多尺度瓦斯地质编图和瓦斯灾害危险区预测系统开发.doc

收稿日期2009-05-13 作者简介谈安彬1981,男,重庆人,助理工程师,2004年毕业于河南理工大学,河南理工大学在读工程硕士,现从事矿山地质管理工作。 多尺度瓦斯地质编图和瓦斯灾害危险区预测系统开发 谈安彬 1,2 1.河南理工大学资源环境学院,河南焦作 454000;2.郑煤集团公司告成煤矿,河南登封 452470 摘要瓦斯地质图编绘工作技术含量高,工作量大,实现瓦斯地质图编绘的自动化与规范化、地质规律与瓦斯灾害区域预测结果的可视化,可为解决瓦斯问题、指导安全生产、抢险救灾提供一种科学、快捷、方便的新手段。设计开发了多尺度瓦斯地质编图和瓦斯灾害危险区预测系统,阐述了其开发方式、数据库设计,并对其系统功能进行了介绍。 关键词瓦斯地质;GI S;瓦斯灾害危险区;煤矿安全 中图分类号T D71215 文献标识码A 文章编号1003-0506200907-0014-02 D evelop m en t of M ulti 2sca le Ga s Geolog i ca lM ap Com p ili n g and D raw i n g and Ga s Hazard Zone Pred i cti on System T AN An 2bin 1,2 1.Institute of ResourcesGI S;gas hazard zone;coal m ine safety 编绘瓦斯地质图是一项技术含量高、数据处理 量大的工作。目前,瓦斯地质图主要以手工编绘为主,绘图过程复杂、繁琐,绘图周期长、效率低,图纸精度低、不美观,且不易保存和修改。因此,许多煤矿尚未编制瓦斯地质图或者编制一次后就不再对其补充和完善。有些煤矿借助于通用商品化图形处理平台如Aut oCAD 或专门地图绘制软件来绘制瓦斯地质图,虽然比手工绘制效率和精度高,但在绘制等值线、瓦斯风化带、地质构造等内容时,同样比较繁琐,且瓦斯参数信息和地质构造信息往往布置在一张平面图上,影响其可读性和美观度;另外,这样绘制的瓦斯地质图在进行动态补充、修改、完善时也不方便,更不具备瓦斯灾害区域预测方面的功能。 这就迫切需要建立专用的数字化多尺度瓦斯地质图编绘平台,把图形信息和数据信息有机统一,实现瓦斯地质图件的动态管理和瓦斯灾害的实时预测。 1 开发目标 针对目前多尺度瓦斯地质编图和瓦斯灾害危险区预测可视化、动态化和自动化的需求,在瓦斯地质理论和工作方法的指导下,进一步研究动态管理及可视化的关键技术,利用图形处理技术、可视化编程技术、GI S 理论与方法,将地质、采矿和瓦斯监测中的多源数据集成,开发出集图件漫游、修改与动态管理、数据录入、维护与查询等功能于一体的数字化动态瓦斯地质图编绘系统,实现图纸编绘的自动化与规范化,以及瓦斯地质信息、地质规律与瓦斯灾害区域预测结果的可视化,为解决瓦斯问题、指导安全生产、抢险救灾提供一种科学、快捷、方便的新手段。 2 可行性分析 ・ 41・2009年第7期 中州煤炭 总第163期 1随着电子技术的迅速发展,计算机的性能价格比不断提高,大容量的存储设备以及各种输入输出设备和其他辅助外围设备的日益增加,为系统的开发提供了坚实的硬件基础。近年来,大量GI S 工具软件的产生及其在各领域的成功应用为新系统的开发提供了软件基础和可以借鉴的实践经验,同时各种数据库管理系统和高级语言的出现,为新系统的开发方式提供了很大的灵活性。 2由于采用基于W indows的系统开发思想和事件驱动机制,界面友好直观,系统可操作性强,一般技术人员均可胜任工作。 3 开发方式 目前,地理信息系统的主要开发方式有3种独立开发、单纯二次开发和组件式二次开发。该系统选择组件式二次开发方式,采用美国环境系统研究所ESR I的GI S组件MapObjects2.3在V isual C平台下进行二次开发,这种方法既可以充分利用GI S工具软件对空间数据库的管理、分析功能,又可以利用C语言具有的高效、方便等编程优点,不仅能大大提高应用系统的开发效率,而且使用可视化软件开发工具开发出来的应用程序具有更好的外观效果和更强大的数据库功能。 4 数据库设计 数据库是系统的核心内容,根据瓦斯突出区域预测涉及的数据可以分为2个基本类型空间数据图形数据和属性数据。 1空间数据库设计。空间数据是用来表征地球表面具有一定特征的物体、自然现象及其分布特征的,除具有一般通用数据库中常见的数字、字符表示的数值和名称的非几何属性数据外,还必须管理具有空间定位和拓扑关系的地理空间特征。空间数据结构是地理实体的空间排列方式和相互关系的抽象描述,它是一种用计算机进行存储管理和各种操作的地学图形的逻辑结构和图形数据格式。 空间数据结构一般可分为两大类矢量结构和栅格结构,两结构都可用来描述地理实体的点、线、面3种基本类型,该系统中空间数据结构采用了矢量结构形式进行存储。矢量数据结构是另一种常见的数据结构,它将每一个实体的位置用它们在坐标参照系统中的空间坐标定义。其中点实体具有几何确定位置,由一对平面坐标x,y来表示;线实体具有一定的走向和长度,表示线状地物或点之间的地理联系,其记录方式为一系列x,y坐标对;而面实体具有确定的范围和形态,表示空间连续分布的地理景观或作用范围,它是由1条或多条首尾坐标对相同的封闭弧线所组成,它的记录方式是顺序地记录自身标识码及其多边形弧线上各折线点的坐标值。在点、线、面等要素之间,一般存在拓扑关系。 2属性数据库设计。属性数据库是指与空间位置没有直接关系的、代表特定地理意义的数据,既可以是独立于专题地图的社会经济统计数据,也可以是与专题地图相关、表示地物类别数量等级的字符串或数字。此外,系统量算得到的面积、长度、构造软煤比等数据也作为属性数据管理。属性数据库结构主要有3种层次数据库结构、网状数据库结构和关系数据库结构,而关系数据库结构是最重要的数据库结构,许多数据库管理系统基本上都支持关系数据库结构,它以数据表的形式组织数据,便于数据的查询检索与更新。因此,选择关系数据库结构进行属性数据库设计。 5 系统功能 1地图操作基本功能。地图操作的基本功能包含放大、缩小、平移等功能。 2瓦斯地质图的导航功能。不同尺度的瓦斯地质图要表达的信息种类、内容和重点都有不同程度的区别,如果把不同尺度的所有信息集中显示在一张地图上,势必会造成信息凌乱且相互影响甚至冲突,可读性与可操作性都较差,降低信息的可视化表达效果。因此,需要采用一定的方法分别显示不同尺度的瓦斯地质图。不同尺度的瓦斯地质图虽然要表达的信息有所区别,但并不是完全不同的,仍有一定的联系,因此不能够采用隔离或分散的方法来显示,而应该根据相互之间的联系建立导航,使不同尺度的瓦斯地质图有机连接起来,为用户选择图件与浏览信息提供一个方便、快捷且直观的途径。 3空间查询功能。图形与属性互查是最常用的查询,主要有2类查询方式①按属性信息的要求查询定位空间位置,称为“属性查图形”。这和一般非空间的关系数据库S QL查询没有区别,查询到结果后,再利用图形和属性的对应关系,进一步在图上用指定的显示方式将结果定位绘出。②根据对象的空间位置查询有关属性信息,称为“图形查属性”。该查询分2步,首先借助空间下转第18页 ・ 5 1 ・ 2009年第7期 谈安彬多尺度瓦斯地质编图和瓦斯灾害危险区预测系统开发 总第163期 表2 瓦斯浓度平均值2007101320080131 测试日期试验组S /对照组K /比值 S /K 测试日期试验组S /对照组K /比值 S /K 200710133163051800016320071214217091180011502007101751790916300160200712153140311977117220071024 31060 619000144200712163190411500216020071026151000712002108200712173123811622210020071027131050714001176200712182173011710116020071028 61450 318001170200712202118011400115620071030111280618001166200712222191931028019620071101141420611502134200712243165031200111420071113 81880 317002140200712264107841260019620071115151000415003133200712308110321522312020071120171770412004123200801157198821075318520071123312701188011742008011710191731143314720071124417601179011542008011891057216133147200711262162021650117020080120111891 21775412920071128414001135031252008012271085218752146200711304175011600219720080125 71315 21550218720071202911831190041832008012710123521675318220071206413401157321762008012813142921571512220071208611172144521522008012914197031771319720071210218672132211232008013014135621371610520071212 21056 11644 1125 20080131141368 21200 6153 2囊袋式注浆封孔法的平均浓度是聚氨酯封 孔法浓度的131。 3聚氨酯封孔的高浓度钻孔浓度衰减很快,而囊袋式注浆封孔高浓度钻孔的浓度衰减较慢,可见囊袋式封孔法的后期封孔效果较好。 4由试验数据得出聚氨酯封孔法随着时间的 推移,封孔失效现象较为明显,后期部分钻孔无法测出瓦斯浓度,而囊袋式注浆封孔法则无此现象发生,后期封孔效果稳定。 3 结语 囊袋式注浆封孔装置采用主动支护式封孔原理,结构新颖、构思巧妙,能够顺利地进行现场施工,封孔效果较聚氨酯封孔有显著的提高,是提高本煤层瓦斯浓度的有效方法。 1利用高压注浆,浆液进入钻孔裂隙,减少了钻孔的漏气量,增加了瓦斯抽放浓度,提高了瓦斯抽放效率,较好地解决了郑州矿区“三软”不稳定煤层抽采难的问题。 2采用风动注浆泵注浆,使煤孔封孔时间缩短到20m in 内,降低了劳动强度,提高了封孔工效,节约了瓦斯抽放封孔成本。 3采用囊袋式封孔方法的初期浓度低于聚氨酯封孔法,但随着钻孔变形和聚氨酯压缩,囊袋式封孔方法的抽采浓度开始高于聚氨酯封孔法,3个月后,囊袋式封孔方法的瓦斯抽采浓度较聚氨酯封孔 法高200左右。 责任编辑秦爱新上接第15页 索引,在地理信息系统数据库中 快速检索出被选空间实体,然后根据空间实体与属性连接关系即可得到所查询空间实体属性列表。 4图形绘制功能。图形绘制是对新建图层或已存在的图层增加空间要素所必备的功能。MOP V 通过“绘图编辑”工具栏实现点状、线状和面状空间要素的绘制以及文字的填加。 5专题地图绘制功能。专题地图着重反映某一自然和社会经济要求的分布或强调表示这些现象的某一方面的特征。它由地理基础和专题内容两部分构成。地理基础是专题地图的底图,专题内容是地图表达的主题,在专题地图上不仅要显示出专题要素的空间分布和相互联系,而且还要反映出它们的发展变化。因此在专题地图上传输和表达的主要是要素的分布位置、形状、大小;量化信息反映的是要素的数量信息。 6图形叠加分析实现突出区域预测功能。瓦斯含量等值线、瓦斯压力等值线和构造煤厚度等值线的绘制是实现图形叠加功能的前提,是多尺度突出区域预测可视化的基础。系统提供了反距离和克里金2种等值线绘制算法,供用户选择。 7图形类型转换功能的实现。系统所管理的瓦斯地质信息是基于shapefile 格式的,常用的GI S 软件大多可直接打开,但其他系统则可能需要通过文件类型转换实现间接打开。郑煤集团目前多数煤矿使用龙软公司的系统软件制图,该系统与MOP V 系统所存储的格式不一样,所以不能够直接挂接,但可通过“dxf 文件”格式实现图形信息的共享。 6 结语 将V isual C6.0作为软件开发平台,利用美国环境系统研究所的GI S 组件MapObjects2.3,结合瓦斯地质理论、GI S 原理与方法、数据库技术和可视化理论等建立的多尺度瓦斯地质编图和瓦斯灾害危险区预测数字化系统,在郑煤集团得到应用。实践证明,该系统在实现瓦斯地质图编绘的自动化与规范化,以及地质规律与瓦斯灾害区域预测结果的可 视化具很高的应用价值。 责任编辑梁郁鑫・ 81・2009年第7期 中州煤炭 总第163期