矿井灾害可视化应急救援系统的研究与应用.pdf

收稿日期 2007 - 01 - 04 基金项目北京市教育委员会共建项目建设计划资助XK100080432 作者简介高 蕊1980 - ,女,河北唐山人,博士研究生,北京科技大学土木与环境工程学院安全技术及工程专 业。 矿井灾害可视化应急救援系统的研究与应用 高 蕊 1 ,蒋仲安 1 ,董 枫 1 ,杜丙申 2 1 1北京科技大学 土木与环境工程学院 教育部金属矿山高效开采与安全重点实验室,北京 100083; 21河北金牛集团东庞矿,河北 邢台 054201 摘 要文章以河北金牛能源集团东庞煤矿为例,通过对矿井情况的全面了解和矿井灾害应 急救援技术的研究,利用地理信息系统控件mapx建立了可视化的矿井灾害应急救援系统,系统 拥有内容丰富的数据库和知识库,将井下危险源、工作面、避灾路线、灾害影响区域、通讯设备 分部等与矿井救灾密切相关的信息在地图上动态显示,并且将其属性信息与图形信息紧密结合, 图文并茂,为矿井灾害的预防和处理提供有力的技术支持。 关键词矿井; mapx;应急救援;可视化 中图分类号TD77;TP311 文献标识码 B 文章编号 1671 - 0959 2007 0420108203 Research and application of m ine disaster visualized emergency rescue system GAO Rui 1 , J I ANG Zhong - an1, DONG Feng 1 , DU Bing - shen2 1 1KeyLab ofMinistry of Education - MetalMine High EfficientMining and Safety, School of Civil and Environment Engineering, University of Science and TechnologyBeijing, Beijing, 100083, China; 21DongpangMine, Hebei Jinniu Energy Group, Hebei 054201, China Abstract TakingDongpangMine of HeBei JinNiu Energy Group as the sample, with the full understanding of the mine conditions and the research on the mine disaster rescue technology,a visualized mine disaster rescue system was established with the control part - mapx of the geographical ination system.The rescue system has a rich data base and knowledge base.The system can dynamic display the dangerous source, working face,escape route,range of influence, distribution of communication equipment and so on.The attribute ination and graphical ination are tightly coupled.The system will provide powerful technical support ine hazard prevention and management . Keywords Mine; mapx;emergency rescue;visualization 1 概 述 由于矿山开采的特殊性,在开采过程中存在水、火、 瓦斯等自然灾害,时刻威胁着矿井的安全生产,而且,由 于作业条件复杂多变和管理失控等原因,还会发生机械电 气、运输提升和爆破等其他事故。据统计煤炭行业是我国 工业生产中伤亡事故最严重的行业。近年来,事故应急救 援工作取得了显著的成效。据统计, 2005以来,我国矿山 救护队伍参加矿山事故抢险5017起,抢救遇险、遇难人员 6814人,其中2292人获救生还,可见应急救援系统的建立 具有重要的意义。而地理信息系统是一种利用计算机对空 间信息进行存储和处理的系统,通过对空间信息及其它各 类信息的有效管理,从而使大量抽象、枯燥的数据变得生 动、直观和易于理解,提高工作效率和管理工作的科学性 和准确性。MapX是一种基于W indows操作系统的标准控 件,因而能支持绝大多数标准的可视化开发环境,如Visual C 、Visual Basic、Delphi、PowerBuilder、Visual Studio. NET等。利用MapX,能够简单快速地在软件中嵌入地图化 功能,增强软件的空间分析能力。因此,将mapx应用到应 急救援系统的开发中,可以实现矿井环境的可视化,而且 方便灵活,易于维护。 2 矿井灾害应急救援系统的结构与功能 211 矿井灾害应急救援系统的总体结构 根据系统需求分析和开发目标,矿井灾害应急救援系 801 信息工程 煤 炭 工 程 2007年第4期 统主要包括决策系统模块、矿井灾害模块、应急预案模 块、灾害处理模块、法律法规模块和系统总控模块。 1 决策系统模块。具有维护和管理矿井基础信息的基 本功能,主要由相关数据库和地物属性分布组成。基础信息 包括矿井情况数据库、主要灾害信息数据库、安全设备数据 库、井下主要设备信息数据库以及采掘工作面分布、井下消 防设备分布和井下电话分布等。主要灾害信息数据库包括水 灾信息数据库、火灾信息数据库和瓦斯信息数据库。 2 矿井灾害模块。它具有矿井灾害知识库的功能,包 括矿井灾害从预测预报到控制处理的一般方法,主要包括 矿井灾害预测方法、矿井灾害控制方法、矿井灾害处理方 法,同时还包括内容丰富的矿井灾害案例库,方便查找相 关的矿井灾害案例,可作为平时学习使用也可作为救灾的 参考。模块中所有内容均按照水灾、火灾、瓦斯三种矿井 常见灾害类型进行分类,便于检索使用。 3 应急预案模块。具有维护和管理整个矿井灾害应急 救援的基本功能,主要包括矿井灾害应急预案、应急救援 队伍、救灾设备数据库、救灾专家数据库以及国家级矿山 救援基地分布等内容。在矿井灾害应急预案模块中可以查 询到通用的应急救援预案,如国家安全生产监督管理总局 制定的矿山重特大生产安全事故应急预案,也可以查询到 东庞矿根据实际自行制定的应急预案。 4 灾害处理模块。以知识库的形式向决策者提供灾害 处理方法、救灾专家库和救灾设备库等内容,帮助决策者 及时采取适当措施应对突发事件。按照水灾、火灾和瓦斯 三种灾害分类提供针对矿井特定灾害的应急处理措施以及 相关专家、救灾设备的查询功能。 5 法律法规模块。提供矿山生产适用的各项法律法规 和部门规章制度,能够按照目录、索引和关键字进行查询、 打印,同时预留了扩展接口,用户可以根据实际情况增减 法律法规条文。 6 系统总控模块。此模块以数据库和知识库为基础构 建系统的运行环境,辅以友好的用户界面和人机对话过程, 实现了矿井采掘工作面、井下通讯设备分布、井下皮带分 布、井下瓦斯监测系统分布情况以及矿井重大危险源的分 布的显示、查询、编辑功能,以及避灾路线和灾害相关影 响区域的动态显示。 根据系统的开发要求和系统目标,本着简单、易用、 实用、可靠的原则,矿井应急救援系统采用在技术上比较 成熟而且有利于将来系统扩展的C/S结构。以管理员身份 登陆的用户可以实现系统的所有功能;以普通用户身份登 陆的用户只可以浏览本系统中的内容,不可以修改、添加 和删除其中内容。 212 灾害处理控制中心 灾害处理控制中心具有辅助决策者快速决策的功能, 矿井一旦发生灾害,可以在灾害处理控制中心查阅救灾的 相关信息,既一目了然又操作简便,例如, 2608工作面发 生水灾时,灾害类型选择水灾,发生区域选择2608工作 面,避灾路线选择2608工作面水灾避灾路线,即可查看灾 害处理程序、动态显示避灾路线及相关影响区域、救灾专 家、救灾设备、救灾队伍、各单位人员联系电话表等相关 信息,大大提高了救灾效率,如图1所示。 图1 灾害处理控制中心 3 数据库的组织与建立 311 建库流程 数据的丰富性、正确性和实时性直接关系到矿井灾害 救援的效果。本系统数据库是在资料收集和策划阶段即开 始建立,在软件编制过程中不断丰富其内容。考虑到本系 统建成之后结合矿山企业现有内部办公网络进行应用时数 据共享的问题,数据库内表单较多数据丰富以及未来数据 库扩充的需要,为保证数据库系统的安全和提高数据的管 理效率,本系统选用了功能强大的SQL Sever2000作为后台 数据库。先后建立了矿井情况数据库、主要灾害信息数据 库、安全设备数据库、主要设备数据库、地图属性数据库 以及救灾专家数据库和救灾设备数据库等。 312 数据的分层组织 GIS数据库存在两类数据属性数据和空间数据。属性 数据表示空间物体与几何位置无关的属性。空间数据表示 物体的位置、形状以及相互关系等方面的信息。数据采用 分层的方式存放。 313 数据的查询与显示 在矿井灾害应急救援系统中,用于查询和显示等功能 的数据全部存放于数据库中。用户在查询地图中的某个地 物信息时, GIS系统首先将此地物映射到地物所在图层的空 间数据库中,并根据空间数据库中的有关字段检索与之相 关联的属性数据库,获得此地物的属性信息并以图表的形 式将查询结果显示出来。 当灾害发生时,用户只需在地图上点击灾害发生区域, 在弹出的菜单中选择相应的灾害处理情况,系统就会根据 用户所选择的区域I D值自动判断和选择相应灾害的处理措 901 2007年第4期 煤 炭 工 程 信息工程 施、救灾专家和救灾设备,并将结果显示出来。系统与数据库的关系如图2所示。 图2 系统与数据库关系图 4 VisualBasic610环境下mapx控件的使用 在VisualBasic610环境下使用mapx控件可以分为四个 基本步骤①启动Visual Basic610,创建一个新工程,在 【 工程 】菜单下选择 “ 部件 ”项,在 “ 部件 ”对话框中勾 选Map InfoMapX V5选项,然后在窗体上添加一个MapX控 件;② 通过地图控件属性框或编写代码,向MapX控件中 添加地图数据;③ 编写程序代码来调用地图属性、事件和 方法;④ 调试、编译运行。 5 系统应用 本系统是北京科技大学与河北金牛能源股份公司东庞 矿合作研制开发的,其主要目的是利用地理信息系统控件, 将东庞矿生产工作范围内的电子地图和属性数据相结合, 通过东庞矿内部办公网络实现数据共享,实现数据统一管 理和资源共享。系统根据需要绘制、编辑多条避灾路线; 路线放在不同的图层中,沿事先设定好的避灾路线动态模 拟人员避灾逃生路径。系统在开始研制时就考虑到了后续 功能的可扩展性,一次编程,实现多个功能。目前该系统 已经在东庞矿的调度室、总工室、采掘工程、运输系统、 供电系统、通风系统、提升系统等部门应用,系统运行良 好,并进行了多次模拟救灾演练,效果理想。 6 结 论 通过对地理信息系统和矿井灾害救援技术的研究,建 立了矿井灾害应急救援系统,实现了矿井灾害应急救援技 术的可视化,为灾害预防和处理提供了有力的技术支持。 1 利用GIS控件的图形信息处理功能,实现矿井电子 地图的可视化,并将图中地物的空间数据和属性数据完美 结合,从而实现图元的查询和反查询,为矿井灾害应急救 援提供决策依据。 2 将GIS与井下重大危险源及应急救援数据库连接, 实现了井下重大危险源分布在地图上的显示功能,并能动 态模拟各区域相应灾害的避灾路线、影响范围及灾害处理 措施,引导人员及时逃生,同时指导救援人员及时展开救 援工作。 3 通过对水灾、火灾、瓦斯等矿井灾害的发生规律和 应急救援技术的研究,建立了矿井水灾信息数据库、火灾 信息数据库、瓦斯信息数据库以及救灾和人员逃生数据库 等。 4 建立了强大的灾害应急救援知识库。包括灾害预 测、控制、处理方法库、事故案例库、法律法规库、矿山 救灾队伍、救援专家和救灾设备知识库等,为领导和事故 救援人员的决策提供依据。 5 通过研究高性能数据处理、信息管理和系统程序模 块显示软件,用最新的计算机编程和网络数据库技术编制 了人机界面友好、图文并茂的矿井应急救援决策系统软件 平台,为矿井安全生产提供科学的决策依据。 6 建立了一套相对比较完整的矿井灾害应急救援系统 软件,研制出的软件做到人机界面友好、图文并貌,为矿 井的安全生产、制定相关的灾害预防和控制措施提供科学 的决策体系。 参考文献 [1] 邬伦,刘瑜,张晶,等.地理信息系统 原理、方法和应 用[M ].北京科学出版社, 2005. 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