煤礦開采對(duì)建筑物采動(dòng)損害評(píng)估可視化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

肖 璐

（西山煤電馬蘭礦，山西 古交 030200）

0 引言

隨著科技的不斷進(jìn)步，煤炭產(chǎn)量日益增加。為實(shí)現(xiàn)煤炭的可持續(xù)性發(fā)展，人們?cè)絹?lái)越重視煤礦開采的合理性。由于煤炭從地下大量的采出，煤層上方巖層失去支撐，導(dǎo)致上覆巖層不斷下沉，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)波及地表，造成地表沉陷問題。該問題不僅嚴(yán)重威脅著煤礦上方地面村莊的生產(chǎn)生活、對(duì)生態(tài)環(huán)境造成巨大污染等，而且部分煤炭資源也會(huì)隨著地表沉降被上覆巖層覆蓋，變得難以開采，造成煤炭資源的浪費(fèi)。

因此，本文為深入研究煤礦開采對(duì)地面建筑的損害程度，設(shè)計(jì)了建筑物采動(dòng)損害評(píng)估可視化系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以應(yīng)用于礦區(qū)地表沉陷損害評(píng)估工作，對(duì)實(shí)現(xiàn)煤礦的可持續(xù)性發(fā)展具有重要戰(zhàn)略意義。

1 建筑物采動(dòng)損害評(píng)估系統(tǒng)分析

1.1 數(shù)據(jù)分析

建筑物采動(dòng)損害評(píng)估系統(tǒng)是通過(guò)與Access數(shù)據(jù)庫(kù)的連接，完成對(duì)煤礦開采損害數(shù)據(jù)的記錄、查詢和管理等功能。該數(shù)據(jù)庫(kù)不僅可以明了的實(shí)現(xiàn)各數(shù)據(jù)間的處理，而且可以大量的節(jié)省不必要的人力、物力和時(shí)間。

根據(jù)實(shí)際進(jìn)行的研究對(duì)象，本次設(shè)計(jì)系統(tǒng)的分析數(shù)據(jù)主要包括：

1）地面沉降變形數(shù)據(jù)：該數(shù)據(jù)是評(píng)價(jià)地表沉陷損傷等級(jí)的重要數(shù)據(jù)，包括煤礦開采引起的地面下沉值W（單位mm）、地面傾斜值i（單位mm/m）、地面曲率值k（單位mm/m2）、地面水平移動(dòng)值U（單位mm/m）和地面水平變形值ε（單位mm/m）等主要地面沉降變形數(shù)據(jù)。系統(tǒng)可以運(yùn)用MMSPS預(yù)計(jì)系統(tǒng)處理并存儲(chǔ)該數(shù)據(jù)，用于評(píng)估環(huán)節(jié)。

2）建筑物特性數(shù)據(jù)：該數(shù)據(jù)是用于評(píng)估礦區(qū)上方地面建筑受煤礦開采損害的重要數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)內(nèi)容包括：建筑物戶主信息、建筑物結(jié)構(gòu)及面積、煤礦開采前后建筑物的損害等級(jí)及維修信息等。

3）煤礦開采損害等級(jí)數(shù)據(jù)：該數(shù)據(jù)用于制定煤礦開采引起的地面建筑物損傷等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，記錄的數(shù)據(jù)，對(duì)比不同等級(jí)建筑物破壞程度的數(shù)據(jù)區(qū)間，確定實(shí)際建筑物損害程度。

1.2 功能分析

本文設(shè)計(jì)煤礦開采對(duì)建筑物采動(dòng)損害評(píng)估可視化系統(tǒng)的目的是對(duì)受開采影響的建筑物的損害程度及分布進(jìn)行評(píng)估，為煤礦企業(yè)保護(hù)和治理礦區(qū)上方建筑物提高科學(xué)合理的理論依據(jù)。因此，該系統(tǒng)具備以下基本功能：

1）操作管理功能：本文設(shè)計(jì)的建筑物受采動(dòng)損害評(píng)估系統(tǒng)具備系統(tǒng)登錄界面，工作人員可以通過(guò)登錄界面進(jìn)行系統(tǒng)的登入登出和安全密碼的修改等。

2）數(shù)據(jù)錄入功能：預(yù)計(jì)系統(tǒng)MMSPS預(yù)計(jì)得到的主要數(shù)據(jù)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，因此，該系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)錄入功能，將預(yù)計(jì)系統(tǒng)得到的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)錄入建筑物受采動(dòng)損害評(píng)估系統(tǒng)，然后進(jìn)行后期處理。

3）繪制等值線功能：該系統(tǒng)可以將錄入的地面移動(dòng)變形數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，通過(guò)繪制地面下沉等值線、地面傾斜等值線、地面曲率等值線、地面水平移動(dòng)等值線和地面水平變形等值線圖來(lái)直觀的表現(xiàn)礦區(qū)地面變形情況。同時(shí)，可以將地面受開采影響沉陷區(qū)的范圍，清晰的表示在AutoCAD軟件顯示界面上，進(jìn)一步分析建筑物受開采損害的程度。

4）損害評(píng)估可視化功能：該系統(tǒng)可以通過(guò)以上功能繪制的建筑物受開采損害等級(jí)范圍分布圖和建筑物受采動(dòng)損害程度分布圖，進(jìn)行煤礦開采對(duì)建筑物損害的統(tǒng)計(jì)分析和煤礦開采工作的合理進(jìn)行。

5）信息處理功能：為該系統(tǒng)的核心功能，其分為表格信息處理和圖形信息處理兩部分。通過(guò)表格信息處理的數(shù)據(jù)，可以表達(dá)受損害建筑物的損害面積等級(jí)和如何進(jìn)行維修等信息；通過(guò)圖形信息處理，可以繪制出建筑物破壞面積統(tǒng)計(jì)圖和地面沉陷面積統(tǒng)計(jì)圖，用于表達(dá)受開采影響的建筑物的受損害情況。

6）信息搜索功能：工作人員可以通過(guò)實(shí)際需求，搜索了解礦區(qū)建筑物受開采損害的全部信息，用于礦方進(jìn)行分析做出合理的決策。

7）信息輸出功能：該功能可以將系統(tǒng)最終處理得到的數(shù)據(jù)及繪圖進(jìn)行打印輸出，工作人員可以根據(jù)實(shí)際需求，選取打印輸出的內(nèi)容。

2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)建筑物受采動(dòng)損害評(píng)估可視化系統(tǒng)的功能需求，該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循：先進(jìn)性、實(shí)用性、一致性、安全穩(wěn)定性、集成性、準(zhǔn)確性和可擴(kuò)展性原則。

根據(jù)系統(tǒng)分析原理，按照系統(tǒng)分層處理的理念進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以將該系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)層、處理層和用戶層三個(gè)階段。如圖1所示，圖1為建筑物受采動(dòng)損害評(píng)估可視化系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖1 建筑物受采動(dòng)損害評(píng)估可視化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

數(shù)據(jù)層：主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，可以用于圖形數(shù)據(jù)、信息數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)結(jié)果的錄入及存儲(chǔ)?？梢詫MSPS預(yù)計(jì)系統(tǒng)預(yù)計(jì)得到的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)以及用戶錄入的數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)庫(kù)。同時(shí)，該系統(tǒng)層還負(fù)責(zé)了數(shù)據(jù)庫(kù)庫(kù)內(nèi)信息的查詢功能。

處理層：整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的核心層，主要用于數(shù)據(jù)處理得到的地面移動(dòng)變形等值線圖形及地面沉陷建筑物損害程度數(shù)據(jù)信息的可視化。該處理層可以接受用戶的指令，從數(shù)據(jù)庫(kù)中提取所需數(shù)據(jù)，然后通過(guò)系統(tǒng)的可視化功能輸出和顯示所需信息，承擔(dān)了用戶層與數(shù)據(jù)層的傳接關(guān)系，是整個(gè)系統(tǒng)的過(guò)渡階段。

用戶層：主要用于工作人員的操作、查詢和輸出等。工作人員可以通過(guò)簡(jiǎn)單的操縱界面，按照操作提示進(jìn)行使用。主要用于相關(guān)數(shù)據(jù)及圖形的錄入、查詢及輸出，是整個(gè)系統(tǒng)供人實(shí)際操作的部分。

為實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)對(duì)建筑物受采動(dòng)損害程度及分布的評(píng)估，根據(jù)其系統(tǒng)功能將系統(tǒng)設(shè)計(jì)為七個(gè)板塊，主要包括：操作管理板塊、數(shù)據(jù)錄入板塊、繪制等值線圖板塊、損害評(píng)估可視化板塊、信息處理板塊、信息搜索板塊和信息輸出板塊。

3 建筑物受采動(dòng)損害評(píng)估可視化系統(tǒng)的使用

3.1 系統(tǒng)登入界面

如圖2所示，為建筑物受采動(dòng)損害評(píng)估可視化系統(tǒng)登入界面及主界面。由于該系統(tǒng)主要面向礦區(qū)工作人員。因此，本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具備以下特點(diǎn)：

1）針對(duì)使用人群，整個(gè)操作系統(tǒng)皆為漢語(yǔ)，部分較難功能的使用都有提示語(yǔ)進(jìn)行提示，使得用戶可以簡(jiǎn)單方便的使用該系統(tǒng)。

2）菜單、工具欄等按鈕位置不變，便于工作人員的掌握。

3）用戶操作界面采用Windows風(fēng)格進(jìn)行設(shè)計(jì)，工作人員可以很容易的上手操作，便于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與工作人員的交互性。

圖2 建筑物受采動(dòng)損害評(píng)估可視化系統(tǒng)登入界面及主界面

3.2 系統(tǒng)部分功能的使用

1）數(shù)據(jù)的導(dǎo)入與查詢。用戶通過(guò)將預(yù)計(jì)系統(tǒng)預(yù)計(jì)得出的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)txt文件導(dǎo)入建筑物受采動(dòng)損害評(píng)估可視化系統(tǒng)，系統(tǒng)將立即將其存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫(kù)，用戶可以實(shí)時(shí)的查看預(yù)計(jì)結(jié)果。如圖3所示，為數(shù)據(jù)的導(dǎo)入及查詢。

圖3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)的導(dǎo)入及查詢

圖4 建筑物受采動(dòng)損害等級(jí)范圍圖

2）建筑物受開采損害的可視化。該系統(tǒng)可以繪制礦區(qū)地面建筑物受開采損害的等級(jí)圖以及建筑物受開采損害的范圍圖，來(lái)實(shí)現(xiàn)建筑物受開采損害的可視化功能。該功能可以清晰、直觀的看到礦區(qū)開采對(duì)其地面沉陷影響及建筑損害的情況，為礦區(qū)提供有效的開采及維護(hù)建議。如圖4所示，為某礦建筑物受采動(dòng)損害等級(jí)范圍圖。

4 結(jié) 論

針對(duì)煤礦開采對(duì)地面及地面建筑損害影響，本文深入研究煤礦開采對(duì)地面建筑的損害程度，設(shè)計(jì)了建筑物采動(dòng)損害評(píng)估可視化系統(tǒng)。根據(jù)該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，確定系統(tǒng)所需數(shù)據(jù)及應(yīng)該具備的功能。根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則，按照系統(tǒng)分層處理的理念，將系統(tǒng)設(shè)計(jì)為數(shù)據(jù)層、處理層和用戶層三個(gè)階段，分別實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的七大功能。同時(shí)，簡(jiǎn)單介紹了該系統(tǒng)的界面登入及部分功能使用，對(duì)該系統(tǒng)的使用及推廣具有一定借鑒意義。