海荣， 周荣福， 郭达志， 等. 基于 G I S 复合分析的煤矿顶板水害预测研究 [ J ] . 中国矿业大学学报， 2 0 0 5 ， 3 4 1 1 1 2 - 1 1 6 . [ 1 5 ]F E N G Q i y a n ，Z H O U L a i ，Z H A N G H a i r o n g ，Y A N GT i a n h o n g . P r e d i c t i o n o f Wa t e r I n r u s hf r o mt h eS e a mR o o f i n C o a l M i n e B a s e d o n M u l t i - F a c t o r A n a l - y s i s o f G I S[ C ] / / P r o g r e s s i n M i n i n g S c i - e n c e a n d S a f e t y T e c h n o l o g y . A p r i l 1 6 - 1 9 ， 2 0 0 7 . [ 1 6 ] 虎维岳. 矿山水害防治理论与方法 [ M ] . 北京煤炭工业出版社， 2 0 0 5 2 1 - 2 5 . （上接第 2 5 页 ） 32