基于GIS的煤礦火災(zāi)預(yù)警救援系統(tǒng)設(shè)計

王志龍 劉惠德 郝天平 王延波

（河北工程大學(xué)資源學(xué)院，河北 邯鄲 056038）

隨著我國對煤炭生產(chǎn)安全的重視和計算機技術(shù)的發(fā)展，將GIS技術(shù)引入煤礦安全生產(chǎn)系統(tǒng)已經(jīng)成為行業(yè)趨勢，并且呈現(xiàn)功能全面化、復(fù)雜化和完善化的特點。GIS應(yīng)用與煤礦火災(zāi)預(yù)警救援，首先著眼于預(yù)防預(yù)警，降低事故發(fā)生率。一旦發(fā)生火災(zāi)，幫助決策者做出快速有效的決策，降低事故造成的損失。

1 需求分析

系統(tǒng)基于GIS進行開發(fā)，GIS在計算機軟件、硬件基礎(chǔ)上對空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)進行管理的信息系統(tǒng)，具有3個特征：(1)具有信息的采集、管理、分析和輸出多種地理信息的能力,具有空間性和動態(tài)性特征。(2)由計算機系統(tǒng)支持進行空間地理數(shù)據(jù)管理,并由計算機程序模擬常規(guī)的或?qū)ｉT的地理分析方法,作用空間數(shù)據(jù),產(chǎn)生有用信息。(3)由計算機系統(tǒng)的支持,能夠快速、精確、綜合地對復(fù)雜的地理系統(tǒng)進行空間定位和過程的動態(tài)分析[1]。

本系統(tǒng)的總體功能是對礦業(yè)時空數(shù)據(jù)進行采集、處理、存儲、實現(xiàn)潛在火災(zāi)爆發(fā)預(yù)警，煤礦火災(zāi)預(yù)警救援的可視化,以防災(zāi)害的發(fā)生。 一旦發(fā)生火災(zāi)的情況下為決策者和救援人員提供可靠及時的井下信息,為救災(zāi)行動提供正確有效的決策支持,將火災(zāi)造成的損失降至最低。

2 系統(tǒng)設(shè)計思路

本系統(tǒng)采用SuperMap進行數(shù)字化，利用SuperMap Objects控件、C#編程語言進行二次開發(fā)。SuperMap Objects是功能強大的、以COM/ActiveX技術(shù)規(guī)范為基礎(chǔ)的全組件式GIS開發(fā)工具，適合用戶進行二次開發(fā)和與MIS、OA等其它系統(tǒng)的有機集成[2]。利用GIS工具建立如巷道名稱、位置等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)模型，在網(wǎng)絡(luò)模型的基礎(chǔ)上進行網(wǎng)絡(luò)分析，如最佳路徑分析。因此，在預(yù)警救災(zāi)基本理論研究的基礎(chǔ)上,借助于GIS技術(shù)，可以進行潛在火源分析、影響范圍確定、逃生方案確定等。

圖1

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)包含三大模塊：火災(zāi)影響區(qū)域判定模塊、救援分析管理模塊、數(shù)據(jù)庫。如圖1：

3.1 電子地圖管理編輯模塊

它具有管理維護系統(tǒng)中電子地圖的基本功能，能實現(xiàn)電子地圖顯示與操作、圖層管理和專題地圖的操作。地圖的顯示與操作主要是實現(xiàn)地圖瀏覽的基本功能，即地圖的放大、縮小、漫游等功能。圖層管理主要實現(xiàn)圖層的添加、刪除、修改、移動以及圖層加載等基本功能。專題地圖的操作可以實現(xiàn)煤礦通風(fēng)信息管理的數(shù)據(jù)圖形化，使通風(fēng)信息的數(shù)據(jù)以各種圖形的方式直觀的在圖上顯示出來，并使用相應(yīng)的顏色渲染在地圖上顯示，為管理人員的決策提供直觀判斷。

3.2 數(shù)據(jù)庫

數(shù)據(jù)庫包含空間數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫。

3.2.1 礦井基本信息

井巷信息描述井下各個巷道的詳細特征,包括井下各巷道的編號、名稱、巷道長度、傾角、高程、設(shè)施、巷道類型、可燃物分布等信息等[3]。在GIS系統(tǒng)中，井巷空間信息以電子地圖進行存儲并以可視化展現(xiàn)，例如實時井下人員信息、節(jié)點位置、巷道中基礎(chǔ)設(shè)備分布情況、硐室方位、井巷坡度傾角等等。

3.2.2 火災(zāi)高爆發(fā)地點信息

火災(zāi)高爆發(fā)地點信息通過結(jié)合煤礦地下系統(tǒng)環(huán)境。通風(fēng)情況、設(shè)備分布等因素分析出巷道中易發(fā)生火災(zāi)地點及區(qū)域，從而實施重點監(jiān)控，防止火災(zāi)事故的發(fā)生。

3.2.3 井巷通風(fēng)信息

通風(fēng)信息包括各通風(fēng)巷道的風(fēng)量、風(fēng)速、風(fēng)阻、風(fēng)向、溫度、瓦斯?jié)舛?、一氧化碳濃度等，它是根?jù)每班測定的數(shù)據(jù)進行及時修改的。通風(fēng)信息數(shù)據(jù)包括井下各通風(fēng)巷道中的風(fēng)門、風(fēng)墻、風(fēng)窗、風(fēng)橋等通風(fēng)構(gòu)筑物的位置及有關(guān)參數(shù)[4]。利用這些數(shù)據(jù)可以快速的分析出火災(zāi)發(fā)生后的影響范圍和破壞程度，確定安全巷道方位、巷道能否通過，以及井下人員在所處位置空氣環(huán)境下行走速度和時間估算等等。

3.2.4 井下工作人員信息

井下工作人員信息包括礦井工作人員個人基本信息，入井、升井時間以及在井下各區(qū)域的停留工作時間的記錄與統(tǒng)計，完成對全礦個人、部門以及干部的考勤信息查詢、統(tǒng)計，以及井下工作人員實時動態(tài)定位信息。

3.2.5 救援指導(dǎo)信息

指導(dǎo)信息是指國家政策、滅火技術(shù)以及滅火方法、礦井火災(zāi)歷史記錄、經(jīng)驗知識和資料等。

3.3 預(yù)警救援分析管理模塊

該模塊包括火災(zāi)預(yù)警管理模塊和救援分析管理模塊。

3.3.1 火災(zāi)預(yù)警管理模塊

預(yù)警系統(tǒng)包含井下重點建筑管理和火災(zāi)高爆發(fā)地點實時監(jiān)控。

該功能模塊分析火災(zāi)潛在火災(zāi)隱患，定時對煤礦安全生產(chǎn)狀況進行評估，排除火災(zāi)隱患。

3.3.2 火災(zāi)救援分析管理模塊

該模塊是預(yù)警救援管理系統(tǒng)核心模塊之一，具有維護和管理煤礦火災(zāi)應(yīng)急救援的基本功能,也是具體實施救援時的決策依據(jù)，主要內(nèi)容包括：最佳救援及逃生路線分析、火災(zāi)影響區(qū)域查詢、最近逃生地點分析、定位分析、火災(zāi)影響區(qū)域判定模塊。

4 系統(tǒng)主要功能

4.1 最佳救援及逃生路線分析

該模塊通過人機交互及通訊指揮系統(tǒng)，及時分析出最佳的救援及逃生路線，指揮救援人員和逃生自救人員找到風(fēng)險盡量小，路徑盡量最短的路線。

該功能算法思路為：判斷有煙巷道-判定安全地點-判斷巷道的連通性（分析障礙點）-采用E.W.Dijkstra算法求解最優(yōu)路線。

4.2 火災(zāi)影響區(qū)域查詢

系統(tǒng)需要對事故可能影響的范圍做預(yù)測。系統(tǒng)根據(jù)火災(zāi)發(fā)生地點周圍巷道結(jié)構(gòu)、巷道通風(fēng)情況、火災(zāi)發(fā)生的嚴重程度及破壞程度，結(jié)合GIS的緩沖區(qū)分析功能按照事故類別劃分災(zāi)害范圍，從而析出火災(zāi)能夠直接影響到的巷道及有可能間接影響到的巷道，同時，防止二次火災(zāi)的發(fā)生。在礦山井下事故中，針對火災(zāi)事故災(zāi)害范圍的劃分，要求確定根據(jù)火災(zāi)時期的風(fēng)流（煙流）流動狀況，煙流污染狀態(tài)與火災(zāi)燃燒產(chǎn)物的關(guān)系，劃分火災(zāi)非污染區(qū)域、火區(qū)、污染區(qū)域和可能污染區(qū)域，處于火源下風(fēng)側(cè)的巷道都會處于污染范圍內(nèi)。

4.3 定位分析

利用相關(guān)設(shè)備對井下人員及節(jié)點進行定位，可很快分析出井下人員位置及發(fā)生火災(zāi)地點準確位置，了解自救及救援進度情況，并幫助決策者根據(jù)事態(tài)發(fā)展對做出的救援方案做出即使調(diào)整。

5 結(jié)語

GIS應(yīng)用于煤礦火災(zāi)預(yù)警救援已經(jīng)開始發(fā)展，許多專家已經(jīng)致力于這方面的研究與實踐，并取得了很多實用的成果，應(yīng)用到了實際生產(chǎn)中。但煤礦火災(zāi)發(fā)生情況多種多樣以及井下結(jié)構(gòu)的及其復(fù)雜性，現(xiàn)有手段方法還不能滿足煤礦火災(zāi)的預(yù)防和救援的分析要求，系統(tǒng)的結(jié)果仍然是參考性。在真正實踐中仍需要決策者具有豐富的救援經(jīng)驗，所以GIS在火災(zāi)救援中的應(yīng)用仍然需要不斷的探索和完善，實現(xiàn)對煤礦火災(zāi)與救援更加準確的分析，為煤礦生產(chǎn)安全提供更加強大的服務(wù)。

[1]鄔倫,劉瑜等.地理信息系統(tǒng)原理、方法和應(yīng)用[M].北京:科學(xué)出版社,2001.

[2]張偉.木城澗.煤礦應(yīng)急管理與救援指揮系統(tǒng)的研究[D].北京：中國礦業(yè)大學(xué)（北京），2006.

[3]董楓,蔣仲安等.地理信息系統(tǒng)在礦井災(zāi)害應(yīng)急救援中的應(yīng)用[J].礦業(yè)安全與環(huán)保,2007(3).

[4]郝天軒，魏建平，楊運良，張福旺.數(shù)字化及可視化技術(shù)在礦井通風(fēng)系統(tǒng)中的應(yīng)用 [M].北京：煤炭工業(yè)出版社,2009.