毕业设计（论文）-矿震在线监测预警系统.doc

中 国 矿 业 大 学本科生毕业设计姓 名： 学 号： 学 院： 计算机科学与技术 专 业： 计算机科学与技术 设计题目： 专 题： 指导教师： 职 称： 副教授 2011年6月 徐州中国矿业大学毕业设计任务书学院 计算机学院 专业年级 学生姓名 任务下达日期：2011 年 1月10日毕业设计日期： 2011年 2月 21日至 2011 年 6月 15日毕业设计题目：矿震在线监测预警系统毕业设计专题题目：毕业设计主要内容和要求：实现一款矿震在线监测预警系统，可以对矿井的信息进行分析预测，煤矿用户可以将监控中心的计算机生成的PLOT报表上传到服务器上，专家可以查看煤矿的PLOT报表，根据报表的数据给出相应的建议，使煤矿对工作面的矿震情况及其危险情况有一定的了解。煤矿可以及时的做出相应的应对措施，来减少财产损失和人员伤亡。矿震监测预警系统主要包括用户、专家、管理员三个模块，主要完成包括用户注册、用户登录、新建工作面、上传PLOT报表、查看专家建议等用户操作以及查看所选工作面信息、发表建议等专家操作和添加专家账户、管理用户信息、管理专家信息等管理员操作。院长签字： 指导教师签字：中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书指导教师评语（基础理论及基本技能的掌握；独立解决实际问题的能力；研究内容的理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新点；工作态度及工作量；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 指导教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩答 辩 情 况提 出 问 题回 答 问 题正 确基本正确有一般性错误有原则性错误没有回答答辩委员会评语及建议成绩：答辩委员会主任签字： 年 月 日学院领导小组综合评定成绩：学院领导小组负责人： 年 月 日摘 要随着矿山浅部资源的逐渐枯竭，面向深部开采将成为煤炭企业可持续发展的一种必然趋势。在深部开采过程中，必将面临着许多安全问题，而矿震（冲击矿压）则是深部开采所面临的最为严峻的安全问题。为了矿山的可持续发展及井下人员的生命安全，非常有必要加强矿震活动规律及其危险性预测预警等基础研究。本论文分析了矿震的监测与预警问题，讨论了矿震的原理、矿震的监测、矿震的预警等几个重要的问题。着重论述了三者的原理，实现方法等。利用此系统可以实现矿震的简单监测预警，煤矿可以把各个工作面的实时PLOT报表传到服务器上；专家在登录系统后，便可看到这些报表，同时可以针对每个工作面的安全问题给出相应的建议，煤矿就可以根据专家的建议，对矿震做出相应的应对措施；管理员负责整个系统的安全与稳定问题。关键词：冲击矿压； 矿震； 监测预警； 微震监测ABSTRACTAs the superficial resource in mine is being exhausted, its an inevitable trend to mine deeply for sustainable development of company. During mining deeply, there are some secure problems. Mine tremor (rock burst phenomena) is the most serious secure problems in deeply mining. Its necessary for sustainable development of company and peoples life to research the response law and risk for prediction of mining-induced seismicity.This paper analyzes the monitoring and early warning of mine tremor; three topics are mainly discussed in the paper: the principles of mine tremor, the monitoring of mine tremor, the early warning of mine tremor and several otherimportant issues. So, the paper focuses on the three principles, implementation method, etc.This system can achieve a simple monitoring and early warning of mine tremor, the user of coal can upload the PLOT to the server, when experts login to the system, they will see the report, and they can give suggestion of the problem of mine tremor to the working face; According tothe advice ofexperts, the user of coal can do something to the mine tremor; Administratorresponsible forsecurity and stability ofthe entire system.Keywords：rock burst phenomena; mine tremor; monitoring and early warning; mine tremor monitoring 目 录1 绪论11.1 研究意义11.2 矿震研究现状11.3 矿震的监测预警技术研究21.4 矿震监测进一步研究方向的展望32 矿震监测的基本原理及其系统介绍42.1 矿震监测基本原理42.1.1 地震波理论42.1.2 矿震监测震源定位原理52.1.3 矿震监测冲击矿压原理52.2矿震监测系统的基本组成与功能62.2.1 矿震监测系统的基本组成62.2.2 矿震监测系统的功能63 煤矿安全预警理论研究73.1 煤矿安全预警内涵及特点73.1.1 煤矿安全预警内涵73.1.2 煤矿安全预警的特点73.2 煤矿安全预警管理理论的方法体系83.2.1 组织保障体系83.2.2 预警的核心内容83.2.3 预警管理基础工作及技术支持93.3 煤矿安全预警运转模式及职能93.3.1 煤矿安全预警运转模式93.3.2 煤矿安全预警职能103.4 预警界限确定114 矿震监测预警系统的设计124.1 系统框架124.2 系统功能模块设计124.2.1 煤矿用户模块124.2.2 专家模块134.2.3 管理员模块134.3 矿震监测预警系统数据库设计144.3.1 煤矿用户信息表144.3.2 工作面信息表144.3.3 PLOT信息表144.3.4 建议信息表154.3.5 专家信息表154.3.6 管理员信息表155 矿震监测预警系统详细设计与编码165.1 系统流程图与界面设计165.1.1 系统连接图165.1.2 界面设计165.2 主要代码195.2.1 用于数据库处理的公共类sqlHelp195.2.2 添加工作面功能主要代码215.2.3 更改密码主要代码215.2.4 上传图片主要代码225.2.5 管理员身份验证24结 论25参考文献26翻译部分：27英文原文27中文译文31致 谢34 中国矿业大学2011届本科生毕业设计（论文） 第34页1 绪论1.1 研究意义煤炭是我国的基础能源，对经济建设和社会发展具有重要的作用，是我国可持续发展战略实施的资源保证。我国煤炭资源分布广泛，总量丰富，储量居世界前列，且煤类齐全、煤质优良。煤炭资源是我国经济、社会发展的物质基础，在我国一次能源的消费构成中占了76.4%的比重，是我国主要的能源，同时又是重要的有机化工原料，从煤中可以提取200多种生产和生活必需品。在未来新能源大规模利用之前，煤炭将是支持我国能源供应的国内主要品种，是我国今后经济可持续发展的保障。我国的煤炭资源条件较差，90%以上的煤炭产量来自地下开采，经过长期大规模的开采，我国中东部产煤区的浅部煤炭资源已逐渐枯竭，煤炭工业呈现出逐渐向深部转移，向西部迁移的趋势。据不完全统计，到现在为止，超过1000米得矿井达30多处，随着国民经济的发展，对煤炭的需求越来越大，煤矿的深度将进一步加深。随着煤矿深度的加深，一些问题也就随之出现，与浅部岩体相比，深部岩体表现出以冲击矿压、矿震、突水、顶板大面积垮落为代表的煤矿灾害事故，其中冲击矿压作为采矿活动诱发的破坏性矿震，以其突然、急剧、猛烈的破坏特征严重的威胁着矿山的安全生产，并给我国的煤炭工业造成了巨大的经济损失和人员伤亡。许多原来没有发生冲击矿压的矿井，现在也开始发生；原来发生过冲击矿压的矿井，现在冲击矿压致灾的强度越来越大，频率越来越高。较强的冲击矿压或矿震还会引起地面的强烈震动而导致建筑物的破坏，对于高瓦斯矿井，冲击矿压或矿震还有可能诱发煤与瓦斯突出、瓦斯爆炸以及顶板突水等重特大恶性事故，使冲击矿压的危害更显现突出。冲击矿压所造成的破坏后果日益严重，引起了各国的注意。目前世界采矿大会国际岩石力学局成立了冲击矿压研究小组。国内也有一些专家致力于冲击矿压的研究，目前冲击矿压的一些监测手段有：钻屑法、电磁辐射的局部监测手段和微震监测系统，微震监测系统虽然在煤矿安全中起到了较大的作用，但是，所监测的信息仍然没有得到完全的开发和应用，仍处于初级阶段。所以，有待对冲击矿压或矿震的监测系统的完善。随着Internet的发展与普及，网络的应用逐渐渗透到各个领域，网络的普及同样对于煤矿的安全生产起到了很大的作用，可以更方便的监测煤矿的冲击矿压或矿震等一系列煤矿信息，尽最大可能的为煤矿提供安全预警，及时的做出相应的安全措施，减少财产损失和人员伤亡。本课题研究了基于ASP.NET的动态网页，实现了对SQL Server数据库的调用和信息的Web发布的B/S模型的监测和预警系统，对煤矿的安全生产具有一定的意义。1.2 矿震研究现状矿震即矿山地震，是矿山开采引起的地震活动。矿震是各类诱发地震中危害性最大的一种，直接关系到矿山的安全问题。矿震也是世界深层采矿作业中最难掌握的现象，世界上的许多国家都开展了对矿震的研究。按矿震发生地点，矿震分为发生在开采面附近的矿震和发生在地质不连续面的矿震。发生在开采面附近的矿震和采矿活动有关，其能量来源于自重及岩体活动。当开采引起的附近应力与构造应力相互作用时，如果引起断裂面的重新滑移，即是发生在地质不连续面的矿震，由于与构造应力有关，有时也称为构造型矿震。按矿山类型分，矿震分为煤矿中的矿震、钾盐矿中的矿震、金属矿中的矿震，矿山类型的不同，矿震机理也不同，表现出的特征也不同。煤矿中的矿震主要是煤体内弹性能高度集中，超过了煤体强度而发生的。综合看来，矿震具有以下几大特征：1矿井顶板断裂、滑移失稳、地表塌陷、冲击矿压等由采矿活动直接造成的震动均属于矿震的范畴。2破坏性矿震（造成冲击矿压）所需要的能量级别因开采和地质条件的变化而各不相同，当震级越大的矿震，造成破坏性后果的可能性也越高。冲击矿压通常是指在一定条件的高地应力的作用下，煤矿井巷或采煤工作面周围的煤岩体由于弹性能的瞬时释放而产生破坏的矿井动力现象，常伴随有巨大的响声、煤岩体被抛向采掘空间和气浪等现象。它往往造成采掘空间中支护设备的破坏以及采掘空间的变形，严重时造成人员伤亡和井巷的破坏。根据岩体应力状态的不同，冲击矿压可分为：1重力型冲击矿压：主要受重力的作用，没有或极少构造应力影响的条件下引起的冲击矿压，通常与矿井的开采深度密切相关；2构造应力型冲击矿压：主要受构造应力的作用引起的冲击矿压，常见的地质构造为断层、褶曲等这种类型的冲击矿压与开采深度关系不大，通常临界深度较浅；3重力-构造型冲击矿压：受重力和构造应力共同作用引起的冲击矿压。根据诱发冲击的能量来源，可将冲击矿压分为：1煤体（煤柱）型冲击矿压：这种类型的冲击矿压主要是高应力状态的煤体或煤柱中所积聚的大量弹性应变能受到采掘扰动而突然释放，往往表现为煤体的突出、片帮等；2顶板型冲击矿压：主要因较硬煤层上方存在一层较厚甚至巨厚且极其坚硬的砂岩顶板，当坚硬顶板初次或周期性破断时，将会释放大量的弯曲弹性能，能量在完整性岩层以及硬煤层中传播时，衰减较少，很容易诱发冲击矿压，造成煤体突出，破坏井巷。根据震级强度和抛出的煤量，可将冲击矿压分为：1轻微冲击（I级）：抛出煤量在10t以下，震级在1级以下的冲击矿压；2中等冲击（II级）：抛出的煤量在1050t，震级在12级的冲击矿压；3强烈冲击（III级）：抛出的煤量在50t以上，震级在2级以上的冲击矿压。1.3 矿震的监测预警技术研究煤矿矿震(冲击矿压)的预警预报是基于煤岩动力灾害的机理认识，目前煤矿动力现象的预测预报是围绕煤矿动力现象发生的强度理论和能量条件进行的，预测方法除了以往的经验类比法外，大致可分为两大类：一类方法是以钻屑法为基础的局部探验法，包括煤岩体变形观察法、煤岩体应力测量法、流动地音检测法、岩饼法，主要用于探测采掘局部区段的冲击危险程度；第二类方法是系统监测法，包括微震系统监测法，电磁辐射法、声发射等采矿地球物理方法，根据连续记录煤岩体内出现的动力现象，预测煤矿动力现象危险状态。由于第二类方法，特别是微震系统监测法，主要采用地球物理的方法进行实时、连续、动态、非接触的监测，并对震源进行精确定位。微震监测系统是一种区域性、局部及时监测手段，具有远距离、动态、三维、实时监测的特定，能够给出震动后的各种信息，并根据震源情况确定破裂尺度和性质，具有不损伤煤柱、劳动强度小、时间和空间连续等优点。该技术目前被公认为煤岩动力灾害，特别是对于煤矿冲击矿压预测预报是最有效和最有发展潜力的监测方法之一，能够为评价全矿范围内的冲击矿压危险提供依据。目前，微震监测技术已成为煤矿动力现象监测预警的主要手段之一，南非、波兰、捷克和加拿大等国已形成了国家型微震监测网，并在动力灾害预测预报中得到了广泛的应用，但很多不能直接应用于中国矿区。在我国，采用微震监法预测冲击矿压尚处于试验研究阶段，1984年，从波兰引进的地音-微震观测系统分别在北京门头沟矿、抚顺龙凤矿等几个冲击矿压严重的地区运转，并取得了明显的经济效益。近年来，窦林名、齐庆新等人与波兰、德国、南非、加拿大等外国公司合作，在国内安装了10多套微震监测系统，对推动动力灾害的区域性监测预警起到了促进作用。总之，微震技术在国外进行的较早，相对也比较成熟，并在不同的领域取得了一系列开创性成果，但是，国内微震监测技术对冲击矿压的研究应用还没有深入，目前还不能够满足临场监测的需求。1.4 矿震监测进一步研究方向的展望近年来，地震学在矿山矿震（冲击矿压）研究领域日益广泛应用，极大地推动冲击矿压震源机理的研究。已有的矿震研究结果己经证实：矿山地震和天然地震的破裂机制具有相似性。当然，不同矿山地震由于诱发成因不同，破裂机制也各有特点。目前，受冲击矿压震源机理认识的局限，现有微震监测系统的冲击预测精度和各种重要指标的准确性和可靠性尚不够高。不同震动类型诱发冲击矿压的震源机理还没有进行系统的研究，现有的双力偶、集中力偶等震源机制对许多矿山微震事件都无法给予合理解释。因此，揭示不同冲击矿压类型(顶板型、煤柱型、构造型等)的震源过程，寻找较好的矿震理论来解释和指导冲击矿压的监测预报和防治实践，是微震法监测预报冲击矿压的首要任务。2 矿震监测的基本原理及其系统介绍2.1 矿震监测基本原理很多种材料在承受荷载时，都会有声发射现象发生。所谓声发射现象，就是材料在外界应力作用下，其内部将产生局部弹塑性能集中现象，当能量积聚到某一临界值之后，会引起微裂隙的产生与扩展，微裂隙的产生与扩展伴随有弹性波或应力波的传播，其后果就是产生声发射，相对于较大尺度的岩体，在地质上也称为微震，并在周围岩体快速释放和传播。一般情沉下，微震信号的强度很弱，人耳不能直接听到，需要借助灵敏的电子仪器来检测。煤矿中发生的岩爆、煤和瓦斯突出、突水等地质灭害，与伴随岩体破裂、裂隙扩展而产生的微震现象有着必然的联系。实现矿山动力灭害预警、预报的可能性首先是得益于微震监测技术的出现。下面从几方面介绍矿震监测的基本原理。2.1.1 地震波理论1地震波的基本类型及基本定律地震波是通过地球传播的机械波，地震波主要分为两种：(1)体波，在地球内部传播。体波分为两种：纵波或P波与横波或S波。(2)面波或导波，沿某些表面传播。面波主要分为以下几种：一是勒夫波(L)和瑞利波(R)，沿地球自由表面传播；二是斯通利波，它与瑞利波有关，沿地球内部不连续面传播；三是通道波，沿地球内部的某些低速层传播。体波可认为是“自由波”，即它们能在地球内部各方向自由传播。而面波是“限制波”，它们局限于在某些表层或层位传播。除了传播方式以外，不同波型的质点运动和传播速度也不同。P波传播速度最快，波速的快慢次序分别为P波、S波、L波、R波。因此在离震源一定的距离，首先观察到的是P波，然后是S波，随后记录到L波，最后记录到R波。对于上述各种不同波型，只有弹性理论才能全面地阐明不同的地震波，换言之即阐明压缩或膨胀(P波)作用下的物质和剪切应力(S波)作用下的物质的性质。各种情况均可用精确的数学表达式来表示。但都遵循一些基本的假设：(1)相邻质点间的相对位移是无限小的。(2)物质完全是弹性的，即应力是应变的齐次、线形函数、反之亦然。一般使用普通形式的胡克定律。(3)物质是各向同性的，即弹性参数与方向无关(即各向弹性参数相同)。(4)外力，如重力、摩擦等可被忽略。2地震波的波动方程经典弹性理论是弹性波的理论基础，也是进一步研究地震波在其它介质中传播的理论基础。所以这里只介绍地震波在弹性介质中传播的波动方程，主要是横波和纵波的波动方程，亦即体波的波动方程，因为本课题中的微震监测系统在研究地震波的传播问题时就是把介质看作是均质弹性介质。对于均匀各向同性的弹性介质，在略去外力的情况下：P波的波动方程为：2t2=+22P波速度为：=+2式中 位移的散度； 梅拉系数； 剪切模量。S的波动方程为： 2t2i=2iS波速度为：=式中 i位移的旋度。2.1.2 矿震监测震源定位原理应用微震技术进行监测，人们所关心的是岩体是否发生此类活动，乃至可能引发地压现象的位置、时间及不稳定程度，其中对微震源进行精确定位是该方法的关键技术之一。在岩体内发生微震现象时，所知道的是各个传感器的坐标和它所接收到信号的时刻，不知道的是声发射与微震发生的位置和时刻。设震源位置的空间坐标为(x, y, z)，发生时刻为t，第s个传感器坐标为(xi,yi,zi)，传感器检测到的时刻为ti，声波传播的平均速度为v，在震源和第i个传感器之间的方程为：xi-x2+yi-y2+zi-z2=v2ti-t2式中：i=1,2,m,m是收到信号的传感器个数，(x,y,z,t)是震源的时空参数。此方程为非线性系统，直接求解将非常困难，这就需要寻找一个线性系统来代替此非线性系统。用第i个测点的走时方程减去第k个测点的走时方程可得到一个线性系统：2xi-xkx+2yi-yky+2zi-zkz-22ti-tkt=xi2-xk2+yi2-yk2+zi2-zk2-2ti2-tk2 (i,k=1,2,m)通过i和k的不同组合可以产生mm-12个线性方程，其中只有m-1个线性独立的方程。要求解由独立方程组成的方程组，必须有4个以上独立方程，也就是说至少需要5个传感器来接收同一信号。2.1.3 矿震监测冲击矿压原理煤岩体在开采影响下发生破裂、滑动过程中，会产生一定频率地震波向周围传播，而波的振幅和频率又取决于煤岩体的强度、应力状态、破裂尺寸和变形速度等。冲击矿压的孕育过程实际上就是煤岩体结构内部损伤裂纹或裂隙发生与扩展的过程；冲击的发生则是损伤裂纹或裂隙的失稳扩展与断裂的过程。利用微震监测系统，通过在空间上不同方位设置微震拾震器，对微震事件进行实时监测，记录和分析震动的地震图，进行震源定位，确定各种震动参数(震动能量，震动频次，震源半径，地震力矩，压力降等)，以此为基础判断推理煤岩体应力状态及破坏情况，并根据微震活动的变化、震源方位和活动趋势来评价和预测冲击矿压危险。微震监测系统能够对全矿范围进行微震监测，是一种区域性、及时监测手段。相比于其他传统监测手段，该系统具有远距离、动态、二维、实时监测的特点，还可以根据震源情况确定破裂尺度和性质，为评价全矿范围内的冲击矿压危险提供依据。2.2矿震监测系统的基本组成与功能2.2.1 矿震监测系统的基本组成矿震监测系统的基本要求是满足监测范围和监测精度要求，整个监测系统通过微震拾震器把煤矿的各个工作面的微震数据收集起来，将模拟信号进行数模转换处理，之后将数字微震信号发送至监控中心计算机，生成PLOT报表、SWFER报表，矿震震源图等一系列的图表，然后通过网络实时的上传到服务器上；专家通过网络，把服务器上的这些图表下载到计算机，然后，专家通过这些图表分析，从而给出矿震的危险等级以及应该作何处理等。系统硬件主要包括：微震拾震器、中心监控计算机、连接各硬件设备的通信电缆、电源及电源线缆和相关网络设备。系统软件包括系统运行控制软件、数据处理软件和数据可视化解释软件，震源定位软件等。矿震监测系统的基本组成如图2.1。图2.1 矿震监测预警系统结构图2.2.2 矿震监测系统的功能微震监测系统把微震拾震器收集的数字信号利用监控中心计算机转换成模拟信号，生成PLOT报表、SWFER报表、震源位置图等一系列图表，系统控制软件会把这些图表实时的上传到服务器上，专家可以实时的了解每个矿山的实时信息，如果这些数据信息在煤矿自己可处理的能力范围之内，就不需要向专家发出请求，煤矿自己就可以解决，如果问题比较严重，煤矿可以请求专家的帮助，可以进行专家会诊，及时的给出煤矿可行的建议，及时的采取措施，减少不必要的财产损失和人员伤亡。3 煤矿安全预警理论研究3.1 煤矿安全预警内涵及特点近年来，我国煤矿事故频发，给国家、企业和人民的生命财产造成了具大的损失。解决煤矿安全问题已是煤矿安全生产过程中的头等大事。目前，煤矿业界及相关学者从不同角度就安全问题进行了积极的探索并取得了一定的成果，煤矿安全理论水平、技术手段等方面都有了进一步的提高，煤矿安全较从前初见成效。但是从煤矿企业管理、技术总体发展水平来看，安全管理手段已滞后于安全生产工作的需要，仍处于经验式的事后处理阶段，难于满足煤矿对风险管理与预控的迫切需要和更高要求。安全信息大部分处于“孤岛”状态，安全系统与其他系统的集成性较差；因而不能充分利用各子系统中各种形态数据所蕴藏的“知识”，进而有效的指导煤矿安全生产工作。因此，建立煤矿科学、动态、智能的安全预警体系，是改善我国煤矿企业安全现状，预防或减少事故发生的重要举措。3.1.1 煤矿安全预警内涵煤矿安全预警是以煤矿安全生产法律法规为依据，利用现代化工具和各种技术手段，收集各类数据如人、环、物等状况，同时针对安全生产活动进行评估、审核、整理、分析、监测，发出不同阶段下的安全预警信号。在保证所采集风险信号及时转达的基础上，将信号数据进行归纳处理，与风险管理阀值进行比较，做出不同控制行为的决策，将各种可能风险转化或将发生风险损失降低到最小，形成完整的风险监控管理体系。3.1.2 煤矿安全预警的特点1警源的复杂性煤矿做为高风险企业，涉及到的不确定性因素很多，其本身属于一个复杂系统，从系统的角度看，安全预警系统是煤矿系统中的一个子系统，与其他系统间有着密切的联系。这也决定了煤矿安全预警系统的复杂性，预警警源除预警系统本身特有的数据外，预警信号采集于其他子系统。为了提高系统的效率，要保证系统间信息共享、畅通，在预警分析时也必须考虑到与各系统间存在的种种联系。2警情的累积性和突发性煤矿事故的发生不是一朝一夕的事，是经过较长时间积累的结果，出现的异常情况具有很强的累积性，因此在进行系统的预警分析时应涵盖一定的时间和空间范围。同时，煤矿中涉及到的不确定性因素很多，受人、物、环境等众多因素的影响，在系统的运转过程中，可能发生由量变到质变的状况，警情的发生具有突变性。因此在预警管理过程中重在警情的预报，尽早发现警情并提供切实可行的措施以化解警情。3警兆的滞后性由于警情的累积性，所以对复杂系统产生的后果显露要相对滞后一段时间。而且一旦警兆表现出来，警情的危害就已经达到相当大的程度了。因此在预警指标体系构建时，应使指标具有一定的广度和先验性、代表性，以保证预警系统的决策支持提供及时有效的措施，真正达到事先控制的目的。3.2 煤矿安全预警管理理论的方法体系煤矿安全预警管理研究的最终目的，是建立一套煤矿事故风险预警的可操作体系，既包括管理层面的内容也包括技术层面的内容，从组织保障到技术支持，建立一系列规范的、科学的规章制度、管理流程、模型方法等，根据统一的识别评价指标，来揭示煤矿生产过程中事故及风险发生前的不良征兆，并对可能出现的事故风险进行预警及预控，对已成事实的事故能够进行分析、矫正，从而达到纠错与防错的免疫目的。安全预警管理理论的方法体系如图3.1。图3.1 煤矿企业安全预警管理理论的方法体系图3.2.1 组织保障体系 煤矿安全预警系统本身属于煤矿企业系统中不可缺少的有机部分，为了达到预警预控的目的，首先要有强有力的组织保障，进而全面开展预警职能。在煤矿企业内部设立专门的预警机构，进行合理的部门划分、职责分工、人员配备；建立完善的规章制度，如预警管理系统维护制度、警情报告制度、预警工作评估制度等；设立规范的工作流程，与各部门职能实现有效的整合，保障预警系统的高效运行。3.2.2 预警的核心内容1安全预警机制设计煤矿安全预警系统要求具有独特的功能，它不仅要正确诊断生产中发生矿震等各种不安全状态症状，更要对可能出现的警情寻找警源以便采取有效控制措施；不仅要提前诊断问题，发出警报，更要及时快速地化解危机。这就需要一种特殊的机制来保障诊断预警系统独特功能的实现。2安全预警指标体系设计对煤矿生产系统安全发展状态的衡量需要特定的特征向量来加以反映，即必须以具体化指标的选择来表征安全程度，因此体系指标起着重要的作用。必须对预警系统的内涵和系统的构成与结构进行深入分析，找出代表系统安全程度的各类特征指标，以实现对煤矿安全预警系统研究和评价的量化过程。一个好的预警指标体系应该具有时间和空间上敏感性，具有预测性和科学性，并且易于应用和具有针对性，它为预警模型的研究提供必要的条件数据。3安全预警模型建立建立的预警模型必须是动态的，并应具有理论上的简明性。这些模型既可以为安全预测提供一种方法，也可以为安全系统提供可视化的依据。模型的目标是在一定的时间尺度内，对各种空间尺度系统演变进行设计和模拟，主要参数是利用上述所提出的各种特征指标。4典型实例应用研究实现安全系统的超前管理是进行预警研究的直接动因，它采用已经建立的指标体系和各种系统分析模型对典型区域或者样本区域进行对比研究，找出系统的演变方向和趋势，并对速度加以预测，找出系统安全的警情和警源，并提出控制措施。从个案研究中提取出具有个性并带有共性的内容，反馈到预警指标体系和安全预警模型之中，使复合系统预警指标体系和模型对安全系统演变的模拟更加敏感，更加接近真实情况，并加深二者的耦合程度。5预警对策库建立预警对策库是煤矿安全预警管理体系的又一重要构成，其目的是为化解警情及时提出对策提供参考。该对策库主要由三部分组成：一是历史对策，即已往实施的对策(包括本企业及其他企业的成功的、失败的和未评定的对策)。通过对历史对策的归纳、评价、知识挖掘等处理，为提出解决措施时提供借鉴。二是预控对策，即根据未来安全状况发展形势的预测所提出的对策。三是对策模拟，即采用模拟的方法对所提出的对策达到的效果进行评价、择优筛选。通过对策库功能，企业便可根据现实及未来的安全态势提出有效的措施。以上几方面研究各有侧重，既有区别又有联系，相互促进，相互补充，贯穿在整个系统预警研究体系中。任何一个研究只是复合系统预警研究的一个部分，每个核心研究也需要其他核心支撑，各个核心研究水平的提高也是对整体研究的贡献，最终目的也是为安全系统管理提供直接的依据。3.2.3 预警管理基础工作及技术支持警源信号的收集来自于企业的不同部门、不同时间、不同地点，不同层次的人员。为了保证信号采集的及时性、准确性、共享性，应建立规范的工作流程，并牢牢树立“安全生产，人人有责”的思想。因此应做好职工安全思想教育、进行预警管理的相关知识培训、安全管理绩效考核等基础性工作。此外，由软件、计算机系统、多媒体技术、网络技术等为预警系统的数据处理提供技术支持。3.3 煤矿安全预警运转模式及职能3.3.1 煤矿安全预警运转模式根据煤矿安全预警研究的目的及基本原理，预警的基本活动主要包括危险源监测、危险源辨识、警情诊断与评价、预警决策、预控及控制、趋势预测等。煤矿企业安全预警模式见图3.2。图3.2 煤矿企业安全预警模式图由上图，可将煤矿安全预警分为预警分析及预警对策两大部分。首先根据监测指标体系从外部环境及各子系统进行信号采集，对煤矿生产经营活动中的危险源进行全过程监测，获得相关数据并进行相应处理(整理、分类、存储、传递等)。接着通过对监测信息的分析，对危险源进行辨识，即应用适宜的识别指标判断哪个环节发生或可能将要发生不安全状况(警情)，对发生的警情进行诊断、评价，分析成因背景、发展过程、可能的发展趋势及危害程度，抓住主要矛盾，根据危害程度采取相应的控制措施。3.3.2 煤矿安全预警职能煤矿安全预警机制就是要在寻找和揭示煤矿事故发生机理的基础上，去揭示煤矿生产经营一般境况中的纠错防错机理，同时在防范各种事故风险显现的基础上做到对事故风险的有效管理和控制。根据预警的原理及思想，为保证预警目的的实现，除了保证管理部门的日常经营管理高效可靠运行，还应该构建相应的新的管理职能：常规预警职能、矫正职能、免疫职能。1常规预警职能常规预警职能要求对煤矿企业日常生产经营活动进行监测、识别、分析、判断，直至发出事故风险警报的正向功能，对可能出现的异常状态进行识别与警告，即通过确定系统的不同阀值水平，对各特征指标值进行监测、诊断，识别，并发出警报，以保证生产经营活动始终处于安全状态之中。同时预警机制还要求对预警和管理提出反馈、修正、评价、调整，形成预警反向功能，通过把握预警机制的实用功效来确保生产安全。预警职能的核心是它的诊断识别子系统的建立与完善。2矫正职能它是对煤矿安全预警管理过程中进行预控和纠错的一种功能。它依据安全预警机制不断提供的特征指标信息，以过去已出现、现在已有或将来可能发生的问题为导向，根据警情，提出相应的调整措施，及时纠正原来不完善或错误的方针政策，保障在高度不确定环境和非均衡状态下实现系统的自我均衡。矫正职能的核心是控制子系统的建立与完善。3免疫职能它是指对同类或同性质的风险进行预测并迅速识别，并作出有效风险防范的管理对策的一种功能。当管理过程中出现了特殊的失误征兆或相同的致错环境时，其能准确地预测并迅速运用规范手段予以有效制止回避，并且通过对分类或自身风险的总结和模拟预防同样的风险再度发生。免疫职能的核心是预警管理体系能否科学总结危机教训并将其转化为管理知识的能力和水平。因此，煤矿安全风险预警机制的基本职能，就是以风险预警为导向，以矫正失误和隐患为手段，以免疫风险为目的的防错纠错新机制。建立煤矿安全风险预警体系，可以实现系统的动态的监测，使煤矿安全管理由静态转为动态、化被动为主动，实现系统调控的超前性、有效性，为煤矿安全生产提供切实保障。3.4 预警界限确定预警界限包括单指标的预警界限和多指标综合值的预警界限。将煤矿安全状态划分为安全、较安全、一般安全、较危险、危险五个等级，预警界限可用四个数值来表示，记为a，b，c，d。预警准则见表3.1和图3.3。表3.1 预警准则表安全状态预警准则安全Ld较安全cLd一般安全bLc较危险aLb危险a注：L为单个指标监测值或多指标综合评价值图3.3 预警准则通过将单个指标的监测值或综合状态的评价值L与预警界限相比较，就能确定系统所处的安全状态。综合评价值反映的是系统的整体安全度或局部(并非单一)的安全程度。单个预警指标监测值反映的仅仅是单一方面的安全程度。根据预警评价过程可知，不同时刻相同的评价值，其安全状态相同，但导致安全事故隐患的原因可能不同，采取的对策就可能有显著差异。因此，在预警决策过程中，不仅要考虑综合评价值所对应的安全程度，还必须考虑预警指标体系内每一个预警指标的安全程度，并进行综合分析，这样才能全面反映整个系统的安全程度，做出正确决策。4 矿震监测预警系统的设计4.1 系统框架矿震在线监测预警系统主要实现三个功能：用户请求，即煤矿用户自己无法对PLOT报表进行准确的分析时，可以上传到网上，请求专家的分析并给出建议；专家建议，即专家发现用户的请求后，对工作面的PLOT报表进行分析，然后给出相应的建议；管理员操作，管理员可以对用户或专家的一些基本信息进行修改。考虑到这些功能之间的相关性，我将用户、专家、管理员的登录入口都放在了首页，不同的人从不同的入口进入系统。普通煤矿用户第一次登录时需要进行注册，注册后便可以返回首页登录，登录以后，用户可以进行密码修改，可以添加工作面，可以把工作面的PLOT报表上传到服务器，同时，用户可以删除PLOT报表；专家由管理员添加，不可以自由注册，专家登录到系统以后，首先显示的是不同的煤矿建立的所有的工作面，这些工作面根据建立的时间进行排序，专家可以点击工作面进入到相应的工作面查看PLOT报表，然后给出建议，不同的专家可以给同一个工作面建议；管理员登录后，可以添加专家，可以修改煤矿用户和专家的一些基本信息。 本系统的管理员登录页面是一个框架结构，左面是基本的框架，右面是相应的页面。考虑到界面的友好性，系统添加了一些基本的菜单，因为CSS+DIV还不是很熟悉，界面的布局不是特别好。4.2 系统功能模块设计矿震监测预警系统的功能模块大致可以分为煤矿用户、专家用户和管理员三个模块。如图4.1。图4.1 系统整体结构图4.2.1 煤矿用户模块煤矿用户第一次登录矿震监测预警系统时，必须进行注册，注册之后才能进行登录，登录到系统后，为了安全起见，用户可以选择进行密码修改；之后，煤矿用户可以添加煤矿的第一个工作面以及上传工作面实时的PLOT报表；在上传PLOT报表后，用户可以查看专家的建议内容，建议列表以发表时间的先后顺序进行排列；之后用户可以选择退出登录。煤矿用户模块结构图如图4.2。图4.2 用户模块结构图4.2.2 专家模块考虑到专家的建议关系到煤矿的安全生产以及矿工的生命财产安全，专家必须是具有相当的专业知识，所以专家的账号必须是由管理员进行添加的，专家是不可以进行注册的。拿到账号后，登录到系统，可以选择更改密码，同时，可以查看到所有的煤矿的所有工作面的基本信息以及对应的PLOT表报，专家可以选择其中的一个或几个工作面，在查看PLOT报表之后，给出煤矿相应的建议，不同的专家可以给同一个煤矿的同一个工作面发表建议，专家的建议根据发布的时间的先后顺序进行排序。专家模块的结构图如图4.3。图4.3 专家模块结构图4.2.3 管理员模块管理员必须从ASP.NET系统配置中进行注册，注册的不同管理员可以分配不同的权限，进行不同的操作。管理员的最大权限可以添加专家账号、更改煤矿基本信息和更该专家信息。管理员模块的结构图如图4.4。图4.4 管理员模块结构图4.3 矿震监测预警系统数据库设计矿震监测系统主要有6个数据库，分别是：煤矿用户信息表（userInfo）、工作面信息表（gongzm）、PLOT信息表（Plot）、建议信息表（review）、专家信息表（experts）、管理员信息表（aspnet_Users）。4.3.1 煤矿用户信息表煤矿用户信息表用来存储煤矿用户的基本信息，包括用户名、密码和邮箱地址，新用户必须注册才可以登录系统。表4.1煤矿用户信息表（userInfo）列值数据类型数据长度可否为空描述主键userNameuserPasseMailvarcharvarcharvarchar5050100NOT NULLNOT NULLNOT NULL用户姓名用户密码邮箱地址是否否4.3.2 工作面信息表每个煤矿在开采过程中有不同的工作面，工作面信息表就是用来保存每个工作面的基本信息，这些基本信息有：工作面编号、煤矿用户姓名、创建时间等。表4.2 工作面信息表（gongzm）列值数据类型数据长度可否为空描述主键gzmIduserNamecreateTime securityLevel charvarchardatetimevarchar50505050NOT NULLNOT NULLNULLNULL工作面编号用户姓名创建时间危险等级是否否否4.3.3 PLOT信息表PLOT报表是监控中心计算机利用软件生成的图表之一，PLOT报表可以将24小时的震动次数与震动能量显示出来，通过观察PLOT报表的曲线图，可以看到震动情况的变化，何时出现异常，未来的走势如何等信息。PLOT信息表包含的内容有：PLOT编号、煤矿用户姓名、工作面编号、图片地址以及上传时间。表4.3 PLOT信息表（Plot）列值数据类型数据长度可否为空描述主键plotIduserNamegzmIdplotUrlpostTimeintvarcharcharvarchardatetime50505020050NOT NULLNULLNULLNULLNULLPlot编号用户姓名工作面编号图片地址上传时间是否否否否4.3.4 建议信息表专家经过分析一系列的图表，可以对每个矿的震动情况进行了解，分析矿震是否会影响到煤矿的安全生产以及如何应对等，从而给出煤矿一些建议。表4.4 建议信息表（review）列值数据类型数据长度可否为空描述主键rIdgzmIdplotIdreNamereTimereContentintintintvarchardatetimetext5050505050NOT NULLNULLNULLNULLNULLNULL建议编号工作面编号Plot编号建议人姓