基于GIS 的采掘接續編排預警系統

遲寶鎖，王 強，高 彬

（1.陜西陜煤陜北礦業有限公司，陜西 榆林719000；2.北京龍軟科技股份有限公司，北京100190）

采掘關系是煤礦開采工作中最重要的工作之一。長期以來，我國礦山采掘計劃一直采用人工方法進行編制，編制過程較為繁瑣。煤礦采掘接續計劃要在大量基礎地質資料分析的基礎上，手工制作各種計劃報表及接續圖。接續計劃一旦修改調整，技術人員將不斷調整報告、接續圖和接續報表。此外，一旦編制完成后，缺少信息化手段動態跟蹤實際生產進度，更無法實現接續緊張[1]的預警提醒。一旦煤礦采掘接續緊張，容易引發煤礦重特大事故風險。因此，如何借助計算機的高度處理能力，提高采掘接續計劃編制的科學性、全面性和自動化水平已成為一個急需解決的問題。

在接續圖形繪制方面，有些研究者提出了基于GIS、WebGIS、3DCAD 等技術的采掘接續圖形自動化繪制[2-7]；在采掘接續計劃自動化編制方面，有通過神經網絡、專家系統等，提出開展智能化采掘計劃編制[8-11]等。總的來說，國內各地煤礦地質情況復雜，各地關于采掘編制的要求不一，采掘接續的自動化、智能化編制還尚未突破，現有的采掘接續編排系統自動化程度不高，適應性不強，很難在煤礦實際生產中發揮作用。

針對這種情況，以GIS 理論為基礎，將接續計劃報表、接續圖形、基礎數據等采掘接續數據以數據庫方式統一管理，建立基于GIS 的圖庫一體化采掘接續計劃編制系統，實現采掘接續圖和報表自動生成。在接續計劃編制完成后，再結合煤礦生產實際進度，監測生產任務的緊張情況，實現采掘計劃預警提醒功能。提前預測接替緊張或正常狀況，將煤礦被動的調整生產，變為主動的生產管理。

1 系統架構及關鍵技術

1.1 系統架構

設計了一套采掘接續編排預警系統，采用Longruan GIS 實現對礦井采掘計劃的接續圖和接續計劃報表進行管理，并實時監測生產任務緊張情況。Longruan GIS 采用COM 組件提供服務，底層以空間數據庫、文檔數據作為數據來源，外部通過參數化輸入界面與用戶交互，通過核心業務模型處理，調用基礎平臺的制圖及分析模塊。利用GIS 技術，在圖形間建立接續圖各圖元之間相互關系，實現由表到圖的自動生成，可滿足后期對接續圖和表修改需求。

采掘接續預警功能提醒，是在完成圖表的編制后，通過遠程Longruan“一張圖”管理系統實現。當接續計劃編制完成后，將接續計劃上傳至服務器數據庫，為用戶瀏覽、查詢接續計劃提供數據支撐。根據服務器端數據庫的調度日報及施工隊組推進度，推算在采面的銜接面的出面時間，從而給出在采面的銜接面是否緊張的預警提醒。系統總體架構如圖1。

圖1 系統總體架構圖Fig.1 Overall system diagram

1.2 關鍵技術

1.2.1 采掘接續圖表一體化數據庫

采掘接續編排主要是在GIS 空間數據庫存儲圖表數據。LongruanGIS 提供了支持SQLServer、Oracle、MySQL 等多個關系數據庫的空間數據引擎。因此，采掘接續所涉及到的圖形、報表、數據等都可以實現統一的存儲。

1）一體化存儲思路。根據采掘接續工程的特點，將采掘工程平面圖中的數據信息分為2 類：圖形數據和屬性數據。圖形數據是指采掘工程首尾點及分支點的坐標、空間幾何尺寸等；屬性數據指與接續計劃相關聯的工作面名稱、密度、采高等數據。采煤工作面和巷道工程所在位置，需用戶在采掘工程平面地圖上進行繪制。以采煤工作面為例，首先在采掘工程平面圖上繪制多個多邊形工作面，繪制完成的多邊形工作面是以圖元形式保存在文件中。當用戶選中需要開采的多邊形工作面時，系統彈出交互對話框，提示用戶輸人該多邊形工作面的相關非幾何屬性，包括工作面名稱、密度、采高等信息，最后將相關信息以圖素屬性的形式存放在該多邊性中。當需要訪問這些屬性時，只需找到該工作面唯一標識符GUID，便可取出相應的字段屬性。在圖形的幾何數據和屬性數據統一存儲后，通過圖形數據的GUID字段實現和采煤接續數據的關聯，從而形成采掘接續計劃圖和表的映射，其具體存儲關系一體化存儲關系圖如圖2。

圖2 一體化存儲關系圖Fig.2 Integrated storage relationship diagram

2）一體化存儲優勢。將采掘接續工程的眾多屬性信息以GIS 數據庫方式進行統一管理，使復雜因素定量化、數字化和可視化，幾何信息和非幾何信息有機的構成統一整體，避免了傳統采掘計劃軟件需要存儲有關礦山模型、技術經濟指標數據的麻煩，達到只需1 個采掘接續工程文件就可完成接續圖和工程量報表自動生成，對系統的設計和維護帶來了極大的方便。

1.2.2 預警提醒

煤礦生產計劃是一個長期的動態生產，傳統方式編制的計劃一般都為靜態計劃，無法動態執行跟蹤。為了達到預警提醒，系統讀取煤礦調度日報，獲取當前工作面實時進度，并從已編排的計劃中獲取當前采面的銜接面。在獲取到在采面的銜接面后，比對此銜接面關聯的回采巷的掘完時間，進而得到這些關聯巷道的最晚掘出完工時間，再考慮銜接面的設備安裝時間，計算出銜接面的出面時間。最后，根據目前在采工作面的采煤日推進度，推算在采工作面的結束時間，與銜接工作面的出面時間進行比對，預警提醒所有銜接緊張的回采工作面，預警提醒具體關系如圖3。

圖3 預警提醒關系圖Fig.3 Early warning reminder relationship diagram

2 系統實現

采掘銜接編排預警系統以Longruan GIS 3.2 平臺為基礎，隨時修改實際生產數據，自動計算相關數據，同步更新接續圖形。與此同時，根據實時生產的動態變化數據，實現生產接續計劃設計、執行過程中，對工程進度松緊狀況進行預警，技術人員利用動態的采掘工程圖指導生產的實際問題，真正實現計算機數據處理、采掘接續計劃編制圖形和報表以及預警提醒的結合。

1）采掘接續計劃編制。接續編制系統將含有圖形和屬性的采掘工程接續數據從GIS 數據庫中取出，并輔以提前配置好的顏色、隊組名稱等關聯數據來編制采掘接續計劃。在采掘計劃編制過程中，實現工期自動計算、相同班組時間自動銜接等，達到計劃編制無算化、數據調整一鍵化、任務調整一手化，方便用戶操作編排，提高工作效率。

2）自動生成接續圖。當采掘接續計劃編制完成后，系統提供將接續計劃任務繪制在龍軟圖形中的接口，實現計劃一旦編排完成，接續圖形自動在龍軟中生成，方便實用，大大減輕了工程人員的工作量。

3）自動生成接續表和單產單進表。當采掘接續計劃編制完成后，自動生成工程明細表。與傳統的手動計劃任務的調整所帶來的工程量變化和工程明細的重復計算相比，提高了工作效率。同時，系統實現單產單進高效統計報表的自動生成，達到每年、每月的工程統計的快速查詢、統計和輸出。

4）預警提醒。將生產接續計劃的編制由靜態編制發展到動態跟蹤預警。根據已編制完成的接續計劃，得到在采面的銜接面，再獲取銜接面的所有關聯巷道，依據這些關聯巷道的目前掘進進度，推斷出該銜接面的最晚掘出時間，再考慮銜接面的設備安裝時間，計算出該銜接面的出面時間。將銜接面出面時間與在采面預計采完時間進行比對，實現預警提醒所有在采面的銜接面緊張狀況。

3 結 語

基于GIS 的采掘接續編制及預警提醒系統，利用GIS，設計開發一套圖表一體化的采掘編制系統，實現生產接續計劃編制完成后，接續計劃圖和接續報表自動繪制和生成。還可以根據煤礦生產實際進度，再與編制完成的銜接計劃進行比對，實現生產接續計劃設計、執行過程中，對工程進度松緊狀況進行預警，智能規劃工程任務及時空檢測功能。與傳統的CAD 和Excel 報表相比，實現了圖形報表的統一錄入、編輯和輸出，為采掘接續編制提供了智能化輔助工具。