礦井水害防治基礎信息管理及突水預測評價系統(tǒng)簡介

2016年4月12日礦井水害防治基礎信息管理及突水預測評價系統(tǒng)魏久傳山東科技大學地球科學與工程學院文檔管理和基礎信息管理模塊2系統(tǒng)總體功能結構設計1圖形管理模塊3礦井突水影響因子指標庫4礦井突水評價模型庫5提綱（一）礦井水害防治基礎信息管理及突水預測評價系統(tǒng)1.系統(tǒng)簡介本系統(tǒng)是運用先進的系統(tǒng)設計理念和成熟的應用技術開發(fā)模式，基于主流的軟件開發(fā)環(huán)境、選擇恰當?shù)拈_發(fā)工具及最新的面向對象編程語言，按照系統(tǒng)的總體設計，集成開發(fā)的一套集礦井水文地質信息基礎數(shù)據(jù)管理、圖形管理、專題圖件自動制圖、礦井突水評價指標體系構建與礦井突水評價模型功能一體化礦井水害防治基礎信息管理及突水預測評價系統(tǒng)軟件。（一）礦井水害防治基礎信息管理及突水預測評價系統(tǒng)1.系統(tǒng)結構功能總體設計本系統(tǒng)由礦井水文地質文檔管理、礦井水文地質信息基礎數(shù)據(jù)管理、礦井水文地質信息圖形管理、礦井突水評價影響因子指標庫、礦井突水評價模型庫和系統(tǒng)幫助文檔等六大功能模塊組成。系統(tǒng)總體功能結構各功能模塊的相互關系圖（一）礦井水害防治基礎信息管理及突水預測評價系統(tǒng)2.各功能模塊之間的相互關系3.系統(tǒng)開發(fā)平臺及開發(fā)環(huán)境本系統(tǒng)采用VS2010作為系統(tǒng)開發(fā)平臺，以VB.NET為程序開發(fā)語言，以SQLServer2008為后臺支持數(shù)據(jù)庫。采用VB.NET+SQLServer+ArcGIS，VB.NET+SQLServer+Surfer，VB.NET+SQLServer+MATLAB三種應用技術開發(fā)模式，結合對AutoCAD和MicrosoftOffice輔助軟件的調用，集成開發(fā)了礦井水害防治基礎信息管理及突水預測評價系統(tǒng)。（一）礦井水害防治基礎信息管理及突水預測評價系統(tǒng)文檔管理和基礎數(shù)據(jù)管理模塊2系統(tǒng)總體功能結構設計1圖形管理模塊3礦井突水影響因子指標庫4礦井突水評價模型庫5提綱（二）礦井水文地質文檔管理和基礎數(shù)據(jù)管理模塊1.礦井水文地質信息基礎數(shù)據(jù)庫

這兩個功能模塊的功能實現(xiàn)以礦井水文地質信息基礎數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)支持。

它是整個系統(tǒng)各功能得以實現(xiàn)的數(shù)據(jù)基礎，實現(xiàn)對煤礦勘探、建井和礦井開采過程中所積累的所有地質、水文地質資料以及其他相關的地質資料的系統(tǒng)化管理，其數(shù)據(jù)來源主要分為兩類：一類以紙質報告或電子文檔格式保存的水文地質文檔資料；二類是以各類數(shù)據(jù)報表、臺賬和電子表格形式保存的水文地質相關的基礎數(shù)據(jù)資料。2、礦井水文地質文檔管理模塊功能以所建的礦井水文地質信息基礎數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)基礎，開發(fā)了礦井水文地質文檔管理模塊和礦井水文地質信息基礎數(shù)據(jù)管理模塊，各自實現(xiàn)了不同功能。礦井水文地質文檔數(shù)據(jù)庫的功能主要是實現(xiàn)對礦井水文地質文檔數(shù)據(jù)的合理化管理。將各類水文地質文檔資料按其類型分為地質報告、水文地質報告、技術研究報告、年度總結報告、周邊礦井相關報告及其他六大類。（二）礦井水文地質文檔管理和基礎數(shù)據(jù)管理模塊2、礦井水文地質文檔管理模塊功能

實現(xiàn)功能：

依據(jù)文檔類型，在水文地質文檔管理模塊中設置相應的功能對其進行分類管理，實現(xiàn)了各類報告的查詢、瀏覽、新文檔數(shù)據(jù)的導入、文檔導出、刪除以及文檔基本信息數(shù)據(jù)的編輯修改等功能。（二）礦井水文地質文檔管理和基礎數(shù)據(jù)管理模塊礦井水文地質文檔管理模塊功能結構圖（二）礦井水文地質文檔管理和基礎數(shù)據(jù)管理模塊登錄頁面注冊頁面系統(tǒng)主功能頁面礦井水文地質文檔管理模塊功能頁面3.礦井水文地質信息基礎數(shù)據(jù)管理模塊的功能

該模塊由八個部分組成：

氣象數(shù)據(jù)管理、鉆孔原始數(shù)據(jù)管理、礦井地質基礎數(shù)據(jù)管理、水文地質基礎數(shù)據(jù)管理、礦井信息數(shù)據(jù)管理、防治水工作數(shù)據(jù)管理、專題圖數(shù)據(jù)管理以及數(shù)據(jù)庫維護。每一部分又細分為多個小的不同方面的數(shù)據(jù)。（二）礦井水文地質文檔管理和基礎數(shù)據(jù)管理模塊3.礦井水文地質信息基礎數(shù)據(jù)管理模塊的功能功能實現(xiàn)：（1）基礎數(shù)據(jù)資料的輸入/批量數(shù)據(jù)導入；（2）數(shù)據(jù)庫信息的查詢功能，包括單條件和多條件查詢、單表和多表聯(lián)合查詢等；（3）數(shù)據(jù)庫信息的編輯，包括數(shù)據(jù)修改、更新、添加、刪除等；（4）相關數(shù)據(jù)庫信息的計算分析，如地下水質類型分析，礦井排水能力評價等；（二）礦井水文地質文檔管理和基礎數(shù)據(jù)管理模塊3.礦井水文地質信息基礎數(shù)據(jù)管理模塊的功能功能實現(xiàn)：（5）數(shù)據(jù)庫信息分析結果的可視化顯示，如曲線變化趨勢圖，柱狀分析圖、構成要素分析圖等；（6）數(shù)據(jù)輸出/批量數(shù)據(jù)導出；（7）數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)報表打??；（8）數(shù)據(jù)庫的維護，包括導入/導出功能以及數(shù)據(jù)庫備份。（二）礦井水文地質文檔管理和基礎數(shù)據(jù)管理模塊礦井水文地質信息基礎數(shù)據(jù)管理模塊功能結構圖礦井水文地質信息基礎數(shù)據(jù)管理模塊功能頁面（二）礦井水文地質文檔管理和基礎數(shù)據(jù)管理模塊水文觀測成果資料管理界面（二）礦井水文地質文檔管理和基礎數(shù)據(jù)管理模塊（二）礦井水文地質文檔管理和基礎數(shù)據(jù)管理模塊（二）礦井水文地質文檔管理和基礎數(shù)據(jù)管理模塊文檔管理和基礎信息管理模塊2系統(tǒng)總體功能結構設計1圖形管理模塊3礦井突水影響因子指標庫4礦井突水評價模型庫5提綱（三）礦井水文地質圖形管理模塊該管理模塊主要包括兩部分功能：一、通過建立礦井水文地質圖形管理空間數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)對水文地質圖件的規(guī)范化管理；二、以礦井水文地質信息基礎數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)基礎，實現(xiàn)水文地各類質專題圖件的自動成圖功能。（三）礦井水文地質圖形管理模塊礦井水文地質圖形管理模塊功能結構圖（三）礦井水文地質圖形管理模塊1.礦井水文地質圖形管理功能模塊1）數(shù)據(jù)來源礦井水文地質相關圖件主要包括以圖紙形式或多種圖形文件格式（CAD制圖系統(tǒng)文件格式.dwg、龍軟制圖系統(tǒng)文件格式.lmf、MapGIS制圖系統(tǒng)文件格式.MPJ以及GIS系統(tǒng)識別的各類地圖文件格式）保存的各類水文地質圖件。序號圖件名稱序號圖件名稱1地形地質圖10礦井充水性圖2地層綜合柱狀圖11等水位線圖3地質剖面圖12礦井涌水量與相關因素曲線圖4煤巖層對比圖13瓦斯地質圖5井上下對比圖14各含水層水文地質圖6煤層資源儲量估算圖15采掘工程平面圖7綜合水文地質圖16各鉆孔原始柱狀圖8水文綜合柱狀圖17井田構造綱要圖9水文地質剖面圖18井巷素描圖（三）礦井水文地質圖形管理模塊礦井水文地質圖形管理的功能結構圖1.礦井水文地質圖形管理功能模塊功能實現(xiàn)：（1）圖形管理（圖件打開、關閉、保存及另存為）（2）圖形文件瀏覽（圖形放大、縮小、移動和復位）（3）圖形數(shù)據(jù)查詢（條件查詢、點查詢、屬性表查詢和距離量測）（4）圖層編輯（添加、修改、刪除）（5）圖層管理（圖層打開、關閉、新建和刪除）（二）礦井水文地質文檔管理和基礎數(shù)據(jù)管理模塊（三）礦井水文地質圖形管理模塊圖形文件管理功能圖形文件瀏覽功能（三）礦井水文地質圖形管理模塊圖形數(shù)據(jù)查詢功能可以實現(xiàn)條件查詢、點查詢、屬性表查詢和空間量算（距離查詢和面積查詢（三）礦井水文地質圖形管理模塊條件查詢點查詢空間量算——面積查詢屬性表查詢空間量算——距離查詢（三）礦井水文地質圖形管理模塊圖層管理功能（三）礦井水文地質圖形管理模塊2.礦井水文地質專題圖件自動制圖功能本功能實現(xiàn)各類相關專題圖件的自動繪制，為礦井水害的預測評價提供圖形數(shù)據(jù)來源。①各類等值線圖的自動成圖（厚度、間距等值線等）；②各類礦井突水影響因子專題圖的自動繪制（水壓、隔水層

厚度、構造影響指數(shù)等）；③各類分區(qū)圖的自動繪制（含水層富水性分區(qū)圖、礦井突水危險性分區(qū)圖等）；④專題圖的疊加運算；⑤圖形數(shù)據(jù)分析。（三）礦井水文地質圖形管理模塊自動繪圖功能頁面（三）礦井水文地質圖形管理模塊礦井水文地質專題圖件自動繪圖步驟流程圖（三）礦井水文地質圖形管理模塊離散數(shù)據(jù)網(wǎng)格化（三）礦井水文地質圖形管理模塊白化處理（三）礦井水文地質圖形管理模塊屬性設置（三）礦井水文地質圖形管理模塊繪制等值線成果圖（三）礦井水文地質圖形管理模塊圖形編輯窗口（三）礦井水文地質圖形管理模塊圖形編輯后等值線成果圖（三）礦井水文地質圖形管理模塊專題圖疊加運算（三）礦井水文地質圖形管理模塊圖形數(shù)據(jù)分析文檔管理和基礎信息管理模塊2系統(tǒng)總體功能結構設計1圖形管理模塊3礦井突水影響因子指標庫4礦井突水評價模型庫5提綱（四）礦井突水影響因子指標庫1.礦井突水影響因子指標庫的建立及量化礦井水害的發(fā)生往往都是受多種因素的共同影響，本文針對我國絕大多數(shù)煤層頂、底板突水所涉及的各類主控因素建立一個具有普適性的礦井突水危險性評價指標體系。就像是一個大的評價指標數(shù)據(jù)庫，庫中包含許多個按層次等級排列的各類礦井突水影響因子，用戶可以根據(jù)研究區(qū)的實際情況在指標庫中選中針對這一研究區(qū)的指標因子，系統(tǒng)則會根據(jù)指標體系層次結構自動構建針對該研究區(qū)的突水危險性評價指標體系。（四）礦井突水影響因子指標庫1.礦井突水影響因子指標庫的建立及量化本文通過調研、同時結合國內大量煤層頂、底突水案例分析，總結了我國礦井突水的各個影響因素，依據(jù)礦井突水影響因子指標庫的建立原則，最終確定從以下四個大的方面著手，構建影響我國礦井煤層頂?shù)装逋凰疄暮Φ脑u價指標庫：

1）含水層富水性

2）含水層水頭壓力

3）隔水層特性

4）采動影響（四）礦井突水影響因子指標庫礦井突水影響因子指標庫的結構體系圖（四）礦井突水影響因子指標庫2.礦井突水影響因子指標的選取

由于含水層類型以及與煤層位置關系的不同，選取的突水影響因子也不同。

按突水水源介質可分為：松散巖類孔隙含水層水害，碎屑巖類孔隙-裂隙含水層水害和碳酸鹽類巖溶-裂隙含水層水害。

按其與煤層的相對位置關系可分為頂板水害和底板水害。針對每一類含水層介質和位置關系分別選取不同的評價指標，構建相應的礦井突水危險性評價指標體系。（四）礦井突水影響因子指標庫松散巖類孔隙含水層突水危險性評價指標體系（四）礦井突水影響因子指標庫

煤層頂板煤層底板碎屑巖類含水層突水危險性評價指標體系（四）礦井突水影響因子指標庫

煤層頂板煤層底板煤系薄層灰?guī)r含水層突水危險性評價指標體系（四）礦井突水影響因子指標庫

奧灰含水層突水危險性評價指標體系（四）礦井突水影響因子指標庫2.礦井突水影響因子指標的選取在實際應用中，不同的研究區(qū)域指標因子選取存在差異，需要根據(jù)研究區(qū)實際情況，在相應含水層類型的突水危險性評價指標體系中酌情選擇，構建適合研究區(qū)的評價指標體系。

（四）礦井突水影響因子指標庫3.礦井突水影響因子指標庫的功能根據(jù)所構建的礦井突水危險性評價指標體系框架結構，將其集成入系統(tǒng)中，開發(fā)了礦井突水影響因子指標庫功能模塊，用戶可以根據(jù)實際情況勾選相應的評價指標，系統(tǒng)按照指標體系層次結構自動生成礦井突水危險性評價指標體系。

（四）礦井突水影響因子指標庫

礦井突水影響因子指標庫功能主頁面（四）礦井突水影響因子指標庫

（四）礦井突水影響因子指標庫

文檔管理和基礎信息管理模塊2系統(tǒng)總體功能結構設計1圖形管理模塊3礦井突水影響因子指標庫4礦井突水評價模型庫5提綱（五）礦井突水評價模型庫1.礦井突水危險性評價模型（1）常用方法①突水系數(shù)②冒裂安全性評價法（2）基于多源信息融合①基于AHP危險性指數(shù)模型②基于熵權的BP神經(jīng)網(wǎng)絡評價模型

（五）礦井突水評價模型庫①基于AHP的危險性指數(shù)評價模型

以多源信息融合理論為指導，綜合考慮影響礦井突水各級指標因子，將各指標數(shù)據(jù)逐一進行歸一化處理，按照所構建的評價指標體系建立層次分析結構，并通過層析分析模型計算得到各指標因子對于礦井突水的貢獻權值，通過加權求和構建基于AHP的危險性指數(shù)評價模型：

（五）礦井突水評價模型庫②基于熵權的BP神經(jīng)網(wǎng)絡評價模型根據(jù)已構建指標體系選取合理的指標因子，將指標數(shù)據(jù)逐一進行歸一化處理，通過熵權法計算各評價指標對于礦井突水的貢獻權值，然后將各指標數(shù)值乘以相應權值構建BP神經(jīng)網(wǎng)絡模型的預測樣本，選取研究區(qū)內已知突（涌）水點作為神經(jīng)網(wǎng)絡的訓練樣本和校驗樣本，通過合理設置網(wǎng)絡模型參數(shù)，建立網(wǎng)絡訓練模型，進行模型訓練直至滿足誤差要求，利用訓練好的網(wǎng)絡模型對預測樣本進行預測，并根據(jù)預測結果劃分危險性等級分區(qū)，生成突水危險性等級分區(qū)圖。

（五）礦井突水評價模型庫

（3）評價模型識別驗證本文將礦井的突（涌）水點分布圖與礦井突水危險性分區(qū)圖進行疊加，然后計算位于