基于GIS的煤礦火災預警救援系統設計

王志龍 劉惠德 郝天平 王延波

（河北工程大學資源學院，河北 邯鄲 056038）

隨著我國對煤炭生產安全的重視和計算機技術的發展，將GIS技術引入煤礦安全生產系統已經成為行業趨勢，并且呈現功能全面化、復雜化和完善化的特點。GIS應用與煤礦火災預警救援，首先著眼于預防預警，降低事故發生率。一旦發生火災，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

系統基于GIS進行開發，GIS在計算機軟件、硬件基礎上對空間數據和屬性數據進行管理的信息系統，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,具有空間性和動態性特征。(2)由計算機系統支持進行空間地理數據管理,并由計算機程序模擬常規的或專門的地理分析方法,作用空間數據,產生有用信息。(3)由計算機系統的支持,能夠快速、精確、綜合地對復雜的地理系統進行空間定位和過程的動態分析[1]。

本系統的總體功能是對礦業時空數據進行采集、處理、存儲、實現潛在火災爆發預警，煤礦火災預警救援的可視化,以防災害的發生。 一旦發生火災的情況下為決策者和救援人員提供可靠及時的井下信息,為救災行動提供正確有效的決策支持,將火災造成的損失降至最低。

2 系統設計思路

本系統采用SuperMap進行數字化，利用SuperMap Objects控件、C#編程語言進行二次開發。SuperMap Objects是功能強大的、以COM/ActiveX技術規范為基礎的全組件式GIS開發工具，適合用戶進行二次開發和與MIS、OA等其它系統的有機集成[2]。利用GIS工具建立如巷道名稱、位置等基礎數據的網絡模型，在網絡模型的基礎上進行網絡分析，如最佳路徑分析。因此，在預警救災基本理論研究的基礎上,借助于GIS技術，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 系統結構

本系統包含三大模塊：火災影響區域判定模塊、救援分析管理模塊、數據庫。如圖1：

3.1 電子地圖管理編輯模塊

它具有管理維護系統中電子地圖的基本功能，能實現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煤礦通風信息管理的數據圖形化，使通風信息的數據以各種圖形的方式直觀的在圖上顯示出來，并使用相應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 數據庫

數據庫包含空間數據庫和屬性數據庫。

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、設施、巷道類型、可燃物分布等信息等[3]。在GIS系統中，井巷空間信息以電子地圖進行存儲并以可視化展現，例如實時井下人員信息、節點位置、巷道中基礎設備分布情況、硐室方位、井巷坡度傾角等等。

3.2.2 火災高爆發地點信息

火災高爆發地點信息通過結合煤礦地下系統環境。通風情況、設備分布等因素分析出巷道中易發生火災地點及區域，從而實施重點監控，防止火災事故的發生。

3.2.3 井巷通風信息

通風信息包括各通風巷道的風量、風速、風阻、風向、溫度、瓦斯濃度、一氧化碳濃度等，它是根據每班測定的數據進行及時修改的。通風信息數據包括井下各通風巷道中的風門、風墻、風窗、風橋等通風構筑物的位置及有關參數[4]。利用這些數據可以快速的分析出火災發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域的停留工作時間的記錄與統計，完成對全礦個人、部門以及干部的考勤信息查詢、統計，以及井下工作人員實時動態定位信息。

3.2.5 救援指導信息

指導信息是指國家政策、滅火技術以及滅火方法、礦井火災歷史記錄、經驗知識和資料等。

3.3 預警救援分析管理模塊

該模塊包括火災預警管理模塊和救援分析管理模塊。

3.3.1 火災預警管理模塊

預警系統包含井下重點建筑管理和火災高爆發地點實時監控。

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

3.3.2 火災救援分析管理模塊

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

4 系統主要功能

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，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算法求解最優路線。

4.2 火災影響區域查詢

系統需要對事故可能影響的范圍做預測。系統根據火災發生地點周圍巷道結構、巷道通風情況、火災發生的嚴重程度及破壞程度，結合GIS的緩沖區分析功能按照事故類別劃分災害范圍，從而析出火災能夠直接影響到的巷道及有可能間接影響到的巷道，同時，防止二次火災的發生。在礦山井下事故中，針對火災事故災害范圍的劃分，要求確定根據火災時期的風流（煙流）流動狀況，煙流污染狀態與火災燃燒產物的關系，劃分火災非污染區域、火區、污染區域和可能污染區域，處于火源下風側的巷道都會處于污染范圍內。

4.3 定位分析

利用相關設備對井下人員及節點進行定位，可很快分析出井下人員位置及發生火災地點準確位置，了解自救及救援進度情況，并幫助決策者根據事態發展對做出的救援方案做出即使調整。

5 結語

GIS應用于煤礦火災預警救援已經開始發展，許多專家已經致力于這方面的研究與實踐，并取得了很多實用的成果，應用到了實際生產中。但煤礦火災發生情況多種多樣以及井下結構的及其復雜性，現有手段方法還不能滿足煤礦火災的預防和救援的分析要求，系統的結果仍然是參考性。在真正實踐中仍需要決策者具有豐富的救援經驗，所以GIS在火災救援中的應用仍然需要不斷的探索和完善，實現對煤礦火災與救援更加準確的分析，為煤礦生產安全提供更加強大的服務。

[1]鄔倫,劉瑜等.地理信息系統原理、方法和應用[M].北京:科學出版社,2001.

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

[3]董楓,蔣仲安等.地理信息系統在礦井災害應急救援中的應用[J].礦業安全與環保,2007(3).

[4]郝天軒，魏建平，楊運良，張福旺.數字化及可視化技術在礦井通風系統中的應用 [M].北京：煤炭工業出版社,2009.