（采矿工程专业论文）基于gis的石人沟铁矿矿井通风可视化管理系统.pdf

间e 堡： ：堂瞳亟土生位迨童 摘要 近年来，众多学者从不同的角度对矿井通风管理系统作了一些探讨和研究，取 得了可喜的成果。但从实际应用上看都或多或少地存在着问题。矿井通风系统是 非常复杂的空间网络系统，有的矿山巷道多达数百条，而且随着开采深度的增加、 工作面的推移、工作场所和数量、巷道长度、矿井井下各处的用风量等条件的不断 变化，需要处理大量的数据。地理信息系统( o i s ) 是分析和处理海量地理数据的通用 技术。它一改人们传统制图用图模式，用现代计算机技术管理和分析空f n j 数据，并 将结果可视化，提高了人们对矿井通风系统的认识能力和信启、处理能j ，为矿山安 全科学管理和决策提供了重要手段。 该系统利用v b 6 0 、v c 和m a p i n f 0 4 0 、m a p x 等工具建立矿井通嫩管理系统 的主要功能界面并实现可视化，实现矿井通风高效的管理职能，主要包括井巷信息 的查询与管理、通风除尘设施信息的查询与管理、通风标准信息的查询与管理、风 量信息的查询与管理、图形信启、的查询与管理、图形信息与属性信息的互查功能以 及其它辅助信息的查询与管理和相关信息的动态更新。此系统可对整个矿井通风系 统的管理工作有个整体、统一的认识，并能实现动态的管理与查询统计等工作。 此系统一经试验成功，可以直接应用并推广到同等规模矿井通风系统的管理与 规划，不仅对矿井通风系统的管理效率的提高有非常明显的效果，而且必将对我国 高速稳定、健康发展的经济建设有一定的推动作用。 关键词：地理信息系统，数据库，空间分析，可视化，动态更新 河：也型! 二堂瞳亟：璺位i 佥塞一 a b s t r a c t s o m ed i s c u s s i o na n ds t u d yo nt h ea d m i n i s t r a n ts y s t e mo ft h em i n e v e n t i l a t i o nw e r e p u tf o r w a r dr e c e n t l y b u ti nf a c t ，t h e r ea r es o m ep r o b l e m si nt h e mm o r eo rl e s s t h em i n e v e n t i l a t i o ni sav e r y h u g ea n dc o m p l e xs p a c en e t w o r ks y s t e m t h e r ea r eh u n d r e d so f l a n e w a y si ns o m ei r o n o r ew i t ht h ec h a n g i n go fm i n i n gd e e p l ya n dt h ea d v a n c i n go ft h e w o r k i n gf a c e ，t h es i t e sa n dt h ea r n o n n to ft h ew o r k i n gf a c e s ，t h el e n g t ho ft h el a n e w a y sa n d t h ea m o u n to ft h ew i n dc h a n g i n ga ta n ym o m e n t ，t h o u s a n d so fi n f o r m a t i o nn e e db ed e a l t g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e mi sac u r r e n tt e c h n i q u et oa n a l y z ea n dd e a lw i t ht h o u s a n d s o fd a t a g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e mh a sc h a n g e dt h et r a d i t i o n a ld r a w i n gm o d e ，w h i c h m a k e su s eo fc o m p u t e rt e c h n i q u em a n a g i n ga n da n a l y z i n gt h es p a c ed a t aa n dd i s p l a y i n g t h er e s u l t st ot h ep e o p l e i ti m p r o v e st h ea b i l i t yo fr e a l i z i n ga n dd e a l i n gw i t h t h e i n f o r m a t i o na n do f f e r si m p o r t a n tm e a s u r e sf o rt h es a f e t ys c i e n t i f i cm a n a g e l n e n ta n dt h e d e c i s i o n m a k i n gi nm i n e t h i ss y s t e me s t a b l i s h e st h ef u n c t i o n a li n t e r f a c eo ft h em a n a g e m e n to ft h em i n e v e n t i l a t i o na n dr e a l i z e dt h ev i s u a ld a t ab yu s i n gv b 6 0 ，v c ，m a p i n f 0 4 0a n dm a p x t h e p r o j e c tr e a l i z e st h eq u e r ya n dt h ea d m i n i s t r a t i o no ft h es i l oa n d t h el a n e w a yp r o p e r t y ，t h e v e n t i l a t i o na n dr e d u c i n gd u s te s t a b l i s h m e n tp r o p e r t y ，t h ev e n t i l a t i o ns t a n d a r dp r o p e r t y ， w i n dp r o p e r t y t h ec o r r e l a t i v eg r a p h sp r o p e r t y ，o t h e r sa s s i s t a n tp r o p e r t ya n dt h ed y n a m i c u p d a t i n gi n t e r l i n ka g eo ft h ec o r r e l a t i v ep r o p e r t y t h es y s t e mh a sau n i t a r ya n du n i f o r m u n d e r s t a n dt ot h em a n a g e m e n to ft h ew h o l em i n e v e n t i l a t i o ns y s t e ma n di tc a nr e a l i z et h e d y n a m i cm a n a g e m e n ta n dq u e r y i f t h i ss y s t e ms u c c e e d s ，i tc a nb e e x t e n d e dt ot h ea p p l i c a t i o ni nt h cm a n a g e m e n to f t h e s a m ee n t e r p r i s ea n dc a ni m p r o v et h ee f f i c i e n c yo ft h ea d m i n i s t r a n ta n dp r o m o t et h e d e v e l o p m e n to ft h ee c o n o m y k e yw o r d s ：g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ，d a t a b a s e ts p e c i a la n a l y s i s ，v i s u a l d y n a m i cu p d a t e 独创性说明 本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得 河北理工学院或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同 工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中做了明确的说明并表 示了谢意。 签名：茎! 錾篡日期：丝年三月兰：拥 关于论文使用授权的说明 本人完全了解河北理工学院有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公 布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论 文。 ( 保密的论文在解密后应遵循此规定) 签名：型鍪美 导师签名：日期：丝年量月互归 迥j e 堡= 】：堂l 置亟堂位监童 = ! 日 随着信息技术的飞速发展和全球信息化进程的加快，对矿山管理水平和管理手 段提出了新的、更高的要求。矿业部门在以往工作实践中积累了大量的地质资料， 在使用过程中用手工查询既困难，又费时费工，因此，如何运用现代化手段提高：i ： 作效率和管理水平就成为摆在我们面前的新课题。近几年来计算机技术迅猛发展， 高档次机器及大型外部设备的普及化，使得利用计算机处理同常较为复杂的图形、 图像成为可能，且数据处理能力也大幅度提高。我国矿业部门的有识之士不失时机 地提出了矿山地理信息系统( m g i s ) 的新概念，并在深入理论研究的基础上，提出了 发展我国矿山地理信息系统的基本模式和技术路线。地理信息系统( g i s ) 在我国矿l l j 建设和能源发展的进程中，已经或正在发挥出其重要作用。处理矿井通风信息问 题，也就是解决矿井通风日常管理工作中的文字信息、属性信息及图形信息。此次 研制开发的基于g i s 的矿井通风可视化管理系统可以处理以上所述信息，并可灵活 查询矿井各处通风的基本情况，还可以将查询的结果显示或输出，较好地达到辅助 管理的目的。由此可见，矿山地理信息系统在我国矿业中必将f l 益受到重视，它对 推动我国矿业的发展，将起到越来越大的作用。 实践证明，g i s 作为一种能科学地管理和综合地分析具有空间内涵的地理数 据，能够提供对管理、决策和研究所需信息的综合性技术系统，是有效的解决矿井 通风管理问题的先进技术工具。因此，将g i s 技术应用于矿井通风系统管理，建立 一个集图、文、表、管于一体化的、科学的、动态的管理矿井通风系统的办公自动 化系统，也是解决矿业动态管理的有效的技术工具。 本研究以唐钢集团石人沟铁矿的可视化管理为出发点，通过对“基于g i s 的石 人沟铁矿矿井通风可视化管理系统”的研究，寻找一种高效科学合理的管理方法及 模式，在为不断发展的石人沟铁矿矿井通风系统管理服务的基础上，探索一条适合 矿山规模不断发展的矿井通风系统管理的新路子，有效地解决矿山安全中存在的问 题。基于g i s 的石人沟铁矿矿井通风可视化管理系统，可对整个矿井通风的管理工 作有一个整体、统一的认识，并能实现动态的管理与查询等工作。从而为蓬勃发展 的石人沟矿井安全事业提供有力的软件支持，促进矿山事业健康有序的向前发展。 皿j 堡工堂隧亟堂也监塞 第一章文献综述 1 1 矿井通风管理系统的研究现状 矿井通风系统是井下的生命线，它的正常运行是井下安全生产的基本保证。近 年来，许多学者从不同的角度对矿井通风管理系统进行了一些探讨和研究，取得了 可喜的成果。 1 9 9 8 年王慧堂开发了一套通风业务管理应用软件。此系统出两部分组成：分 析、处理数据；数值化的通风网络和风机特性曲线。其中包括数据输入模块、模拟 风机曲线模块、网络计算模块、打印控制模块等。具有自动分析判断数据的错误并 提示修改、全汉字显示、全屏幕固定格式输入、多种条件下的网络解算等功能。具 有良好的人机界面，全汉字菜单显示，可方便快捷地完成各项任务，此系统已应用 到王庄煤矿，结果表明：由井下实测数据与模拟系统的网络解算结果相比较，最大 误差小于1 0 ，该模拟系统的计算精度可以满足要求。利用计算机进行通风系统实 况模拟，可使通风日常工作由人工经验的定性分析上升为计算机模拟系统的定量分 析提高了系统调风的准确性；大多数矿井都配备矿井监测系统，同时配备了 4 8 6 、5 8 6 以上的高档微机兼作终端机。这些用作终端机的微机除用作接收主机工控 机的监测信号外，还可用于网络管理。合理利用设备资源，提高设备利用率，所以 建立通风模拟系统无须投资购置新设备。 1 9 9 9 年肖全兴【2 1 研发了矿井通风安全管理预警系统。通风安全管理预警系统， 是在全面总结矿井瓦斯爆炸、煤尘爆炸、煤层自燃灾害事故原因的基础上，运用安 全系统工程的原理和事故树求顶上事件的逻辑推理方法，对作业场所、区域进行危 险性分析，对重点不安全状态、不安全隐患问题进行超前预测，建立各类事故的逻 辑推理模型，判断可能导致灾害事故的危险程度，采用w i n d o w s 3 2q - ；文环境f 的 f o x p r o w 2 5 b 高级编程语言，将系统分析出的隐患问题、事故推理规则的思维方式 和所采取的预防处理策略等编制成计算机程序，形成矿井通风安全舒理的预防决策 系统。其研究内容见图1 1 所示。 该软件经过几个矿的实施应用，都能够满足采煤工作而通风安全管理的要求。 运行该程序时，只要确认或输入各种通风隐患问题，计算机就能快速地进行逻辑推 2 囹s 壁! 二堂i 遗亟堂位逾塞 一 理和危险性的评判，预测分析某个采煤工作面是否存在发生瓦斯爆炸、煤尘爆炸、 煤层自燃灾害事故的可能性及其危险程度，并在计算机屏幕j 二直接娃示“事。，隐 患”、“危险性判别”、“预防处理措施”等内容，并可根掘用户需要，将有灭内 容部分或全部打印输出，为局矿领导决策指挥和通风业务管理提供科学准确的决策 依据。 安全系 统分析 预警防 治系统 瓦斯爆炸卜_ 、_ j 煤尘爆炸卜 煤层自燃卜 隐患严重程度 事故推理模型 危险性评价 预防处理措施 图1 1 预警系统结构图 f i g a h e a dw a r n i n gs y s t e ms t r u c t u r e 事故机理 主要原网 隐患分类 1 9 8 6 年冶金工业部和有色金属工业总公司联合颁布了冶金矿l i i 矿井通风系统 鉴定指标。矿井通风系统鉴定指标由五项基本指标、一项综合指标及四项辅助指 标组成。 基本指标： 1 ) 风量( i i , 速) 合格率r r ( w ) ：为风量或风速符合冶金矿i 【i 安全规程要求 的需风点数和需风点总数的百分比。它反映需风点的风量或风速是行满足需要，以 及风量的分配是否合理： 2 ) 风质合格率nm ：为风源质量符合冶金矿山安全规程要求的需姒数j 需 城点总数的百分比。它反映风源的质量及其污染状况： 3 ) 有效风量率n ：为矿井通风系统中的有效风量与主扇装置风量的百分比。 它反映主扇装置风量供利用的程度； 圃j e 理工堂l 鬓亟堂位j 佥童 4 ) 主扇装置效率q 。：为该装置的输出功率与输入功率的酉分比。它反l 映主搦 装置的工况点、性能及其与矿井通风网路的匹配是否得当； 5 1 风量供需比b ：为实测的主扇装置风量与计算的需风量的比值。它反映风鼠 的供需关系。 综合指标c ：是以上五项基本指标的综合反映，用以直观地衡量矿井通风系统 总的技术经济状况，其计算式为：c 2 5 + 强+ 4 _ 有+ 4 p 。 辅助指标：辅助指标共有四项，分别为单位有效风量所需功w 、单位采掘矿石 量的通风费用i 、年产万吨耗风量q 及单位采掘矿石量的通风电耗e 。 2 0 0 0 年杨娟、沈汉年在使用此鉴定指标对矿井通风系统进行评价时，发现存 在以下问题：此鉴定指标只规定了考核的项目而未明确评价标准；指标中的某些项 目的选取不尽合理；指标中的辅助指标过于繁琐，且数据的获取较为困难。他们建 议在采用该鉴定指标对矿井通风系统进行评价时，将矿井通风系统鉴定指标中的第 五项基本指标：风量供需比b 中的实测主扇装置风量改为各需风点的有效风量之和， 并摒弃辅助指标。现场试用表明，用修改后的鉴定指标及评价标准对矿井通风系统 进行评价，更能反映出矿井通风系统的实际状况，且使用更为方便。 2 0 0 0 年2 月王海桥针对目前在矿井通风系统中测量风量方法方面存在的不足， 阐述了示踪气体测量技术。此项技术的测量原理：示踪气体测量方法的实质是用 定浓度的示踪气体标识某部分气流，并假定这一气流中示踪气体1 澉度均匀一致， 则当这一气流与其它气流掺混时，示踪气体浓度变化即可代表各气流所占比例。示 踪气体测量方法是将示踪气体在风道中释放，释放的气体称为示踪气体，这种气体 随风流流动、扩散与巷道中风流均匀混合，在均匀混合段后方用示踪气体测量仪 器测量风流中示踪气体浓度，通过测定示踪气体浓度，可换算出巷道通j x l 量。示踪 气体测量是一种方便、简捷、精确的测量方法，尤其是测量巷道通风量、矿井通风 系统漏风量及抽出式局扇排风效率等，有其它测量方法不可比的优点。除此以外它 还可用来检测漏风通道、漏风方向和漏风风速，定量分析测定通风风流流场、风流 速度场及有害物质和气体浓度场等1 4 。 2 0 0 0 年3 月魏建平、樊小利、郭三明、郝天轩在新型多功能矿井通风安全实验 4 + 坷i e 翼：l ：堂瞳亟! ：1 羔位途塞 一一 装置研制的基础上，开发研制了相应的计算机的软、硬件控制系统。装筲的基本结 构：矿井通风模型装置、通风参数传感器( 瓦斯、温度、风速、风压) 、计算机、 模拟量输入卡、控制量输出卡、手工控制柜及手工与自动控制的转换裟胃。其具体 结构见图1 2 。此系统通过组合式多参数传感器( 瓦斯、风速、k 力和温度) 柬获得 流动空气中有关信息，实现了装嚣中各主要地点多种通j x l 参数的计算机监测、峨 控。在实验装置中体现了现代计算机技术的先进性，建立了套适用j 二教学并兼顾 科学研究的先进的计算机监测、监控系统。开发的系统软件界面友好、操作方便、 功能完善。”。 圈12 装置总体结构示意图 f i g 2t o t a ld e v i c es t r u c t u r e 2 0 0 1 年3 月张秀琨，鲍杰，张彤琳1 开发了k h t g 矿井火灾与通j x l 管理系统。 k h t g 矿井火灾通风管理系统是针对煤矿并下胶带、电缆、油料、术材、煤炭等外 因火灾，结合我国煤矿火灾与通风管理特点，采用固内外矿i i i 安全l 甑测、火灾模拟 和计算机技术等先进经验和技术研究开发的。此系统采用模块化结构，将矿井通风 管理、安全监测、火灾通风模拟、火灾事故防治与处理等于系统有机地结合起来， 形成具有综合功能的计算机管理系统。系统主机采用6 4 位p c 系列微机、网络技 术、组态控制软件。此系统根据所完成功能的不同，主要有矿井通风系统图f l ：、通 胍网络图件、通风网络解算、火灾预防、火灾事故处理、安全监测和火灾通风模拟 递j e 理l ：堂【巍亟：e 堂位边塞 一 等7 个软件子系统组成。这些子系统通过数据文件的共享与调用，构成一个有机的 整体，完成通风安全管理、事故模拟、井下环境参数采集、处理，数据交换、显示 和输出等。该系统技术先进、功能齐全、存储容量大、运转速度快。井f 临测系统 采用3 2 位单片微型机，提高了系统的功能和可靠性。其系统框吲如h1 3 所示。此 系统自研制成功，己在江苏、安徽、山东等省的十几个矿井玳广应刚，深受专、i p 技 术人员和管理人员的欢迎。此系统的使用，为矿井通风管理现代化、通风系统涧整 和改造提供了技术支持，为矿井预防和处理火灾事故提供了羊叫学的技术方案，收到 了较好的安全经济效益和社会效益。 卑挲ii 绘幽ii 仪jl 数：i ! ：化仪掣霉i 机 奔腾i i modem i 局级总站 电源h 峻测分站h i c 测分站h 电源 l lll 风 c o 体速 c o ，c h 4 托风风 风 含 辊 j j风 度 压 材h 温开：状 【柚 传传 传传 度 太 传 感感 感感 传 传 传感 感 感 感器 器 器 器器 器器器 图1 3k h t g 系统框图 f i g 3k h t gs y s t e ms t r u c t u r e 2 0 0 1 年6 月陆秋琴开发了矿井通风系统模拟软件包。此系统原理：传统的矿 井通胍系统风网解算和风量调节的计算机方法都没有绘制通风系统州络图和将j x l 叫 解算和风量调节模拟结果显示在网络图上等这些功能。本系统利用流行的两对象 的编程语言实现上述功能。面向对象的编程把软件看成是许多对象的集合，对象足 一个封装的数据和操作的实体，对象相互作用通过请求某一操作或吲答某监信息的 消息而体现。具有共同属性、共同操作性质的对象的集合称类。此系统将每条巷道 看成对象，所有的巷道抽象成巷道类对每条巷道可以用双击、币d j 等方法。此系 统主要包括以下子系统：矿井通风系统风网解算模拟予系统：矿井通风系统风最涮 6 扭= l 堡! ：堂医亟堂拉诠塞 节模拟子系统。系统已成功地应用于邯邢冶金矿山管理局两石门铁矿的南区深部通 风系统改造中，显著地提高了矿山通风管理水平 1 5 - 18 i 。 2 0 0 3 年何学明、徐安廷、刘正东等认为矿井通风系统是矿井，i i 产：系统的重要 组成部分，其安全和可靠与否，直接影响矿井的安全生产、高和稳产。他们将 前矿井通风系统存在的主要问题总结如下：通风系统不合理；恶性渊1 ，：叫风段j 一日 部阻力大；回风段断面小，风速超限，阻力和功率消耗增加；通风设施发胃不合 理，质量差：生产布局不合理，通风管理困难；主扇效率低。并根据这些不合理现 状提出了相应措施：选用最优的通风系统：采用最佳经济效果的风道尺、j ：改革采 煤方法，简化通风系统；采取有效途径，搞好风量调节；加大采区段巷道断询：合 理安排生产布局：合理选择通风设备；在矿井通风中广泛应用微机系统。实践表明 针对矿井通风系统存在的问题，采取的有效措施，提高了矿，t ：通风系统的安全和呵 靠性，有效地避免了多类事故的发生，促进了煤矿安全生产健康、持续、稳定的发 展1 1 9 - 2 4 j 。 矿井通风系统是井下的生命线，它的t f ：常运行是井下安全生产的基本保证】。 多年来，从最初单纯的数值计算到如今的图形化处理，都有很大的进步：从单一的 网络处理到综合模拟平台，都大大提高了通风管理的计算机应用水平。但从实际应 用上看，能够普遍适应于不同矿井、适合不同层次人员使用的管理系统很少，其中 都或多或少地存在着问题。矿井通风系统是非常复杂的空间网络系统。有的t o 。i i i 巷 道就多达数百条，而井下的工作场所又是动态的，所谓动态，就是随着开采深度的 增加、工作面的推移，一方面工作场所的地点是不断变化的，另一一力面，工作场所 的数量也在不断变化，其结果是通风系统长度不断变化，系统各处的用风量也在刁j 断变化，所以需要处理大量的数据。地理信息系统( g i s ) 是分析和处理海量地理数据 的通用技术。并且具有强大的模拟现实功能。其强大之处在于它将空洲信1 7 , 的处理 与属性信息完美结合起来，使人们不仅仅知道存在什么样的信息，而技术管理和分 析空间数据，并将结果目视化，提高了人们认识能力和信息处理能力，为矿l l i 安且 还知道发生在什么地方，并能研究其在空间与时间上的变化i 。g 1 s改人们传统 制图用图模式，用现代计算机全科学管理和决策提供了重要手段p 7 1 。 7 江e 堡工堂【建亟。主拉监塞 1 2 地理信息系统的核心技术 地理信息系统是从2 0 世纪6 0 年代计算机辅助制图逐步发展起来的。2 0f ：纪6 0 年代初期，计算机技术丌始用于地图的量算、分析与制作并迅速发展起来。6 0 年代 中期，由于大量空问环境数据贮存、分析年【】显示技术的改进，以及汁翁机技术在 自然资源和环境数据处理应用中的迅速发展，致使计算机辅助制图和空| 1 1 j 分析在数 据自动采集、数据分析和显示技术这几个相! 互联系的领域内得到极大的发展。j f i j 数 据自动采集、数据分析和显示技术这些分支领域都倾向j i 发展有效的r 段，川以从 现实世界中按特殊的目的采集、存储、检索、分析、传输町显示的宁问数掘，最终 导致了地理信息系统技术的产生 2 8 3 0 。 地理信息系统是一种采集、存储、管理、分析、显示与应用地理信息的计算机 系统，是分析和处理海量地理数据的通用技术。地理信息系统的核心技术包括以f 。 三个方面1 3l 3 9 】： 1 ) 数据库技术。主要包括数据的采集、检验与编辑；数掘的转化：数据的存储 组织。数据既包括数字、文字，也包括图形数据。 2 ) 空间分析技术。即地理信息系统根据特定目的的空问模型对信息进行分析并 以解决。这也是地理信息技术的核心技术。 3 ) 可视化显示技术。用户可以通过地理信息系统查咖、检索、统计和计算所需 的信息，所需信息布景可以显示在屏幕上也可以以报告、表格和图形等形式将信息 输出。所以，要想对地理新信息技术进行掌握，就必须了解数据库的原理、地理数 据空间分析的原理和地理信息系统可视化显示技术。 1 2 1 数据库的一般原理 早期研制的计算机侧重于科学和工程问题的计算。其特点是数值运算工作复 杂，输入、输出、储存的数据量小。随着计算机外部储存设备的发展，人们逐渐发 现计算机适合于事务管理。因而发展出了适合事务管理用的汁算机软件，其中数据 管理问题是这类软件的一个关键。地理信息系统的非空削属性数据的管理和一般事 务管理方面的应用基本相似。早期事务管理方面的数据处理方式原理f 如图1 4 所 示1 。 盟j e 堡工堂随亟鲎焦论塞 文件1 文件2 文件3 文件4 图1 4 没有d b m s 处理方式 f i g l4d i s p o s a lw i t h o u td b m s 这种处理方式的好处是程序比较简单，单一程序完成单一工作，处理效率较高，硬 件性能要求低。但是，这种处理方式仅适合于数据处理功能明确，不需要经常变动 的情况。为了获得更大的灵活性，产生数据库管理系统( d b m s ) ，( 见图1 5 ) 。 图1 5 有d b m s 处理方式 f i 9 1 5d i s p o s a lw i t hd b m s 运用数据库管理系统( d b m s ) 对数据库的查询、修改都要经过专门的软件来完 成，用户和d b m s 之间的关系主要是查询语言，任何一种d b m s 都提供它自己的一种 或几种查询语言。 目前，很多关系型数据库管理系统都提供种叫s q l 的查询语言，即结构化的 查询语言( s t r u c t u r e dq u e r yl a n g u a g e ) 。这种语言已经标准化，即学会s q l 的用户或 用s q l 编写的程序，在不同厂商生产的计算机上使用不同软件商制作的d b m s ，其 操作和运行结果都是相同的。 1 2 2 地理信息系统数据的空间分析 1 2 2 1 空间数据的组织 地图既是储存信息的载体，还是表达信息的形式，如果把地图计算机化，那么 9 趣e 型! ：望陵亟堂位控塞 一 储存信息和表达信息的双重功能就被分开前者以数据方式储存起来，后者川图 形、文字报告方式来显示。分析工作不是直接对地图进行，而是先对数据作处删， 然后把结果显示出来。为了对数据分门别类地作查询、分析，就必须在输入到i t 算 机之前就对不同专题的信息在逻辑上区别开来。 目前，通常的方法是用“层”的概念来分别存储刁j 同专题的空叫信息。如罔 1 6 即为一个分层的例子。在图层中，每一层存放一种专题或一类信息，并有一组 对应的数据文件。在具体的数据库设计时，分得过细不便于操作人员记忆，管理【二 比较麻烦；分得过粗不利于某些特殊要求的分析、查询。一股来说，分得粗好还是 分得细好，必须根据应用上的要求、计算机硬件的存储量、处理速度以及软件的限 制来决定。 在纸质的地图中，空间范围的表述还受图纸大小的限制。地图的比例尺越大 覆盖的地理范围越广，就越是要分成幅幅的图纸。在计算机为撼础的数壬1 1 ：库r 1 可以把同一层的很多张地图集中在一组文件中存放，这样当查询、分析涉及到很大 的地理范围时，不需要用手工把一张张的图拼起来。但是在具体的软件和硬件条件 下，这种有分割，集中存放的方法受到磁盘的容量、数据安全、数据维护以及效率 等诸多因素的限制。 图1 6 地图分层 f i g u r e1 6m a pl a y e r 为了克服这些问题，常用的办法是模仿手绘地图的方式，在分层或分擘题的基 础上，再分幅，从而把每次处理工作局限在一个小范围内。当需要跨越多幅地图 1 0 委蠢 i j e 垄堂瞌鲤土堂位论塞 时，利用软件的功能自动地将一幅幅图拼起来，而访问数掘库的人并f i 需要做拼接 的操作，也不会感到查向、分析的结果是拼起来的。当处理工作涉及到多种专题， 或多个层时，则先自动完成各层内的多幅拼接，再处理层与层之阳j 的关系。 1 2 2 2 空间数据分析 地理信息系统的空间分析分为三个层次：第一是空间检索，即从空间位置检索 空间物体及其属性和从属性条件集检索空间物体。“空| 1 ；i j 索引”是空间检索的关键 技术，如何有效地从大型的地理信息系统数据库中检索出所需信息，将影响地理信 息系统的分析能力。另一方面，空间物体的图形表达也是空洲检索的重要部分。第 二是空间拓扑叠加分析，空间拓扑叠加实现了输入特征属性的合并以及特征属性在 空间上的连接。目前，空间拓扑叠加被许多人认为是地理信息系统独特的空间分析 功能。第三是空间模拟分析，空间模拟分析剐网0 起步不久，目前多数研究工作着重 于如何将地理信息系统与空间模型分析结合【4 。l 】。 1 2 3 地理信息系统的可视化显示技术 可视化技术是地理信息系统所具有的重要功能之一【4 2 】。利用地理信息系统，人 们可以在数字地图、影像和其它图形的显示中，来分析它们所表达的各种类型的空 间关系。在可视化显示中，有关空间关系模式的研究常常需要对某些数据值做进一 步的探查和分析。通过地理信息系统，用户可以直接查询到那些需要作进一步分析 的数据，而无需像地学传统方法一样，去校对图纸上的数据”。 地理信窟、系统中的可视化过程，包括图形图像的生成和空问数掘的奁咖分析。 图形图像包括用于数据显示的二维图和三维图，以及用于随数掘进行分析评价的町 视化表达的散点图、直方图和条形图表等。在视窗环境中同时建立某种地理划致的 多种类型的图形图像，利用图形图像之问基于地理分析方法模式建立：的动态关联， 可以更清楚的表达对象的展布模式及其不确定性【4 4 ”。 13 地理信息系统在矿山管理方面的研究现状 中国矿业大学( 以下简称中国矿大) 以g i s 为基础，建立了地应力场分析系统 将宏观遥感图像分析以微观应力测量相结合，并利用地理信息系统进行了多元地学 及矿山信息的综合叠加分析，已取得初步效果。控制和反映矿山应力场的因素很 趣j e 堡 堂瞳亟堂位监塞 多，也十分复杂。用常规技术方法模拟应力，一般是把岩体当作均匀体米处理。而 事实上，矿山存在着各种尚未探明的小构造，使得出的应力场往往与实际情况大棚 径庭。解决这问题的办法，就是把多种影响因素综合起来进行分析，丽矿e l i 地理 信息系统则是完成这种空间分析的有力工具。此外，中国矿火还在矿井二二维立体 图、矿体底扳三维立体图的自动绘制方面取得了突出成果，其研制的矿l 【j 空间信息 综合处理系统，曾获得1 9 9 5 煤炭部科技进步奖。西安煤用航测遥感局应用遥感和地 理信息系统技术，在航天地质测量、煤田预测、遥感地质等任务中取得了多项成 果，效果颇佳m i 。我国利用g i s 预报在焦作东部矿区煤矿底板中的突水情况”。 利用g i s 在胶东金矿区建立起胶东金矿找矿模式；地矿部_ i 二1 9 9 5 年在四川应用 o i s 开展矿产资源区域评价工作已取得实质性进展，并已向全国推广：冶金部巾南 地勘局利用g i s 对鄂东南地区铁矿成矿地质条件和成矿预测进行了研究，结果表明 g i s 在成矿预测方面具有如下优点： 1 ) 能快速分析成矿有利地段和找矿标志： 2 ) 能得到人工方法难以划分的地质异常带，如断裂控矿影响宽度带； 3 1g i s 与传统方法相比，可加速数据的分析对比，缩短研究周涮： 4 ) g i s 对各种地学图件和输入的数据，既可长期保存，又可根据研究者需要， 进行增添和修改。 中国科学院和中国矿业大学联合利用g i s 软件的空间分析原理，在山东肥城国家庄 煤矿建立煤矿底板突水预测模型，利用该模型划分出区内突水危险区、可能突水 区、较安全区、安全区的实际分布范围，从而准确地反映了煤矿底板突水的基本规 律。此外，中国科学院、中国矿业大学、中南工业大学、广西地调院等利用g i s 技 术对成矿预测区进行定性和定量研究，圈出了成矿有利地段。西安煤m 航测遥感局 应用遥感和g i s 技术在航空地质测量、煤r ；| 预测、遥感地质任务中取得了多项成 果，效果显著。德国利用g i s 技术，结合发射的s p 0 ，r 卫星用于石f | 、天然气以及其 他矿产资源的勘查，可立体观测地貌，产生高分辨率、高精度的图像。在前期矿产 勘查阶段使用该图像能准确、迅速地查明地形、地貌露头岩性组合和覆盖区地下构 造的基本形态以及断层延伸走向等信息，利用这些信息，可得出初勘结论。并可绘 出常规测绘难以达到的地区( 如戈壁、沙漠、高原、雪山等) 的地形图。加拿大曾用 坷j 理：! ：堂医亟! ；皇位：| 佥童 g i s 在已知金矿区预测出新的成矿区。德国的露天煤矿已，j | = 始使川( j j s 没计：j ：作l | _ f 计划、矿石运输线路及废矿石的堆放位置等限“i 。 从技术上看，地理信息系统在矿业的某些方面已发挥出定的作”j 。但猩矿井 通风管理方面涉及还很少，因而，需要我们去研究与探讨；从生产效率上看，g i s 一方面可以减少劳动力的投资，另一方面可以促进矿山生产管理的现代化建设更 好地为矿井通风管理人员提供技术支持。总之，矿井通风可视化管理系统具有较好 的社会效益和经济效益。 1 ，4 课题研究的主要内容 1 ) 查阅资料，对该课题的研究现状进行分析，进行总体力案设计硐i 系统结构改 计。 2 ) 对石人沟矿的矿井通风系统的基础资料、通风设备资料、各中段平面布置资 料、巷道布置资料等等进行分类整理，分别进行图形数字化的转换，丌发相应的软 件。 、 3 ) 建立系统数据模型，进行数据结构设计，建立系统应用模型，进行算法设 计。 4 ) 调试管理系统，通过实践来进一步完善其功能，使其科学合理，从而推广应 用。 囹e 堡= = ! ：堂医巫堂包：l 金= 窭 第二章矿井通风系统分析 2 1 石人沟铁矿地理交通位置及隶属关系 石人沟铁矿位于河北省遵化市西北1 0 k m ，东南距唐山市9 0 k m ，宵挑轨铁路和 公路与之相通，矿山交通十分便利。矿区地理坐标：东经1 17 。5 1 117 。5 2 ， 北纬4 0 。1 l 4 0 。1 5 。石人沟铁矿隶属唐山钢铁集团有限责任公d 矿、i k 公词， 是唐钢的主要生产矿山之一。 2 2 石人沟铁矿矿山现状 石人沟铁矿于1 9 7 5 年7 月建成投产，设计规模1 5 0 jt a ，矿山最终产品为单 一铁精矿。矿山采用露天开采方式，露天开采境界南北长2 8 k m 。由南向北分为蔓 个采区，2 8 1 8 线为南区，1 8 8 线为中区，8 线以北为北区。 经过2 0 多年的生产，石人沟铁矿露天开采已进入术期。e 1 前，南区露天丌采已 结束，作为矿山内部排土场进行排土作业，排土标高为1 4 0 m ( 露天底标高 + 1 6 2 5 m ) ；南中区( 1 7 2 0 线) 最低开采水平+ 2 0 m ，由于开采空问狭小，电铲不能币 常作业，故采用民采方式回收剩余矿石：中北区主要作业水平为+ 5 2 m 、+ 4 0 m 嗣i + 2 8 m ，采用直径为2 5 0 m m 牙轮钻机穿孔，4 m 3 电铲采装，载重2 0 t 汽车运输。岩石 由自卸汽车直接运至南区内部排土场，矿石用自卸汽车运到粗破碲站。南区目阿刚 转入地下开采，南区矿体走向长1 4 k m 。 2 3 石人沟铁矿地下开采采矿方法 根据首采区段矿体赋存条件，为了避免井下与露天开采相互干扰，降低井下丌 采的初期排水费用，露天底留保安矿柱。采矿方法采用分段采矿法回采厚度在5 m 以上的中厚矿体，采用浅孔留矿法回采厚度在5 m 以下的薄矿体。 井下开采顺序总体上自上而下进行先采6 0 m 中段后采1 2 0 m 中段。各中段 回采时宣采用单翼后退式回采方式，即从风井侧向主井侧回采。由于井下矿体呈多 层矿体产出，为保证安全，生产时先采上盘矿体后采下盘矿体。 1 4 扭j e 理王堂院亟生焦论塞 2 4 石人沟铁矿矿井通风系统概述 根据矿山的地形地质条件，主、副竖井均布置在矿体下盘1 6 线和1 8 线之问， 两井筒中心相距7 7 8 5 m 。主井为箕斗井，不设井下破碎，井口标高+ 9 4 9 m ，井深 2 7 4 9 m ，井简净直径4 5 m ，负担井下矿石提升任务，提升能力9 0 万t ，a ，采用 3 2 m 3 翻转式双箕斗提升容器。副井为罐笼井，井口标高+ 9 9 m ，井深2 9 1 m ，井筒净 直径5 m ，负担井下各中段废石、人员、设备及材料提升任务，采用2 号单层罐笼双 端提升方式。南风井为回风井，位于3 0 线矿体端部的矿山砂泵站院内，井口标高 + 7 1 5 m ，井深1 3 1 5 m ，井筒净直径3 5 m ，与副井构成南区单翼对角式通风系统。 井下共设0 m 、6 0 m 、一1 2 0 m 三个中段，其中0 m 为回风中段。南区主扇型号为 d k 4 5 6 一n 0 1 9 ，共两台。总风量1 3 1 8 9 m 3 s ，6 0 m 中段生产时的矿井总风量为 9 0 5 m 3 s ，矿井总负压为2 1 1 1 8 p a ；一1 2 0 m 中段生产时的矿井总风量为l o m 3 s ，矿井 总负压为2 1 1 1 8 p a ，内、外部漏风总量为3 1 3 9 m 3 s 。 石人沟铁矿通风系统采用集中通风方式，由1 8 号勘探线附近的副井和3 0 号勘 探线附近的南风井构成单翼对角抽出式通风系统。新鲜风流由副井进风，通过阶段 运输平巷到达天井、电耙道、分段平巷及采场，冲刷工作面后的污风由风井抽出。 生产中段的上部回风平巷、计量硐室通道、粉矿回收平巷等处均安装风门、风窗， 调节风量，以满足采场各工作面的需风量和风速的要求。石人沟铁矿通风系统总图 ( 如图2 1 p j 。 图2 1 总体通风系统示意图 f i 9 2 1m a i nv e n t i l a t i o ns y s t e m 1 5 - i j b 理工堂陆亟堂僮监塞 第三章数据库管理系统的建立及功能分析 地理信息系统的最基本的功能即是对数据的采集、编辑、组织、管理和空间分 析，从而按特定功能的模型对所输入的数据进行分析以解决问题，再将分析的结果 传输显示出来。可见，空间分析是地理信息系统的核心技术，而数据则是地理信息 系统的源泉。数据库管理系统( d b m s ) 主要设计用于存储、管理和套询非空涮的属性 数据，并具备一些基本的统计分析功能，它是现代地理信息系统不可缺少的重要组 成部分之一，它所具有的功能是地理信息系统有关数据操作功能的重要组成部分。 所以，数据是地理信息系统的“血液”，数据库管理系统的建立是实现地理信息系 统的关键所在【5 8 】。 3 1 数据库的建立 g i s 数据库包括图形库( 也称空间数据库) 和属性库。结合石人沟铁矿矿井通风 系统的实际情况，设计图形库和属性库。 3 1 1 图形库 1 ) 矿井通风系统图库，包括总体通风系统示意图、一6 0 m 通风系统示意图、 一1 2 0 m 通风系统示意图、一6 0 m 通风系统简易图、一1 2 0 m 通风系统简易图。主要包括 主井、副井、回风井、大巷、平巷、石门、采区车场、回采工作面、采空区、风 门、风桥、风窗、测风站等。 2 ) 各中段平面布置图库：包括o m 中段平面布置图、一6 0 m 中段平面布罱图、 - 1 2 0 m 中段平面布置图。主要包括主并、副井、回风井、水仓、中央变电所、水泵 房、等候室、火药库采区变电所、牵引变电所、防水闸门、断层、划分的矿块、回 风平巷、矿体、回采工作面、采空区等。 以上图形库通过数字化已有的通风系统示意图、通风系统简易图、个中段平面 布置图、通风网络图等以及通过数据实地采集、简化处理，再通过计算机绘制处理 而获得。 3 1 ，2 属性库 1 ) 一6 0 m 井巷属性库，包括副井、单轨车场、双轨车场、石门、运输平巷、天 一】6 一 一i ! j b 理茎瞳墅土翌位论塞 一 井、分段巷道、采场、回风平巷、回风石门的风阻系数、巷通周k 、巷道断面、毡 道长度、风量、巷道负压、风速。 2 ) 一1 2 0 m 井巷属性库，包括副井、革轨车场、双轨车场、石门、运输平巷、天 井、分段巷道、采场、回风平巷、回风石门、风井等的风阻系数、巷道周长、巷道 断面、巷道长度、风量、巷道负压、风速。 3 ) 单井巷属性库，包括各单井巷的井巷名称、风阻系数、巷道周氐、巷道断 面、巷道长度、风量、巷道负压、风速。 4 ) 通风除尘设施属性库，包括主扇和