矿井水害防治基础信息管理及突水预测评价系统简介

1、 魏久传魏久传21 13 345 5（一）（一）1.1.系统简介系统简介 本系统是运用先进的系统设计理念和成熟的应本系统是运用先进的系统设计理念和成熟的应用技术开发模式，基于主流的软件开发环境、选择用技术开发模式，基于主流的软件开发环境、选择恰当的开发工具及最新的面向对象编程语言，按照恰当的开发工具及最新的面向对象编程语言，按照系统的总体设计，集成开发的一套集矿井水文地质系统的总体设计，集成开发的一套集矿井水文地质信息基础数据管理、图形管理、专题图件自动制图、信息基础数据管理、图形管理、专题图件自动制图、矿井突水评价指标体系构建与矿井突水评价模型功矿井突水评价指标体系构建与矿井突水评价模型功能

2、一体化矿井水害防治基础信息管理及突水预测评能一体化矿井水害防治基础信息管理及突水预测评价系统软件。价系统软件。（一）（一）1.1.系统结构功能总体设计系统结构功能总体设计 本系统由本系统由矿井水文地质文档管理、矿井水文地矿井水文地质文档管理、矿井水文地质信息基础数据管理、矿井水文地质信息图形管理、质信息基础数据管理、矿井水文地质信息图形管理、矿井突水评价影响因子指标库、矿井突水评价模型矿井突水评价影响因子指标库、矿井突水评价模型库和系统帮助文档库和系统帮助文档等六大功能模块组成。等六大功能模块组成。系统总体功能结构系统总体功能结构各功能模块的相互关系图各功能模块的相互关系图（一）（一）2.2.

3、各功能模块之间的相互关系各功能模块之间的相互关系3.3.系统开发平台及开发环境系统开发平台及开发环境本系统采用本系统采用VS2010VS2010作为系统开发平台，以作为系统开发平台，以VB.NET VB.NET 为程序开发语言，以为程序开发语言，以SQL Server 2008 SQL Server 2008 为后台支持数为后台支持数据库。据库。采用采用VB.NET + SQL Server + ArcGISVB.NET + SQL Server + ArcGIS， VB.NET + VB.NET + SQL Server + SurferSQL Server + Surfer， VB.NET

4、 + SQL Server + VB.NET + SQL Server + MATLABMATLAB三种应用技术开发模式，结合对三种应用技术开发模式，结合对AutoCAD AutoCAD 和和 Microsoft Office Microsoft Office 辅助软件的调用，集成开发了矿辅助软件的调用，集成开发了矿井水害防治基础信息管理及突水预测评价系统。井水害防治基础信息管理及突水预测评价系统。（一）（一）21 13 345 51.1.矿井水文地质信息基础数据库矿井水文地质信息基础数据库 这两个功能模块的功能实现以矿井水文地质信息基础数这两个功能模块的功能实现以矿井水文地质信息基础数据库为

5、数据支持。据库为数据支持。 它是整个系统各功能得以实现的数据基础，实现对煤矿它是整个系统各功能得以实现的数据基础，实现对煤矿勘探、建井和矿井开采过程中所积累的所有地质、水文地勘探、建井和矿井开采过程中所积累的所有地质、水文地质资料以及其他相关的地质资料的系统化管理，其数据来质资料以及其他相关的地质资料的系统化管理，其数据来源主要分为两类：源主要分为两类：一类以纸质报告或电子文档格式保存的水文地质文档资料；一类以纸质报告或电子文档格式保存的水文地质文档资料；二类是以各类数据报表、台账和电子表格形式保存的水文二类是以各类数据报表、台账和电子表格形式保存的水文地质相关的基础数据资料。地质相关的基础数

6、据资料。2 2、矿井水文地质文档管理模块功能、矿井水文地质文档管理模块功能 以所建的矿井水文地质信息基础数据库为数据基础，以所建的矿井水文地质信息基础数据库为数据基础，开发了开发了矿井水文地质文档管理模块矿井水文地质文档管理模块和和矿井水文地质信矿井水文地质信息基础数据管理模块息基础数据管理模块，各自实现了不同功能。，各自实现了不同功能。 矿井水文地质文档数据库的功能主要是实现对矿矿井水文地质文档数据库的功能主要是实现对矿井水文地质文档数据的合理化管理。将各类水文地质井水文地质文档数据的合理化管理。将各类水文地质文档资料按其类型分为文档资料按其类型分为地质报告、水文地质报告、技地质报告、水文地

7、质报告、技术研究报告、年度总结报告、周边矿井相关报告术研究报告、年度总结报告、周边矿井相关报告及及其其他他六大类。六大类。2 2、矿井水文地质文档管理模块功能、矿井水文地质文档管理模块功能 实现功能：实现功能： 依据文档类型，在水文地质文档管理模块中设置相依据文档类型，在水文地质文档管理模块中设置相应的功能对其进行分类管理，实现了各类报告的查询、应的功能对其进行分类管理，实现了各类报告的查询、浏览、新文档数据的导入、文档导出、删除以及文档浏览、新文档数据的导入、文档导出、删除以及文档基本信息数据的编辑修改等功能。基本信息数据的编辑修改等功能。矿井水文地质文档管理模块功能结构图矿井水文地质文档管

8、理模块功能结构图登录页面登录页面注册页面注册页面系统主功能页面系统主功能页面矿井水文地质文档管理模块功能页面矿井水文地质文档管理模块功能页面3.3.矿井水文地质信息基础数据管理模块的功能矿井水文地质信息基础数据管理模块的功能 该模块由八个部分组成：该模块由八个部分组成： 气象数据管理、钻孔原始数据管理、矿井地质基础气象数据管理、钻孔原始数据管理、矿井地质基础数据管理、水文地质基础数据管理、矿井信息数据管数据管理、水文地质基础数据管理、矿井信息数据管理、防治水工作数据管理、专题图数据管理以及数据理、防治水工作数据管理、专题图数据管理以及数据库维护。每一部分又细分为多个小的不同方面的数据。库维护。

9、每一部分又细分为多个小的不同方面的数据。3.3.矿井水文地质信息基础数据管理模块的功能矿井水文地质信息基础数据管理模块的功能 功能实现：功能实现：（1 1）基础数据资料的输入）基础数据资料的输入/ /批量数据导入；批量数据导入；（2 2）数据库信息的查询功能，包括单条件和多条件查）数据库信息的查询功能，包括单条件和多条件查询、单表和多表联合查询等；询、单表和多表联合查询等；（3 3）数据库信息的编辑，包括数据修改、更新、添加、）数据库信息的编辑，包括数据修改、更新、添加、删除等；删除等；（4 4）相关数据库信息的计算分析，如地下水质类型分）相关数据库信息的计算分析，如地下水质类型分析，矿井排水

10、能力评价等；析，矿井排水能力评价等；3.3.矿井水文地质信息基础数据管理模块的功能矿井水文地质信息基础数据管理模块的功能 功能实现：功能实现：（5 5）数据库信息分析结果的可视化显示，如曲线变化）数据库信息分析结果的可视化显示，如曲线变化趋势图，柱状分析图、构成要素分析图等；趋势图，柱状分析图、构成要素分析图等；（6 6）数据输出）数据输出/ /批量数据导出；批量数据导出；（7 7）数据及数据报表打印；）数据及数据报表打印；（8 8）数据库的维护，包括导入）数据库的维护，包括导入/ /导出功能以及数据库导出功能以及数据库备份。备份。矿井水文地质信息基础数据管理模块功能结构图矿井水文地质信息基础

11、数据管理模块功能结构图矿井水文地质信息基础数据管理模块功能页面矿井水文地质信息基础数据管理模块功能页面水文观测成果资料管理界面水文观测成果资料管理界面21 13 345 5（三）（三） 该管理模块主要包括两部分功能：该管理模块主要包括两部分功能： 一、通过建立矿井水文地质图形管理空间数据库，实一、通过建立矿井水文地质图形管理空间数据库，实现对水文地质图件的规范化管理；现对水文地质图件的规范化管理； 二、以矿井水文地质信息基础数据库为数据基础，实二、以矿井水文地质信息基础数据库为数据基础，实现水文地各类质专题图件的自动成图功能。现水文地各类质专题图件的自动成图功能。（三）（三）矿井水文地质图形管

12、理模块功能结构图矿井水文地质图形管理模块功能结构图（三）（三）1.1.矿井水文地质图形管理功能模块矿井水文地质图形管理功能模块1 1）数据来源）数据来源 矿井水文地质相关图件主要包括以图纸形式或多矿井水文地质相关图件主要包括以图纸形式或多种图形文件格式（种图形文件格式（CADCAD制图系统文件格式制图系统文件格式 .dwg.dwg、龙软、龙软制图系统文件格式制图系统文件格式 .lmf.lmf、MapGISMapGIS制图系统文件格制图系统文件格式式 .MPJ.MPJ以及以及GISGIS系统识别的各类地图文件格式）保存系统识别的各类地图文件格式）保存的各类水文地质图件。的各类水文地质图件。序号序

13、号图件名称图件名称序号序号图件名称图件名称1地形地质图地形地质图10矿井充水性图矿井充水性图2地层综合柱状图地层综合柱状图11等水位线图等水位线图3地质剖面图地质剖面图12矿井涌水量与相关因素曲线图矿井涌水量与相关因素曲线图4煤岩层对比图煤岩层对比图13瓦斯地质图瓦斯地质图5井上下对比图井上下对比图14各含水层水文地质图各含水层水文地质图6煤层资源储量估算图煤层资源储量估算图15采掘工程平面图采掘工程平面图7综合水文地质图综合水文地质图16各钻孔原始柱状图各钻孔原始柱状图8水文综合柱状图水文综合柱状图17井田构造纲要图井田构造纲要图9水文地质剖面图水文地质剖面图18井巷素描图井巷素描图（三）（

14、三）矿井水文地质图形管理的功能结构图矿井水文地质图形管理的功能结构图 1.1.矿井水文地质图形管理功能模块矿井水文地质图形管理功能模块 功能实现：功能实现：（1 1）图形管理（图件打开、关闭、保存及另存为）图形管理（图件打开、关闭、保存及另存为）（2 2）图形文件浏览（图形放大、缩小、移动和复位）图形文件浏览（图形放大、缩小、移动和复位）（3 3）图形数据查询（条件查询、点查询、属性表查询）图形数据查询（条件查询、点查询、属性表查询和距离量测）和距离量测）（4 4）图层编辑（添加、修改、删除）图层编辑（添加、修改、删除）（5 5）图层管理（图层打开、关闭、新建和删除）图层管理（图层打开、关闭、

15、新建和删除）（三）（三）图形文件管理功能图形文件管理功能图形文件浏览功能图形文件浏览功能（三）（三）图形数据查询功能图形数据查询功能 可以实现条件查询、点查询、属性表查询和空间量算（距可以实现条件查询、点查询、属性表查询和空间量算（距离查询和面积查询离查询和面积查询（三）（三）条件查询条件查询点查询点查询空间量算空间量算面积查询面积查询属性表查询属性表查询空间量算空间量算距离查询距离查询（三）（三）图层管理功能图层管理功能（三）（三）2.2.矿井水文地质专题图件自动制图功能矿井水文地质专题图件自动制图功能 本功能实现各类相关专题图件的自动绘制，为矿井水害的本功能实现各类相关专题图件的自动绘制，

16、为矿井水害的预测评价提供图形数据来源。预测评价提供图形数据来源。各类等值线图的自动成图（厚度、间距等值线等）；各类等值线图的自动成图（厚度、间距等值线等）；各类矿井突水影响因子专题图的自动绘制（水压、隔水层各类矿井突水影响因子专题图的自动绘制（水压、隔水层 厚度、构造影响指数等）；厚度、构造影响指数等）；各类分区图的自动绘制（含水层富水性分区图、矿井突水各类分区图的自动绘制（含水层富水性分区图、矿井突水危险性分区图等）；危险性分区图等）；专题图的叠加运算；专题图的叠加运算；图形数据分析。图形数据分析。（三）（三）自动绘图功能页面自动绘图功能页面（三）（三）矿井水文地质专题图件自动绘图步骤流程图

17、矿井水文地质专题图件自动绘图步骤流程图（三）（三）离散数据网格化离散数据网格化（三）（三）白化处理白化处理（三）（三）属性设置属性设置（三）（三）绘制等值线成果图绘制等值线成果图（三）（三）图形编辑窗口图形编辑窗口（三）（三）图形编辑后等值线成果图图形编辑后等值线成果图（三）（三）专题图叠加运算专题图叠加运算（三）（三）图形数据分析图形数据分析21 13 345 5（四）矿井突水影响因子指标库（四）矿井突水影响因子指标库1.1.矿井突水影响因子指标库的建立及量化矿井突水影响因子指标库的建立及量化 矿井水害的发生往往都是受多种因素的共同影响，本文针矿井水害的发生往往都是受多种因素的共同影响，本文

18、针对我国绝大多数煤层顶、底板突水所涉及的各类主控因素建立对我国绝大多数煤层顶、底板突水所涉及的各类主控因素建立一个具有普适性的矿井突水危险性评价指标体系。就像是一个一个具有普适性的矿井突水危险性评价指标体系。就像是一个大的评价指标数据库，库中包含许多个按层次等级排列的各类大的评价指标数据库，库中包含许多个按层次等级排列的各类矿井突水影响因子，用户可以根据研究区的实际情况在指标库矿井突水影响因子，用户可以根据研究区的实际情况在指标库中选中针对这一研究区的指标因子，系统则会根据指标体系层中选中针对这一研究区的指标因子，系统则会根据指标体系层次结构自动构建针对该研究区的突水危险性评价指标体系次结构自

19、动构建针对该研究区的突水危险性评价指标体系。（四）矿井突水影响因子指标库（四）矿井突水影响因子指标库1.1.矿井突水影响因子指标库的建立及量化矿井突水影响因子指标库的建立及量化 本文通过调研、同时结合国内大量煤层顶、底突水案例分本文通过调研、同时结合国内大量煤层顶、底突水案例分析，总结了我国矿井突水的各个影响因素，依据矿井突水影响析，总结了我国矿井突水的各个影响因素，依据矿井突水影响因子指标库的建立原则，最终确定从以下四个大的方面着手，因子指标库的建立原则，最终确定从以下四个大的方面着手，构建影响我国矿井煤层顶底板突水灾害的评价指标库：构建影响我国矿井煤层顶底板突水灾害的评价指标库： 1 1）

20、含水层富水性）含水层富水性 2 2）含水层水头压力）含水层水头压力 3 3）隔水层特性）隔水层特性 4 4）采动影响）采动影响（四）矿井突水影响因子指标库（四）矿井突水影响因子指标库矿井突水影响因子指标库的结构体系图矿井突水影响因子指标库的结构体系图（四）矿井突水影响因子指标库（四）矿井突水影响因子指标库2.2.矿井突水影响因子指标的选取矿井突水影响因子指标的选取 由于含水层类型以及与煤层位置关系的不同，选取的突由于含水层类型以及与煤层位置关系的不同，选取的突水影响因子也不同。水影响因子也不同。 按突水水源介质可分为：按突水水源介质可分为：松散岩类孔隙含水层水害松散岩类孔隙含水层水害，碎碎屑岩

21、类孔隙屑岩类孔隙- -裂隙含水层水害裂隙含水层水害和和碳酸盐类岩溶碳酸盐类岩溶- -裂隙含水层裂隙含水层水害水害。 按其与煤层的相对位置关系可分为按其与煤层的相对位置关系可分为顶板水害顶板水害和和底板水害底板水害。 针对每一类含水层介质和位置关系分别选取不同的评价针对每一类含水层介质和位置关系分别选取不同的评价指标，构建相应的矿井突水危险性评价指标体系。指标，构建相应的矿井突水危险性评价指标体系。（四）矿井突水影响因子指标库（四）矿井突水影响因子指标库松散岩类孔隙含水层突水危险性评价指标体系松散岩类孔隙含水层突水危险性评价指标体系（四）矿井突水影响因子指标库（四）矿井突水影响因子指标库 煤层顶

22、板煤层顶板煤层底板煤层底板碎屑岩类含水层突水危险性评价指标体系碎屑岩类含水层突水危险性评价指标体系（四）矿井突水影响因子指标库（四）矿井突水影响因子指标库 煤层顶板煤层顶板煤层底板煤层底板煤系薄层灰岩含水层突水危险性评价指标体系煤系薄层灰岩含水层突水危险性评价指标体系（四）矿井突水影响因子指标库（四）矿井突水影响因子指标库 奥灰含水层突水危险性评价指标体系奥灰含水层突水危险性评价指标体系（四）矿井突水影响因子指标库（四）矿井突水影响因子指标库2.2.矿井突水影响因子指标的选取矿井突水影响因子指标的选取 在实际应用中，不同的研究区域指标因子选取存在实际应用中，不同的研究区域指标因子选取存在差异，

23、需要根据研究区实际情况，在相应含水层类在差异，需要根据研究区实际情况，在相应含水层类型的突水危险性评价指标体系中酌情选择，构建适合型的突水危险性评价指标体系中酌情选择，构建适合研究区的评价指标体系。研究区的评价指标体系。 （四）矿井突水影响因子指标库（四）矿井突水影响因子指标库3.3.矿井突水影响因子指标库的功能矿井突水影响因子指标库的功能 根据所构建的矿井突水危险性评价指标体系框架结根据所构建的矿井突水危险性评价指标体系框架结构，将其集成入系统中，开发了矿井突水影响因子指构，将其集成入系统中，开发了矿井突水影响因子指标库功能模块，用户可以根据实际情况勾选相应的评标库功能模块，用户可以根据实际

24、情况勾选相应的评价指标，系统按照指标体系层次结构自动生成矿井突价指标，系统按照指标体系层次结构自动生成矿井突水危险性评价指标体系。水危险性评价指标体系。 （四）矿井突水影响因子指标库（四）矿井突水影响因子指标库 矿井突水影响因子指标库功能主页面矿井突水影响因子指标库功能主页面（四）矿井突水影响因子指标库（四）矿井突水影响因子指标库 （四）矿井突水影响因子指标库（四）矿井突水影响因子指标库 21 13 345 5（五）矿井突水评价模型库（五）矿井突水评价模型库1.1.矿井突水危险性评价模型矿井突水危险性评价模型（1 1）常用方法）常用方法 突水系数突水系数 冒裂安全性评价法冒裂安全性评价法（2

25、2）基于多源信息融合）基于多源信息融合 基于基于AHPAHP危险性指数模型危险性指数模型 基于熵权的基于熵权的BPBP神经网络评价模型神经网络评价模型 （五）矿井突水评价模型库（五）矿井突水评价模型库 基于基于AHPAHP的危险性指数评价模型的危险性指数评价模型 以多源信息融合理论为指导，综合考虑影响矿井以多源信息融合理论为指导，综合考虑影响矿井突水各级指标因子，将各指标数据逐一进行归一化处突水各级指标因子，将各指标数据逐一进行归一化处理，按照所构建的评价指标体系建立层次分析结构，理，按照所构建的评价指标体系建立层次分析结构，并通过层析分析模型计算得到各指标因子对于矿井突并通过层析分析模型计算

26、得到各指标因子对于矿井突水的贡献权值，通过加权求和构建基于水的贡献权值，通过加权求和构建基于AHPAHP的危险性指的危险性指数评价模型：数评价模型： 1=( , )nkkkRIF X Y（五）矿井突水评价模型库（五）矿井突水评价模型库 基于熵权的基于熵权的BPBP神经网络评价模型神经网络评价模型 根据已构建指标体系选取合理的指标因子，将指标根据已构建指标体系选取合理的指标因子，将指标数据逐一进行归一化处理，通过熵权法计算各评价指数据逐一进行归一化处理，通过熵权法计算各评价指标对于矿井突水的贡献权值，然后将各指标数值乘以标对于矿井突水的贡献权值，然后将各指标数值乘以相应权值构建相应权值构建BPBP神经网络模型的预测样本，选取研究神经网络模型的预测样本，选取研究区内已知突（涌）水点作为