礦井水害防治基礎(chǔ)信息管理及突水預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)系統(tǒng)簡介

2016年4月12日礦井水害防治基礎(chǔ)信息管理及突水預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)系統(tǒng)魏久傳山東科技大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院文檔管理和基礎(chǔ)信息管理模塊2系統(tǒng)總體功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1圖形管理模塊3礦井突水影響因子指標(biāo)庫4礦井突水評(píng)價(jià)模型庫5提綱（一）礦井水害防治基礎(chǔ)信息管理及突水預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)系統(tǒng)1.系統(tǒng)簡介本系統(tǒng)是運(yùn)用先進(jìn)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念和成熟的應(yīng)用技術(shù)開發(fā)模式，基于主流的軟件開發(fā)環(huán)境、選擇恰當(dāng)?shù)拈_發(fā)工具及最新的面向?qū)ο缶幊陶Z言，按照系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，集成開發(fā)的一套集礦井水文地質(zhì)信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、圖形管理、專題圖件自動(dòng)制圖、礦井突水評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建與礦井突水評(píng)價(jià)模型功能一體化礦井水害防治基礎(chǔ)信息管理及突水預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)系統(tǒng)軟件。（一）礦井水害防治基礎(chǔ)信息管理及突水預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)系統(tǒng)1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能總體設(shè)計(jì)本系統(tǒng)由礦井水文地質(zhì)文檔管理、礦井水文地質(zhì)信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、礦井水文地質(zhì)信息圖形管理、礦井突水評(píng)價(jià)影響因子指標(biāo)庫、礦井突水評(píng)價(jià)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(jié)構(gòu)各功能模塊的相互關(guān)系圖（一）礦井水害防治基礎(chǔ)信息管理及突水預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)系統(tǒng)2.各功能模塊之間的相互關(guān)系3.系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)及開發(fā)環(huán)境本系統(tǒng)采用VS2010作為系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)，以VB.NET為程序開發(fā)語言，以SQLServer2008為后臺(tái)支持?jǐn)?shù)據(jù)庫。采用VB.NET+SQLServer+ArcGIS，VB.NET+SQLServer+Surfer，VB.NET+SQLServer+MATLAB三種應(yīng)用技術(shù)開發(fā)模式，結(jié)合對(duì)AutoCAD和MicrosoftOffice輔助軟件的調(diào)用，集成開發(fā)了礦井水害防治基礎(chǔ)信息管理及突水預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)系統(tǒng)。（一）礦井水害防治基礎(chǔ)信息管理及突水預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)系統(tǒng)文檔管理和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊2系統(tǒng)總體功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1圖形管理模塊3礦井突水影響因子指標(biāo)庫4礦井突水評(píng)價(jià)模型庫5提綱（二）礦井水文地質(zhì)文檔管理和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊1.礦井水文地質(zhì)信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫

這兩個(gè)功能模塊的功能實(shí)現(xiàn)以礦井水文地質(zhì)信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)支持。

它是整個(gè)系統(tǒng)各功能得以實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦勘探、建井和礦井開采過程中所積累的所有地質(zhì)、水文地質(zhì)資料以及其他相關(guān)的地質(zhì)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(zhì)報(bào)告或電子文檔格式保存的水文地質(zhì)文檔資料；二類是以各類數(shù)據(jù)報(bào)表、臺(tái)賬和電子表格形式保存的水文地質(zhì)相關(guān)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料。2、礦井水文地質(zhì)文檔管理模塊功能以所建的礦井水文地質(zhì)信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，開發(fā)了礦井水文地質(zhì)文檔管理模塊和礦井水文地質(zhì)信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊，各自實(shí)現(xiàn)了不同功能。礦井水文地質(zhì)文檔數(shù)據(jù)庫的功能主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井水文地質(zhì)文檔數(shù)據(jù)的合理化管理。將各類水文地質(zhì)文檔資料按其類型分為地質(zhì)報(bào)告、水文地質(zhì)報(bào)告、技術(shù)研究報(bào)告、年度總結(jié)報(bào)告、周邊礦井相關(guān)報(bào)告及其他六大類。（二）礦井水文地質(zhì)文檔管理和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊2、礦井水文地質(zhì)文檔管理模塊功能

實(shí)現(xiàn)功能：

依據(jù)文檔類型，在水文地質(zhì)文檔管理模塊中設(shè)置相應(yīng)的功能對(duì)其進(jìn)行分類管理，實(shí)現(xiàn)了各類報(bào)告的查詢、瀏覽、新文檔數(shù)據(jù)的導(dǎo)入、文檔導(dǎo)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(zhì)文檔管理和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊礦井水文地質(zhì)文檔管理模塊功能結(jié)構(gòu)圖（二）礦井水文地質(zhì)文檔管理和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊登錄頁面注冊(cè)頁面系統(tǒng)主功能頁面礦井水文地質(zhì)文檔管理模塊功能頁面3.礦井水文地質(zhì)信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊的功能

該模塊由八個(gè)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(zhì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、水文地質(zhì)基礎(chǔ)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(hù)。每一部分又細(xì)分為多個(gè)小的不同方面的數(shù)據(jù)。（二）礦井水文地質(zhì)文檔管理和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊3.礦井水文地質(zhì)信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊的功能功能實(shí)現(xiàn)：（1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料的輸入/批量數(shù)據(jù)導(dǎo)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(guān)數(shù)據(jù)庫信息的計(jì)算分析，如地下水質(zhì)類型分析，礦井排水能力評(píng)價(jià)等；（二）礦井水文地質(zhì)文檔管理和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊3.礦井水文地質(zhì)信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊的功能功能實(shí)現(xiàn)：（5）數(shù)據(jù)庫信息分析結(jié)果的可視化顯示，如曲線變化趨勢(shì)圖，柱狀分析圖、構(gòu)成要素分析圖等；（6）數(shù)據(jù)輸出/批量數(shù)據(jù)導(dǎo)出；（7）數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)報(bào)表打印；（8）數(shù)據(jù)庫的維護(hù)，包括導(dǎo)入/導(dǎo)出功能以及數(shù)據(jù)庫備份。（二）礦井水文地質(zhì)文檔管理和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊礦井水文地質(zhì)信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊功能結(jié)構(gòu)圖礦井水文地質(zhì)信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊功能頁面（二）礦井水文地質(zhì)文檔管理和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊水文觀測(cè)成果資料管理界面（二）礦井水文地質(zhì)文檔管理和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊（二）礦井水文地質(zhì)文檔管理和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊（二）礦井水文地質(zhì)文檔管理和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊文檔管理和基礎(chǔ)信息管理模塊2系統(tǒng)總體功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1圖形管理模塊3礦井突水影響因子指標(biāo)庫4礦井突水評(píng)價(jià)模型庫5提綱（三）礦井水文地質(zhì)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(zhì)圖形管理空間數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)對(duì)水文地質(zhì)圖件的規(guī)范化管理；二、以礦井水文地質(zhì)信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)水文地各類質(zhì)專題圖件的自動(dòng)成圖功能。（三）礦井水文地質(zhì)圖形管理模塊礦井水文地質(zhì)圖形管理模塊功能結(jié)構(gòu)圖（三）礦井水文地質(zhì)圖形管理模塊1.礦井水文地質(zhì)圖形管理功能模塊1）數(shù)據(jù)來源礦井水文地質(zhì)相關(guān)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(shí)別的各類地圖文件格式）保存的各類水文地質(zhì)圖件。序號(hào)圖件名稱序號(hào)圖件名稱1地形地質(zhì)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(zhì)剖面圖12礦井涌水量與相關(guān)因素曲線圖4煤巖層對(duì)比圖13瓦斯地質(zhì)圖5井上下對(duì)比圖14各含水層水文地質(zhì)圖6煤層資源儲(chǔ)量估算圖15采掘工程平面圖7綜合水文地質(zhì)圖16各鉆孔原始柱狀圖8水文綜合柱狀圖17井田構(gòu)造綱要圖9水文地質(zhì)剖面圖18井巷素描圖（三）礦井水文地質(zhì)圖形管理模塊礦井水文地質(zhì)圖形管理的功能結(jié)構(gòu)圖1.礦井水文地質(zhì)圖形管理功能模塊功能實(shí)現(xiàn)：（1）圖形管理（圖件打開、關(guān)閉、保存及另存為）（2）圖形文件瀏覽（圖形放大、縮小、移動(dòng)和復(fù)位）（3）圖形數(shù)據(jù)查詢（條件查詢、點(diǎn)查詢、屬性表查詢和距離量測(cè)）（4）圖層編輯（添加、修改、刪除）（5）圖層管理（圖層打開、關(guān)閉、新建和刪除）（二）礦井水文地質(zhì)文檔管理和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊（三）礦井水文地質(zhì)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(zhì)圖形管理模塊圖形數(shù)據(jù)查詢功能可以實(shí)現(xiàn)條件查詢、點(diǎn)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(zhì)圖形管理模塊條件查詢點(diǎn)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(zhì)圖形管理模塊圖層管理功能（三）礦井水文地質(zhì)圖形管理模塊2.礦井水文地質(zhì)專題圖件自動(dòng)制圖功能本功能實(shí)現(xiàn)各類相關(guān)專題圖件的自動(dòng)繪制，為礦井水害的預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)提供圖形數(shù)據(jù)來源。①各類等值線圖的自動(dòng)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(dòng)繪制（水壓、隔水層

厚度、構(gòu)造影響指數(shù)等）；③各類分區(qū)圖的自動(dòng)繪制（含水層富水性分區(qū)圖、礦井突水危險(xiǎn)性分區(qū)圖等）；④專題圖的疊加運(yùn)算；⑤圖形數(shù)據(jù)分析。（三）礦井水文地質(zhì)圖形管理模塊自動(dòng)繪圖功能頁面（三）礦井水文地質(zhì)圖形管理模塊礦井水文地質(zhì)專題圖件自動(dòng)繪圖步驟流程圖（三）礦井水文地質(zhì)圖形管理模塊離散數(shù)據(jù)網(wǎng)格化（三）礦井水文地質(zhì)圖形管理模塊白化處理（三）礦井水文地質(zhì)圖形管理模塊屬性設(shè)置（三）礦井水文地質(zhì)圖形管理模塊繪制等值線成果圖（三）礦井水文地質(zhì)圖形管理模塊圖形編輯窗口（三）礦井水文地質(zhì)圖形管理模塊圖形編輯后等值線成果圖（三）礦井水文地質(zhì)圖形管理模塊專題圖疊加運(yùn)算（三）礦井水文地質(zhì)圖形管理模塊圖形數(shù)據(jù)分析文檔管理和基礎(chǔ)信息管理模塊2系統(tǒng)總體功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1圖形管理模塊3礦井突水影響因子指標(biāo)庫4礦井突水評(píng)價(jià)模型庫5提綱（四）礦井突水影響因子指標(biāo)庫1.礦井突水影響因子指標(biāo)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(duì)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(gè)具有普適性的礦井突水危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。就像是一個(gè)大的評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)庫，庫中包含許多個(gè)按層次等級(jí)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(shí)際情況在指標(biāo)庫中選中針對(duì)這一研究區(qū)的指標(biāo)因子，系統(tǒng)則會(huì)根據(jù)指標(biāo)體系層次結(jié)構(gòu)自動(dòng)構(gòu)建針對(duì)該研究區(qū)的突水危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。（四）礦井突水影響因子指標(biāo)庫1.礦井突水影響因子指標(biāo)庫的建立及量化本文通過調(diào)研、同時(shí)結(jié)合國內(nèi)大量煤層頂、底突水案例分析，總結(jié)了我國礦井突水的各個(gè)影響因素，依據(jù)礦井突水影響因子指標(biāo)庫的建立原則，最終確定從以下四個(gè)大的方面著手，構(gòu)建影響我國礦井煤層頂?shù)装逋凰疄?zāi)害的評(píng)價(jià)指標(biāo)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(dòng)影響（四）礦井突水影響因子指標(biāo)庫礦井突水影響因子指標(biāo)庫的結(jié)構(gòu)體系圖（四）礦井突水影響因子指標(biāo)庫2.礦井突水影響因子指標(biāo)的選取

由于含水層類型以及與煤層位置關(guān)系的不同，選取的突水影響因子也不同。

按突水水源介質(zhì)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(duì)位置關(guān)系可分為頂板水害和底板水害。針對(duì)每一類含水層介質(zhì)和位置關(guān)系分別選取不同的評(píng)價(jià)指標(biāo)，構(gòu)建相應(yīng)的礦井突水危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。（四）礦井突水影響因子指標(biāo)庫松散巖類孔隙含水層突水危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系（四）礦井突水影響因子指標(biāo)庫

煤層頂板煤層底板碎屑巖類含水層突水危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系（四）礦井突水影響因子指標(biāo)庫

煤層頂板煤層底板煤系薄層灰?guī)r含水層突水危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系（四）礦井突水影響因子指標(biāo)庫

奧灰含水層突水危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系（四）礦井突水影響因子指標(biāo)庫2.礦井突水影響因子指標(biāo)的選取在實(shí)際應(yīng)用中，不同的研究區(qū)域指標(biāo)因子選取存在差異，需要根據(jù)研究區(qū)實(shí)際情況，在相應(yīng)含水層類型的突水危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中酌情選擇，構(gòu)建適合研究區(qū)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

（四）礦井突水影響因子指標(biāo)庫3.礦井突水影響因子指標(biāo)庫的功能根據(jù)所構(gòu)建的礦井突水危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系框架結(jié)構(gòu)，將其集成入系統(tǒng)中，開發(fā)了礦井突水影響因子指標(biāo)庫功能模塊，用戶可以根據(jù)實(shí)際情況勾選相應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，系統(tǒng)按照指標(biāo)體系層次結(jié)構(gòu)自動(dòng)生成礦井突水危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

（四）礦井突水影響因子指標(biāo)庫

礦井突水影響因子指標(biāo)庫功能主頁面（四）礦井突水影響因子指標(biāo)庫

（四）礦井突水影響因子指標(biāo)庫

文檔管理和基礎(chǔ)信息管理模塊2系統(tǒng)總體功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1圖形管理模塊3礦井突水影響因子指標(biāo)庫4礦井突水評(píng)價(jià)模型庫5提綱（五）礦井突水評(píng)價(jià)模型庫1.礦井突水危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)模型（1）常用方法①突水系數(shù)②冒裂安全性評(píng)價(jià)法（2）基于多源信息融合①基于AHP危險(xiǎn)性指數(shù)模型②基于熵權(quán)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)模型

（五）礦井突水評(píng)價(jià)模型庫①基于AHP的危險(xiǎn)性指數(shù)評(píng)價(jià)模型

以多源信息融合理論為指導(dǎo)，綜合考慮影響礦井突水各級(jí)指標(biāo)因子，將各指標(biāo)數(shù)據(jù)逐一進(jìn)行歸一化處理，按照所構(gòu)建的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系建立層次分析結(jié)構(gòu)，并通過層析分析模型計(jì)算得到各指標(biāo)因子對(duì)于礦井突水的貢獻(xiàn)權(quán)值，通過加權(quán)求和構(gòu)建基于AHP的危險(xiǎn)性指數(shù)評(píng)價(jià)模型：

（五）礦井突水評(píng)價(jià)模型庫②基于熵權(quán)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)模型根據(jù)已構(gòu)建指標(biāo)體系選取合理的指標(biāo)因子，將指標(biāo)數(shù)據(jù)逐一進(jìn)行歸一化處理，通過熵權(quán)法計(jì)算各評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)于礦井突水的貢獻(xiàn)權(quán)值，然后將各指標(biāo)數(shù)值乘以相應(yīng)權(quán)值構(gòu)建BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的預(yù)測(cè)樣本，選取研究區(qū)內(nèi)已知突（涌）水點(diǎn)作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練樣本和校驗(yàn)樣本，通過合理設(shè)置網(wǎng)絡(luò)模型參數(shù)，建立網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練模型，進(jìn)行模型訓(xùn)練直至滿足誤差要求，利用訓(xùn)練好的網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)預(yù)測(cè)樣本進(jìn)行預(yù)測(cè)，并根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果劃分危險(xiǎn)性等級(jí)分區(qū)，生成突水危險(xiǎn)性等級(jí)分區(qū)圖。

（五）礦井突水評(píng)價(jià)模型庫

（3）評(píng)價(jià)模型識(shí)別驗(yàn)證本文將礦井的突（涌）水點(diǎn)分布圖與礦井突水危險(xiǎn)性分區(qū)圖進(jìn)行疊加，然后計(jì)算位于