專利名稱：煤礦生產(chǎn)礦井瓦斯防治導(dǎo)航系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種防治瓦斯爆炸造成礦難的系統(tǒng)，特別是涉及一種煤礦生產(chǎn)礦井瓦斯防治導(dǎo)航系統(tǒng)。
二.
背景技術(shù)：
眾所周知，我國是一個產(chǎn)煤大國，煤的產(chǎn)量占世界第一位，同時煤是我國主要能源，我國廣大農(nóng)村近9億農(nóng)民的衣、食、住、行都靠煤提供能源，維持正常生活，火力發(fā)電在我國電力供應(yīng)中占了很大比例，主要利用煤發(fā)出熱能，再轉(zhuǎn)化為電能，從事采煤工業(yè)的廣大科技人員和廣大礦工對我國國民經(jīng)濟的發(fā)展，對工農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化做出了巨大的貢獻，從某種意義上說，從事采煤工業(yè)的廣大科技人員和采煤工人用他們的血和汗譜寫了一首又一首可歌可泣的贊歌，為人類的物質(zhì)文明和精神文明做出了不可替代的貢獻。然而礦難不斷給科技人員和礦工造成很大的精神壓力，長期從事采礦的科技人員為防止瓦斯爆炸產(chǎn)生的礦難做出了很大的努力，上世紀80年代初，我國先后從波蘭、法國、德國、英國和美國等引進了一批安全監(jiān)控系統(tǒng)，裝備了部分煤礦；在引進的同時，通過消化、吸收并結(jié)合我國煤礦的實際情況，先后研制出KJ2、KJ4、KJ8、KJ10、KJ13、KJ19、KJ38、KJ66、KJ75、KJ80、KJ92等監(jiān)控系統(tǒng)，并已經(jīng)在我國大量使用。實踐表明，安全監(jiān)控系統(tǒng)為煤礦安全生產(chǎn)和管理起到了十分重要的作用，各局礦已作為一項重大安全裝備。隨著電子技術(shù)、計算機軟硬件技術(shù)的迅猛發(fā)展和企業(yè)自身發(fā)展的需要，國內(nèi)各主要科研單位和生產(chǎn)廠家又相繼推出了KJ90、KJ95、KJ101、KJF2000、KJ4/KJ2000和KJG2000等監(jiān)控系統(tǒng)，以及MSNM、WEBGIS等煤礦安全綜合化和數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測管理系統(tǒng)，所有這些監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)主要功能有(1)環(huán)境監(jiān)測主要監(jiān)測煤礦井下各種有毒有害氣體及工作面的作業(yè)條件，如甲烷、一氧化碳、氧氣濃度、風(fēng)速、負壓、溫度等。(2)主要通風(fēng)設(shè)備、設(shè)施監(jiān)測包括主要通風(fēng)機運行參數(shù)、巨扇開停、主要風(fēng)門開關(guān)、瓦斯抽放泵運行參數(shù)等。(3)遠距離控制斷電功能，這些電子監(jiān)控系統(tǒng)目前只能相對獨立地使用。
礦井采掘工程系統(tǒng)是礦井生產(chǎn)的空間支持系統(tǒng)，是采掘作業(yè)的主要場所。形成了一個由地面到達地下礦(煤)層的、分別由井筒、水平大巷、采區(qū)上下山和回采工作面等構(gòu)成的連續(xù)的礦井骨干巷道網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。借助這一骨干巷道網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)所提供的有限空間，井下作業(yè)人員進出和滯留采掘作業(yè)場所、人員必須的新鮮空氣輸入和有害氣體輸出、井下作業(yè)地點所需設(shè)備材料供應(yīng)、最終產(chǎn)品(煤炭)向地面輸送以及井下災(zāi)害預(yù)防和救援等一系列正常和非正常的采掘生產(chǎn)活動才得以展開。礦井采掘工程系統(tǒng)的傳統(tǒng)技術(shù)表達方式是由采礦工程技術(shù)人員手工繪制的“礦井采掘工程平面圖”，目前，在一些國有重點煤礦已開始推廣應(yīng)用“煤礦地測空間信息系統(tǒng)”編繪“礦井采掘工程平面圖”的數(shù)字化礦圖技術(shù)，這一技術(shù)將為本發(fā)明的實施是煤礦生產(chǎn)礦井瓦斯防治導(dǎo)航技術(shù)的重要前提。目前數(shù)字化礦圖的應(yīng)用仍然是相對獨立，不能與其他監(jiān)控系統(tǒng)共享配合使用。
礦井采掘工程系統(tǒng)的一個顯著特點是井下采掘作業(yè)的時空不斷延續(xù)增大變化，而另一顯著特點是煤礦采掘作業(yè)直接面對地下自然地質(zhì)災(zāi)害(水、瓦斯、礦壓等)威脅。因此礦井采掘工程系統(tǒng)必須滿足功能要求的同時也必須有效地預(yù)知、預(yù)防和規(guī)避地下自然地質(zhì)災(zāi)害。當(dāng)前礦井采掘工程系統(tǒng)的應(yīng)用仍然是相對獨立的，不能與其他監(jiān)控系統(tǒng)共享配合使用。
礦井通風(fēng)管理系統(tǒng)的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)是井下的生命線，它的安全正常運行是井下安全生產(chǎn)的基本保證，其特點是通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)非常龐大、復(fù)雜、災(zāi)害因素很多，事故分析、預(yù)測和救護極其困難，一旦事故發(fā)生，一時難以掌握事故發(fā)生的地點以及相關(guān)情況，及時、迅速、準確地弄清災(zāi)區(qū)地點及其相關(guān)地區(qū)的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)等各種情況，對調(diào)度室迅速、正確作出決策及搶救遇災(zāi)人員有重要作用。
礦井通風(fēng)系統(tǒng)包括通風(fēng)巷道(包括進風(fēng)井、回風(fēng)井、通風(fēng)巷道)、通風(fēng)設(shè)施(風(fēng)門、風(fēng)窗、風(fēng)橋、密閉、測風(fēng)站等風(fēng)流控制設(shè)施)和通風(fēng)機(包括主風(fēng)機，局部風(fēng)機)。當(dāng)前礦井通風(fēng)系統(tǒng)的應(yīng)用仍然是相對獨立，不能與其他監(jiān)控系統(tǒng)共享配合使用。
當(dāng)今，煤礦瓦斯研究是全世界主要產(chǎn)煤國家煤炭開采的難點和熱點技術(shù)。一是瓦斯涌出是制約煤礦安全、高產(chǎn)、高效開采的主要障礙；二是煤與瓦斯突出是煤礦安全生產(chǎn)最大的威脅；三是瓦斯排放大氣造成嚴重的溫室效應(yīng)；四是瓦斯是重要的能源，我國瓦斯資源居世界第三位。如何利用瓦斯資源也是重要的研究方向。瓦斯地質(zhì)規(guī)律是瓦斯涌出、瓦斯突出的重要規(guī)律。瓦斯含量、涌出量大小和發(fā)生煤與瓦斯突出受地質(zhì)構(gòu)造演化條件的控制，并且存在著明顯的分區(qū)、分帶特征。應(yīng)用板塊構(gòu)造理論和區(qū)域構(gòu)造演化理論，做到區(qū)域控制礦區(qū)、礦區(qū)控制井田、采區(qū)，搞清煤層高瓦斯賦存區(qū)、高地應(yīng)力區(qū)、擠壓剪切破壞區(qū)的分布是瓦斯預(yù)測和治理的關(guān)鍵技術(shù)的組成部分。
礦井瓦斯地質(zhì)圖是以礦區(qū)主采煤層底板等高線圖為地理底圖，主要反映礦區(qū)構(gòu)造演化作用對瓦斯保存、賦存的控制；不同方向的斷裂受構(gòu)造演化對煤與瓦斯突出危險性的控制；各個井田在礦區(qū)構(gòu)造中所處的構(gòu)造位置；壓扭性構(gòu)造帶以及擠壓、剪切作用形成構(gòu)造煤造成構(gòu)造復(fù)雜區(qū)的劃分；煤與瓦斯突出危險區(qū)的分布和預(yù)測情況，瓦斯涌出量等值線等。
采掘工作面瓦斯地質(zhì)圖是直接面對瓦斯災(zāi)害防治措施和瓦斯抽放措施的，要隨著采掘進程，隨時收集、整理填繪瓦斯監(jiān)測資料和揭露的所有地質(zhì)資料，尤其是要對小斷層和構(gòu)造煤的厚度變化隨時進行編錄，編制煤巷和剖面的瓦斯涌出量隨不同地質(zhì)因素的變化曲線和煤與瓦斯突出預(yù)測指標(biāo)值變化圖，并對瓦斯突出危險性隨時預(yù)報。目前瓦斯地質(zhì)和瓦斯地質(zhì)圖的應(yīng)用仍然是相對獨立，不能與其他監(jiān)控系統(tǒng)共享配合使用，上述技術(shù)共同存在的問題是(1).當(dāng)前空間數(shù)據(jù)不能有效實現(xiàn)各部門之間的共享，現(xiàn)在國內(nèi)的礦山地理信息系統(tǒng)將圖形以文件格式存儲，煤礦各部門之間的圖形信息不能共享。如通風(fēng)部門編制通風(fēng)系統(tǒng)圖時，對地測部門提供的最新采掘工程品面圖需要重復(fù)的巷道整理和通風(fēng)圖例符號添加工作。
(2).在廣域網(wǎng)中不能實現(xiàn)圖形及屬性的實時數(shù)據(jù)的動態(tài)查詢?，F(xiàn)有的礦山地理信息系統(tǒng)圖形編輯功能為礦山量身制作，對礦山制圖方面比AIITOCAD的非專業(yè)礦山制圖軟件等方面要方便的多，但是圖形不能在T+M中顯示或只能在T+M中以靜態(tài)數(shù)據(jù)查看，不能通過遠程客戶端瀏覽動態(tài)數(shù)據(jù)，如不能在T+M上顯示圖中顯示監(jiān)測系統(tǒng)的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，所以煤礦各部門地質(zhì)信息的共享及遠程動態(tài)圖形和數(shù)據(jù)的查詢成為數(shù)字化煤礦要解決的關(guān)鍵問題。CN1438405A，申請?zhí)?3102494.7，發(fā)明名稱為“一種用于防止煤礦井下瓦斯煤塵爆炸的方法”，它提出了采用均衡氣蝕孔隙壓力差法的空氣流動動力學(xué)原理能快速消除巷道頂板瓦斯層和巷道的瓦斯積聚，該專利申請從某個角度某個局部提出了瓦斯的防治方法，目前尚沒有發(fā)現(xiàn)從整體上進行煤礦生產(chǎn)礦井瓦斯防治導(dǎo)航系統(tǒng)的研究的報道。
三.

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是利用地測空間管理信息GIS系統(tǒng)，以數(shù)字化礦圖為基礎(chǔ)，將礦井監(jiān)測系統(tǒng)、礦井采掘工程系統(tǒng)、礦井通風(fēng)系統(tǒng)、礦井瓦斯地質(zhì)疊加到數(shù)字化采掘工程平面圖上，通過辯識判斷實現(xiàn)煤礦生產(chǎn)礦井瓦斯防治導(dǎo)航系統(tǒng)。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種煤礦生產(chǎn)礦井瓦斯防治導(dǎo)航系統(tǒng)，包括Active/Web GIS技術(shù)，在地測空間地理信息系統(tǒng)GIS的平臺基礎(chǔ)上采用多層次的Ciient/Server結(jié)構(gòu)，以太網(wǎng)，ATM和數(shù)據(jù)交換技術(shù)，對煤礦生產(chǎn)礦井的環(huán)境監(jiān)測信息110，礦井采掘工程信息120，礦井通風(fēng)系統(tǒng)管理信息130，礦井瓦斯地質(zhì)信息140，通過計算機的硬件和軟件錄入采集到的礦井整體或局部的地測空間的各個實體描述其空間的數(shù)據(jù)，采用坐標(biāo)串、幾何數(shù)據(jù)、圖形數(shù)據(jù)來表達所述礦井地測空間中各個實體的位置、形狀、距離的量度信息，采用字符串、各種代碼符號、統(tǒng)計數(shù)值的屬性數(shù)據(jù)表達所述礦井地測空間中各個不同實體之間的關(guān)系數(shù)據(jù)，建立礦井中各個實體之間的連接信息，在所述煤礦生產(chǎn)礦井的數(shù)字化采掘工程平面圖上，顯示所述礦井地測空間的數(shù)據(jù)采集、儲存、管理、運算、分析判斷的可視化圖文，將礦井環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)信息110相對獨立的靜態(tài)與動態(tài)信息集成，在礦井巷道中各監(jiān)測點、站、探頭的安裝位置進行點化處理，并實時監(jiān)測數(shù)值，礦井巷道中的主要設(shè)備、設(shè)施、位置進行點化處理，并對工況狀態(tài)數(shù)值監(jiān)測，通過多源數(shù)據(jù)接口與辯識判斷單元200中的指標(biāo)體系庫對應(yīng)連接、比對，并顯示在數(shù)字化采掘工程平面圖上；將礦井采掘工程系統(tǒng)信息120的靜態(tài)與動態(tài)信息集成，構(gòu)建數(shù)字化采掘工程平面圖，對煤礦井下巷道、設(shè)備、設(shè)施、探頭簡化為點、線、面、體這類具有三維要素的地理實體后，按統(tǒng)一的地理坐標(biāo)進行編碼，實現(xiàn)對其定性、定位和定量的描述和表達，對采煤機掘進頭進行點位移活化處理，對采煤工作面屬性按進度線位移活化處理，并顯示在數(shù)字化采掘工程平面圖上，按一定時間填圖更新；將礦井通風(fēng)系統(tǒng)管理信息130相對獨立的靜態(tài)與動態(tài)信息集成，對巷道中的各種通風(fēng)設(shè)施位置進行點化處理，定期監(jiān)測狀態(tài)參數(shù)及數(shù)值，通過多源數(shù)據(jù)接口與辯識判斷單元200中的指標(biāo)體系庫對應(yīng)、比對、判斷，并顯示在數(shù)字化采掘工程平面圖上；將瓦斯地質(zhì)信息140相對獨立的靜態(tài)與動態(tài)信息集成，將礦井井田中的預(yù)測高瓦斯區(qū)、突出危險區(qū)、突出威脅區(qū)的外界線活化處理，以及將采掘工作面實際瓦斯等值線，顯示在數(shù)字化采掘工程平面圖上，并與辯識分析判斷單元200的分析模型庫、分析方法庫連接比對，構(gòu)建GIS辯識判斷單元200的評價指標(biāo)體系數(shù)據(jù)庫，依據(jù)《煤礦安全規(guī)定》，《防突細則》和作業(yè)規(guī)程，建立瓦斯防治管理規(guī)定的不同指標(biāo)體系及相應(yīng)參數(shù)臨界的指標(biāo)體系，根據(jù)瓦斯分區(qū)圖構(gòu)建危險源分析模型庫，根據(jù)點與面之間空間對象間的拓撲包含關(guān)系，構(gòu)建分析方法庫，用最短路徑辯識安全距離，以掘進頭或稱掘進點為圓心，以安全距離為半徑，掘進頭每移動一次便畫圓一次，若與分析模型庫中對應(yīng)的預(yù)測高瓦斯區(qū)、突出危險區(qū)、突出威脅區(qū)活化外界線有交點，進行提醒或報警，或以采煤工作面活化線為基準，每移動一次均以安全距離向前平移一次，若與瓦斯高、突區(qū)的活化外界線有交點，進行提醒或預(yù)警，用對比法對日常管理進行監(jiān)控和提醒，定期檢測更新檢測牌，超期未檢測更新，立即提醒預(yù)報，用對比法對超標(biāo)超限參數(shù)及其位置進行顯示并聲光預(yù)警，并用可視化圖文顯示在GIS數(shù)字化采掘工程平面圖上，實現(xiàn)煤礦生產(chǎn)礦井瓦斯防治導(dǎo)航系統(tǒng)。
所述的煤礦生產(chǎn)礦井瓦斯防治導(dǎo)航系統(tǒng)，巷道中各監(jiān)測點、站、探頭為瓦斯監(jiān)測站，瓦斯抽放泵站，瓦斯探頭，壓力探頭，風(fēng)速探頭，一氧化碳探頭，溫度探頭，氧氣探頭及其對應(yīng)的監(jiān)測參數(shù)值，主要風(fēng)機運行參數(shù)，局扇開、停，主要風(fēng)門開、關(guān)，瓦斯抽放泵站運行參數(shù)，遠距斷電功能控制狀態(tài)，建立統(tǒng)一坐標(biāo)系，基礎(chǔ)井巷網(wǎng)絡(luò)圖，包括井筒、水平大巷、采區(qū)上下山和回采工作面構(gòu)成的礦井骨干巷道網(wǎng)絡(luò)，煤層底板等高線，已采區(qū)，老空區(qū)，當(dāng)前采掘區(qū)的位置、形狀、距離，對采掘點、采掘面日填圖更新，確保采掘工作面位置及時、準確、可靠地顯示在數(shù)字化采掘工程平面圖上；通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)包括通風(fēng)巷道、進風(fēng)井，回風(fēng)井，通風(fēng)設(shè)施包括風(fēng)門、風(fēng)窗、風(fēng)橋、密閉測風(fēng)站，通風(fēng)設(shè)備包括主風(fēng)機即主扇，局部風(fēng)機即局扇，進行點化處理，監(jiān)控狀態(tài)參數(shù)，建立說明牌，檢測、控制、管理，檢測高、突瓦斯區(qū)測點，瓦斯異常涌出點，高瓦斯應(yīng)力采掘面，巖石巷道揭掘進面，巷道貫通點，瓦斯檢查點，測壓點參數(shù)及參數(shù)值。
所述的煤礦生產(chǎn)礦井瓦斯防治導(dǎo)航系統(tǒng)，辯識分析判斷單元200的指標(biāo)體系庫及相應(yīng)參數(shù)臨界值指標(biāo)體系，如在不同環(huán)境中瓦斯?jié)舛瓤刂浦笜?biāo)，臨界值指標(biāo)，溫度指標(biāo)，一氧化碳濃度指標(biāo)，空氣中氧氣濃度指標(biāo)，監(jiān)測周期指標(biāo)，風(fēng)速指標(biāo)，如瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測，在低瓦斯和高瓦斯礦井中的采煤工作面要安裝甲烷傳感器，即探頭，瓦斯報警濃度≥1.0％CH4，斷電濃度≥1.5％CH4，復(fù)電濃度＜1.0％CH4，又如在煤巖與瓦斯突出礦井采煤工作面安裝瓦斯探頭，瓦斯報警濃度≥0.5％CH4，在利用瓦斯時的瓦斯抽放泵站輸出管路中安裝瓦斯探頭，瓦斯報警濃度≥30％CH4，一系列規(guī)定臨界值數(shù)據(jù)，在分析模型庫中用空間分析進行最短路徑判斷，即采用最短路徑標(biāo)號法，在采掘巷道網(wǎng)絡(luò)中，尋求從起點到達終點或兩個已知點的最優(yōu)路線方案，確定回采點距離高、突瓦斯集中區(qū)的最短距離，當(dāng)掘進頭或采煤工作面距離高、突瓦斯集中區(qū)或斷層的外界活化線有交點，其安全距離≤100米時，立即聲、光提醒，當(dāng)掘進頭或采煤工作面距離高、突瓦斯集中區(qū)或斷層的外界活化線≤50米時，立即聲、光報警，在分析方法庫中，用空間分析進行包含判斷，在包含分析法中，即確定點與面之間空間對象的拓撲包含關(guān)系，采用鉛垂線算法，確定點、面之間是否存在包容關(guān)系，以便確定采煤工作面是否碰到斷層、高瓦斯區(qū)的分析，對瓦斯、溫度、一氧化碳、壓力、風(fēng)速、氧氣實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，用數(shù)值分析法進行指標(biāo)是否超臨界值的比對，如果判斷為“否”，則只顯示實測位置及數(shù)值，如果判斷為“是”，則進行聲、光報警，顯示報警位置及數(shù)值；用對比法對日常管理進行監(jiān)控及提醒，如密閉、風(fēng)門、測風(fēng)站、漏風(fēng)點，旬測周期更新監(jiān)測牌，期滿未測，或檢測牌未更新，立即提醒預(yù)報，在GIS數(shù)字化采掘工程平面圖上顯示出來。
所述的煤礦生產(chǎn)礦井瓦斯防治導(dǎo)航系統(tǒng)，礦井環(huán)境檢測系統(tǒng)信息110使用的實時監(jiān)測系統(tǒng)為KJ90，或KJ95，或KJ101，或KJF2000，或KJ4/KJ2000，或KJG2000，或安全綜合化監(jiān)測系統(tǒng)MSNM，或數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測管理系統(tǒng)WEBGIS，實時監(jiān)測瓦斯分站探頭數(shù)據(jù)，瓦斯抽放泵流量，壓力，濃度數(shù)據(jù)，風(fēng)速傳感器數(shù)據(jù)，壓力傳感器數(shù)據(jù)，一氧化碳傳感器數(shù)據(jù)，氧化傳感器數(shù)據(jù)，礦井中各主要設(shè)備設(shè)施工況數(shù)據(jù)，包括通風(fēng)機運行參數(shù)，遠距離控制斷電功能狀態(tài)參數(shù)，每隔一定時間，如30秒實測掃描更新一次，并通過GIM無線傳輸或光纖傳輸將數(shù)據(jù)顯示在數(shù)字化采掘工程平面圖上。
所述的煤礦生產(chǎn)礦井瓦斯防治導(dǎo)航系統(tǒng)，GIS的數(shù)字化采掘工程平面圖為基準，通過新建填加各種通風(fēng)設(shè)施，各瓦斯區(qū)域地質(zhì)參數(shù)，各監(jiān)控瓦斯設(shè)備及必備的監(jiān)控實測參數(shù)手段和內(nèi)容，形成瓦斯防治導(dǎo)航系統(tǒng)，利用GIS技術(shù)通風(fēng)圖例符號的種類和名稱圖層的屬性，根據(jù)各個名稱圖例符號的種類、實現(xiàn)對主扇風(fēng)機、局部扇風(fēng)機、風(fēng)窗、風(fēng)橋、測風(fēng)站、測風(fēng)點、密閉、漏風(fēng)點填加和刪除，對其說明牌數(shù)據(jù)的錄入、修改操作，完成扇風(fēng)機監(jiān)測表、局部扇風(fēng)機監(jiān)測表、風(fēng)門監(jiān)測表、風(fēng)窗監(jiān)測表、風(fēng)橋監(jiān)測表、測風(fēng)站監(jiān)測表、密閉監(jiān)測表、漏風(fēng)點監(jiān)測表一系列監(jiān)測表數(shù)據(jù)的錄入、修改、刪除和填加操作，并完成對相關(guān)數(shù)據(jù)的審核、查詢及對比分析判斷，對主要瓦斯監(jiān)測分站，瓦斯抽放泵站，巖巷掘進揭煤面，高瓦斯高應(yīng)力掘進面，測壓點，高瓦斯區(qū)，瓦斯含量等值線，瓦斯異常涌出、突出點，突出威脅區(qū)，突出危險區(qū)，巷道貫通點，瓦斯檢查點說明牌數(shù)據(jù)的錄入、修改、刪除和填加操作，完成對瓦斯探頭標(biāo)校監(jiān)測表、瓦斯抽放系統(tǒng)監(jiān)測表、巖巷掘進揭煤面監(jiān)測表、高瓦斯高應(yīng)力掘進面監(jiān)測表、高瓦斯區(qū)監(jiān)測表、掘進工作面瓦斯涌出曲線生成表、回采面瓦斯預(yù)測曲線生成表、突出威脅區(qū)監(jiān)測表、突出危險區(qū)監(jiān)測表、瓦斯檢查點監(jiān)測表、貫通監(jiān)測表數(shù)據(jù)的錄入、修改、刪除和填加操作，完成相關(guān)數(shù)據(jù)的審核、查詢、比對分析及判斷。
本發(fā)明的積極有益效果是1.本發(fā)明的煤礦生產(chǎn)礦井瓦斯防治導(dǎo)航系統(tǒng)的構(gòu)思獨特，先進實用。本發(fā)明率先將煤礦地質(zhì)測量空間信息、礦井監(jiān)測系統(tǒng)信息、礦井采掘工程系統(tǒng)信息、礦井通風(fēng)系統(tǒng)信息、礦井瓦斯地質(zhì)信息以及日常管理信息、生產(chǎn)、環(huán)境、實時狀態(tài)參數(shù)通過辯識判斷等集成疊加到數(shù)字化采掘工程平面圖上，，以可視化的圖文方式對礦井現(xiàn)場的采掘生產(chǎn)活動進展進行實時動態(tài)分析診斷，監(jiān)控管理，全面實現(xiàn)礦井以及采掘作業(yè)面各種綜合因素對瓦斯防治的預(yù)測、預(yù)報、預(yù)警、預(yù)防導(dǎo)航功能，直觀、科學(xué)、可靠，且實用性強。
2.本發(fā)明集成現(xiàn)有技術(shù)，將航空等領(lǐng)域的導(dǎo)航技術(shù)移植于煤礦安全生產(chǎn)，經(jīng)二次開發(fā)運用于礦井瓦斯防治，實現(xiàn)對煤礦生產(chǎn)開采環(huán)境的重大隱患瓦斯的辯識、控制、預(yù)防的決策處理，為各級領(lǐng)導(dǎo)管理指揮、決策提供快速可靠的技術(shù)支撐。
3.本發(fā)明的煤礦生產(chǎn)礦井瓦斯防治導(dǎo)航系統(tǒng)，軟件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)合理，易于擴充，系統(tǒng)間以業(yè)務(wù)關(guān)系銜接，它既可以緊密銜接，又可以分散處理，也可以組合使用，滿足企業(yè)的靈活需要。
4.本發(fā)明的煤礦生產(chǎn)礦井瓦斯防治導(dǎo)航系統(tǒng)，采用集中式管理、分布式處理數(shù)據(jù)模式，系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)一次輸入、全局共享，滿足用戶需求，異構(gòu)數(shù)據(jù)互訪，全部數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲管理于后臺數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)SQL erver200，可增強信息共享，并實現(xiàn)礦井瓦斯防治管理信息，實現(xiàn)在線分析與聯(lián)機處理決策，采用Act-ivex+webGIS技術(shù)實現(xiàn)在瓦斯防治系統(tǒng)圖上實時監(jiān)督礦井瓦斯防治管理，并實現(xiàn)分級審核進行消警，評價，簽名處理隱患，管理職責(zé)明晰，管理過程嚴謹。
5.本發(fā)明綜合了礦井瓦斯防治的各種影響因素，全面系統(tǒng)地監(jiān)控瓦斯突發(fā)區(qū)域，將礦難消滅在萌芽狀態(tài)中，一旦發(fā)生事故，本發(fā)明的煤礦生產(chǎn)礦井瓦斯防治導(dǎo)航系統(tǒng)會直觀、明確顯示出事地點及范圍、出事原因。本發(fā)明的煤礦生產(chǎn)礦井瓦斯防治導(dǎo)航系統(tǒng)已在發(fā)明人單位使用取得了良好的應(yīng)用效果，具有極高的推廣應(yīng)用價值。
6.本發(fā)明有效實現(xiàn)了空間數(shù)據(jù)礦山各部門之間的信息共享，大幅度減輕各部門之間的勞動強度，克服了以前重復(fù)勞動的弊端，實現(xiàn)了煤礦各部門地質(zhì)信息的共享及遠程動態(tài)圖形和數(shù)字的查詢，大大提高了工作效率。
四.


圖1為煤礦生產(chǎn)礦井瓦斯防治導(dǎo)航系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)方框圖；圖2為GIS的概念框架構(gòu)成方框圖；圖3為辯識判斷單元邏輯原理方框圖；圖4為一種煤礦礦井監(jiān)測系統(tǒng)信息(KJ95系統(tǒng))結(jié)構(gòu)示意方框圖；圖5為某礦井A通風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖6-1為某礦井?dāng)?shù)字化采掘工程平面局部示意圖之一；圖6-2為某礦井?dāng)?shù)字化采掘工程平面局部示意圖之二；圖7為某礦井A某一掘進工作面與高瓦斯區(qū)安全距離提醒報警結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為某礦井A某一采掘作業(yè)面瓦斯等值線生成示意圖；圖9為某礦井A通風(fēng)設(shè)施安全監(jiān)測管理系統(tǒng)示意圖；圖10為一個典型的礦井瓦斯地質(zhì)圖；圖11為一個典型的采掘工作面的瓦斯地質(zhì)圖。
五.
具體實施例方式實施例某煤礦生產(chǎn)礦井瓦斯防治導(dǎo)航系統(tǒng)，參見圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6-1、圖6-2、圖7、圖8、圖9、圖10、圖11，其中，圖1、圖2、圖3為方框圖。
圖4為某煤礦礦井使用KJ95監(jiān)測系統(tǒng)獲取井下巷道各種探頭傳感器參數(shù)值的框圖，在井下的探頭傳感器有瓦斯探頭、風(fēng)速探頭、溫度探頭、一氧化碳探頭、氧氣探頭，運動開關(guān)，聲光報警箱，串行擴展器，通用風(fēng)站，各種信息經(jīng)光端機傳至地面監(jiān)控分站，再經(jīng)地面光端機，經(jīng)接口與監(jiān)控主機和備用監(jiān)控主機連接，監(jiān)控主機分別把監(jiān)控信息傳至工業(yè)電視大屏幕、電子顯示屏幕、模擬盤，主控機與高速以太網(wǎng)連接，并接入各級領(lǐng)導(dǎo)的終端計算機，為各級領(lǐng)導(dǎo)的指揮決策提供平臺。
圖6-1、圖6-2的組合為某礦井?dāng)?shù)字化采掘工程平面圖，圖中顯示了采掘骨干巷道的網(wǎng)絡(luò)、通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、煤炭運輸網(wǎng)絡(luò)、采掘工作面以及各種傳感器，通風(fēng)設(shè)備、設(shè)施安裝位置，如 永火風(fēng)門， 調(diào)節(jié)風(fēng)門， 擋風(fēng)墻、密閉， →新鮮風(fēng)流， ——乏風(fēng)流， 傳輸線， 瓦斯傳感器， 局部通風(fēng)機， 監(jiān)控分站， 風(fēng)速傳感器， CO傳感器， 負壓傳感器， 斷電儀， 開停傳感器， 風(fēng)門開關(guān)傳感器， 饋電傳感器， 抽放監(jiān)控傳感器，溫度傳感器，氧氣傳感器，哪個傳感器的參數(shù)超限、超標(biāo)，立即聲光報警顯示，并顯示參數(shù)值和聲光報警位置。
圖7中為采掘工作面或采煤機掘進頭距離高瓦斯地區(qū)外界活線安全距離100米時聲光提醒，距離為50米時聲光報警、警示。
圖8為A礦采掘工作面等值線生成示意框圖，圖中明顯顯示了某些地段上、下付巷瓦斯值比較高的位置，并劃出采煤面局部的高瓦斯帶。
圖9為A礦某局部通風(fēng)設(shè)施安全監(jiān)測管理系統(tǒng)監(jiān)測效果圖，圖中對超期未檢測的位置進行超期提示，對CO超標(biāo)，溫度35℃的超限進行聲光預(yù)警其位置和參數(shù)值，說明牌位置顯示。
圖10為A礦某地的瓦斯地質(zhì)圖，圖中顯示了地層斷裂帶位置高瓦斯區(qū)，瓦斯威脅區(qū)，突出瓦斯點位置，瓦斯突出時間，參數(shù)值，瓦斯檢測點，瓦斯等值線。
圖11為A礦某一采掘面的瓦斯地質(zhì)圖。
權(quán)利要求
1.一種煤礦生產(chǎn)礦井瓦斯防治導(dǎo)航系統(tǒng)，包括Active/Web GIS技術(shù)，在地測空間地理信息系統(tǒng)GIS的平臺基礎(chǔ)上采用多層次的Ciient/Server結(jié)構(gòu)，以太網(wǎng)，ATM和數(shù)據(jù)交換技術(shù)，對煤礦生產(chǎn)礦井的環(huán)境監(jiān)測信息110，礦井采掘工程信息120，礦井通風(fēng)系統(tǒng)管理信息130，礦井瓦斯地質(zhì)信息140，通過計算機的硬件和軟件錄入采集到的礦井整體或局部的地測空間的各個實體描述其空間的數(shù)據(jù)，采用坐標(biāo)串、幾何數(shù)據(jù)、圖形數(shù)據(jù)來表達所述礦井地測空間中各個實體的位置、形狀、距離的量度信息，采用字符串、各種代碼符號、統(tǒng)計數(shù)值的屬性數(shù)據(jù)表達所述礦井地測空間中各個不同實體之間的關(guān)系數(shù)據(jù)，建立礦井中各個實體之間的連接信息，在所述煤礦生產(chǎn)礦井的數(shù)字化采掘工程平面圖上，顯示所述礦井地測空間的數(shù)據(jù)采集、儲存、管理、運算、分析判斷的可視化圖文，其特征是將礦井環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)信息110相對獨立的靜態(tài)與動態(tài)信息集成，在礦井巷道中各監(jiān)測點、站、探頭的安裝位置進行點化處理，并實時監(jiān)測數(shù)值，礦井巷道中的主要設(shè)備、設(shè)施、位置進行點化處理，并對工況狀態(tài)數(shù)值監(jiān)測，通過多源數(shù)據(jù)接口與辯識判斷單元200中的指標(biāo)體系庫對應(yīng)連接、比對，并顯示在數(shù)字化采掘工程平面圖上；將礦井采掘工程系統(tǒng)信息120的靜態(tài)與動態(tài)信息集成，構(gòu)建數(shù)字化采掘工程平面圖，對煤礦井下巷道、設(shè)備、設(shè)施、探頭簡化為點、線、面、體這類具有三維要素的地理實體后，按統(tǒng)一的地理坐標(biāo)進行編碼，實現(xiàn)對其定性、定位和定量的描述和表達，對采煤機掘進頭進行點位移活化處理，對采煤工作面屬性按進度線位移活化處理，并顯示在數(shù)字化采掘工程平面圖上，按一定時間填圖更新；將礦井通風(fēng)系統(tǒng)管理信息130相對獨立的靜態(tài)與動態(tài)信息集成，對巷道中的各種通風(fēng)設(shè)施位置進行點化處理，定期監(jiān)測狀態(tài)參數(shù)及數(shù)值，通過多源數(shù)據(jù)接口與辯識判斷單元200中的指標(biāo)體系庫對應(yīng)、比對、判斷，并顯示在數(shù)字化采掘工程平面圖上；將瓦斯地質(zhì)信息140相對獨立的靜態(tài)與動態(tài)信息集成，將礦井井田中的預(yù)測高瓦斯區(qū)、突出危險區(qū)、突出威脅區(qū)的外界線活化處理，以及將采掘工作面實際瓦斯等值線，顯示在數(shù)字化采掘工程平面圖上，并與辯識分析判斷單元200的分析模型庫、分析方法庫連接比對，構(gòu)建GIS辯識判斷單元200的評價指標(biāo)體系數(shù)據(jù)庫，依據(jù)《煤礦安全規(guī)定》，《防突細則》和作業(yè)規(guī)程，建立瓦斯防治管理規(guī)定的不同指標(biāo)體系及相應(yīng)參數(shù)臨界的指標(biāo)體系，根據(jù)瓦斯分區(qū)圖構(gòu)建危險源分析模型庫，根據(jù)點與面之間空間對象間的拓撲包含關(guān)系，構(gòu)建分析方法庫，用最短路徑辯識安全距離，以掘進頭或稱掘進點為圓心，以安全距離為半徑，掘進頭每移動一次便畫圓一次，若與分析模型庫中對應(yīng)的預(yù)測高瓦斯區(qū)、突出危險區(qū)、突出威脅區(qū)活化外界線有交點，進行提醒或報警，或以采煤工作面活化線為基準，每移動一次均以安全距離向前平移一次，若與瓦斯高、突區(qū)的活化外界線有交點，進行提醒或預(yù)警，用對比法對日常管理進行監(jiān)控和提醒，定期檢測更新檢測牌，超期未檢測更新，立即提醒預(yù)報，用對比法對超標(biāo)超限參數(shù)及其位置進行顯示并聲光預(yù)警，并用可視化圖文顯示在GIS數(shù)字化采掘工程平面圖上，實現(xiàn)煤礦生產(chǎn)礦井瓦斯防治導(dǎo)航系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦生產(chǎn)礦井瓦斯防治導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征是巷道中各監(jiān)測點、站、探頭為瓦斯監(jiān)測站，瓦斯抽放泵站，瓦斯探頭，壓力探頭，風(fēng)速探頭，一氧化碳探頭，溫度探頭，氧氣探頭及其對應(yīng)的監(jiān)測參數(shù)值，主要風(fēng)機運行參數(shù)，局扇開、停，主要風(fēng)門開、關(guān)，瓦斯抽放泵站運行參數(shù)，遠距斷電功能控制狀態(tài)，建立統(tǒng)一坐標(biāo)系，基礎(chǔ)井巷網(wǎng)絡(luò)圖，包括井筒、水平大巷、采區(qū)上下山和回采工作面構(gòu)成的礦井骨干巷道網(wǎng)絡(luò)，煤層底板等高線，已采區(qū)，老空區(qū)，當(dāng)前采掘區(qū)的位置、形狀、距離，對采掘點、采掘面日填圖更新，確保采掘工作面位置及時、準確、可靠地顯示在數(shù)字化采掘工程平面圖上；通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)包括通風(fēng)巷道、進風(fēng)井，回風(fēng)井，通風(fēng)設(shè)施包括風(fēng)門、風(fēng)窗、風(fēng)橋、密閉測風(fēng)站，通風(fēng)設(shè)備包括主風(fēng)機即主扇，局部風(fēng)機即局扇，進行點化處理，監(jiān)控狀態(tài)參數(shù)，建立說明牌，檢測、控制、管理，檢測高、突瓦斯區(qū)測點，瓦斯異常涌出點，高瓦斯應(yīng)力采掘面，巖石巷道揭掘進面，巷道貫通點，瓦斯檢查點，測壓點參數(shù)及參數(shù)值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦生產(chǎn)礦井瓦斯防治導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征是辯識分析判斷單元200的指標(biāo)體系庫及相應(yīng)參數(shù)臨界值指標(biāo)體系，如在不同環(huán)境中瓦斯?jié)舛瓤刂浦笜?biāo)，臨界值指標(biāo)，溫度指標(biāo)，一氧化碳濃度指標(biāo)，空氣中氧氣濃度指標(biāo)，監(jiān)測周期指標(biāo)，風(fēng)速指標(biāo)，如瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測，在低瓦斯和高瓦斯礦井中的采煤工作面要安裝甲烷傳感器，即探頭，瓦斯報警濃度≥1.0％CH4，斷電濃度≥1.5％CH4，復(fù)電濃度＜1.0％CH4，又如在煤巖與瓦斯突出礦井采煤工作面安裝瓦斯探頭，瓦斯報警濃度≥0.5％CH4，在利用瓦斯時的瓦斯抽放泵站輸出管路中安裝瓦斯探頭，瓦斯報警濃度≥30％CH4，一系列規(guī)定臨界值數(shù)據(jù)，在分析模型庫中用空間分析進行最短路徑判斷，即采用最短路徑標(biāo)號法，在采掘巷道網(wǎng)絡(luò)中，尋求從起點到達終點或兩個已知點的最優(yōu)路線方案，確定回采點距離高、突瓦斯集中區(qū)的最短距離，當(dāng)掘進頭或采煤工作面距離高、突瓦斯集中區(qū)或斷層的外界活化線有交點，其安全距離≤100米時，立即聲、光提醒，當(dāng)掘進頭或采煤工作面距離高、突瓦斯集中區(qū)或斷層的外界活化線≤50米時，立即聲、光報警，在分析方法庫中，用空間分析進行包含判斷，在包含分析法中，即確定點與面之間空間對象的拓撲包含關(guān)系，采用鉛垂線算法，確定點、面之間是否存在包容關(guān)系，以便確定采煤工作面是否碰到斷層、高瓦斯區(qū)的分析，對瓦斯、溫度、一氧化碳、壓力、風(fēng)速、氧氣實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，用數(shù)值分析法進行指標(biāo)是否超臨界值的比對，如果判斷為“否”，則只顯示實測位置及數(shù)值，如果判斷為“是”，則進行聲、光報警，顯示報警位置及數(shù)值；用對比法對日常管理進行監(jiān)控及提醒，如密閉、風(fēng)門、測風(fēng)站、漏風(fēng)點，旬測周期更新監(jiān)測牌，期滿未測，或檢測牌未更新，立即提醒預(yù)報，在GIS數(shù)字化采掘工程平面圖上顯示出來。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦生產(chǎn)礦井瓦斯防治導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征是礦井環(huán)境檢測系統(tǒng)信息110使用的實時監(jiān)測系統(tǒng)為KJ90，或KJ95，或KJ101，或KJF2000，或KJ4/KJ2000，或KJG2000，或安全綜合化監(jiān)測系統(tǒng)MSNM，或數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測管理系統(tǒng)WEBGIS，實時監(jiān)測瓦斯分站探頭數(shù)據(jù)，瓦斯抽放泵流量，壓力，濃度數(shù)據(jù)，風(fēng)速傳感器數(shù)據(jù)，壓力傳感器數(shù)據(jù)，一氧化碳傳感器數(shù)據(jù)，氧化傳感器數(shù)據(jù)，礦井中各主要設(shè)備設(shè)施工況數(shù)據(jù)，包括通風(fēng)機運行參數(shù)，遠距離控制斷電功能狀態(tài)參數(shù)，每隔一定時間，如30秒實測掃描更新一次，并通過GIM無線傳輸或光纖傳輸將數(shù)據(jù)顯示在數(shù)字化采掘工程平面圖上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4中任一權(quán)利要求所述的煤礦生產(chǎn)礦井瓦斯防治導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征是GIS的數(shù)字化采掘工程平面圖為基準，通過新建填加各種通風(fēng)設(shè)施，各瓦斯區(qū)域地質(zhì)參數(shù)，各監(jiān)控瓦斯設(shè)備及必備的監(jiān)控實測參數(shù)手段和內(nèi)容，形成瓦斯防治導(dǎo)航系統(tǒng)，利用GIS技術(shù)通風(fēng)圖例符號的種類和名稱圖層的屬性，根據(jù)各個名稱圖例符號的種類、實現(xiàn)對主扇風(fēng)機、局部扇風(fēng)機、風(fēng)窗、風(fēng)橋、測風(fēng)站、測風(fēng)點、密閉、漏風(fēng)點填加和刪除，對其說明牌數(shù)據(jù)的錄入、修改操作，完成扇風(fēng)機監(jiān)測表、局部扇風(fēng)機監(jiān)測表、風(fēng)門監(jiān)測表、風(fēng)窗監(jiān)測表、風(fēng)橋監(jiān)測表、測風(fēng)站監(jiān)測表、密閉監(jiān)測表、漏風(fēng)點監(jiān)測表一系列監(jiān)測表數(shù)據(jù)的錄入、修改、刪除和填加操作，并完成對相關(guān)數(shù)據(jù)的審核、查詢及對比分析判斷，對主要瓦斯監(jiān)測分站，瓦斯抽放泵站，巖巷掘進揭煤面，高瓦斯高應(yīng)力掘進面，測壓點，高瓦斯區(qū)，瓦斯含量等值線，瓦斯異常涌出、突出點，突出威脅區(qū)，突出危險區(qū)，巷道貫通點，瓦斯檢查點說明牌數(shù)據(jù)的錄入、修改、刪除和填加操作，完成對瓦斯探頭標(biāo)校監(jiān)測表、瓦斯抽放系統(tǒng)監(jiān)測表、巖巷掘進揭煤面監(jiān)測表、高瓦斯高應(yīng)力掘進面監(jiān)測表、高瓦斯區(qū)監(jiān)測表、掘進工作面瓦斯涌出曲線生成表、回采面瓦斯預(yù)測曲線生成表、突出威脅區(qū)監(jiān)測表、突出危險區(qū)監(jiān)測表、瓦斯檢查點監(jiān)測表、貫通監(jiān)測表數(shù)據(jù)的錄入、修改、刪除和填加操作，完成相關(guān)數(shù)據(jù)的審核、查詢、比對分析及判斷。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種煤礦生產(chǎn)礦井瓦斯防治導(dǎo)航系統(tǒng)，它是將礦井環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)信息110相對獨立的靜態(tài)與動態(tài)信息集成，礦井采掘工程系統(tǒng)信息120的靜態(tài)與動態(tài)信息集成，礦井通風(fēng)系統(tǒng)管理信息130相對獨立的靜態(tài)與動態(tài)信息集成，瓦斯地質(zhì)信息140相對獨立的靜態(tài)與動態(tài)信息集成，以及采掘工作面實際瓦斯等值線，顯示在數(shù)字化采掘工程平面圖上，并與辨識分析判斷單元200的分析模型庫和分析方法庫連接比對，構(gòu)建GIS指標(biāo)體系數(shù)據(jù)庫，建立瓦斯防治管理的指標(biāo)體系及相應(yīng)參數(shù)臨界的指標(biāo)體系，用對比法對日常管理進行監(jiān)控和提醒，對超標(biāo)超限參數(shù)及其位置進行顯示并聲光預(yù)警，并用可視化圖文顯示在GIS數(shù)字化采掘工程平面圖上，實現(xiàn)煤礦生產(chǎn)礦井瓦斯防治導(dǎo)航系統(tǒng)。
文檔編號G06Q50/00GK1715615SQ20051001785
公開日2006年1月4日 申請日期2005年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月5日
發(fā)明者宋建成, 李中州 申請人:鄭州煤炭工業(yè)(集團)有限責(zé)任公司