許江濤
(河南工業(yè)和信息化職業(yè)學(xué)院,河南 焦作 454000)
GIS支持下的礦井防治水研究
許江濤
(河南工業(yè)和信息化職業(yè)學(xué)院,河南焦作454000)
摘要:通過長期深入煤礦調(diào)研防治水工作,對地理信息系統(tǒng)軟件進(jìn)行二次開發(fā),編制了防治水軟件并進(jìn)行了實地驗證和應(yīng)用,為礦井防治水工作提供了輔助決策。
關(guān)鍵詞:礦井;防治水;地理信息系統(tǒng);超圖軟件
地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System簡稱GIS)是由計算機(jī)硬件和軟件組成的一種重要的空間信息系統(tǒng),通過空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的采集、存儲、處理、分析、建模、顯示,來為用戶提供解決方案和輔助決策。地理信息系統(tǒng)作為一個新興產(chǎn)業(yè)正在各行各業(yè)中得到應(yīng)用。借助地理信息系統(tǒng)軟件可以實現(xiàn)礦井水文地質(zhì)信息的科學(xué)管理和充分利用,為礦井防治水提供服務(wù),進(jìn)而為礦井安全生產(chǎn)提供有力保障。
根據(jù)該區(qū)域水文地質(zhì)條件和數(shù)學(xué)模型,結(jié)合實際情況,我選用Dot Net作為開發(fā)平臺和地理信息系統(tǒng)軟件(超圖軟件)組件式開發(fā),編制了地下水?dāng)?shù)值模擬程序,建立了符合某井田地下水含水層系統(tǒng)的滲流數(shù)值模型,預(yù)測了地下水水頭變化趨勢,為礦井防治水工作提供參考。
經(jīng)過地下水?dāng)?shù)學(xué)模型識別和相關(guān)參數(shù)調(diào)整后的礦井防治水軟件在某井田現(xiàn)場進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用,經(jīng)受了實踐測試。操作流程簡述如下。
(1)數(shù)據(jù)導(dǎo)入:將礦井相關(guān)圖件利用超圖軟件數(shù)字化后保存或者通過其它格式文件導(dǎo)入超圖軟件后保存。
礦圖常用的文件格式為CAD軟件繪制的.dwg文件。轉(zhuǎn)換流程:.dwg格式(CAD文件)→.dxf格式(CAD文件)→.sdd和.sdb格式(SuperMap文件)。導(dǎo)入數(shù)據(jù)流程:要注意的是,導(dǎo)入前要保證.dxf文件中所有圖層處于打開狀態(tài);導(dǎo)入時分層導(dǎo)入;導(dǎo)入時數(shù)據(jù)集要保存成簡單數(shù)據(jù)集。
(2)網(wǎng)格剖分:在用戶指定要剖分的研究區(qū)邊界后,系統(tǒng)自動完成對研究區(qū)域的三角形剖分,軟件實現(xiàn)三角形剖分流程為:指定計算區(qū)域→三角網(wǎng)剖分→求解數(shù)學(xué)模型。
(3)數(shù)值模擬:選擇“數(shù)值模擬”菜單下的“繪制水頭等值線”命令,系統(tǒng)自動將求解出的水頭自動繪制成水頭等值線。由水頭等值線可以看到危險區(qū)域,水頭值越大(即水頭越高)該區(qū)突水危險性越大,反之越小越安全。結(jié)合水頭線圖和井田地質(zhì)條件,判斷出突水危險性區(qū)域,對危險性區(qū)域應(yīng)引起礦井安全技術(shù)人員高度密切關(guān)注。
(4)防治水措施:因研究區(qū)域只受頂板水或底板水危害,所以軟件中防治水措施僅采取了疏水降壓。
結(jié)合水頭線圖和井田地質(zhì)條件,判斷出有較大突水危險性的區(qū)域。由于危險區(qū)域水壓比較大(水頭非常高),為了避免礦井受水害影響,決定采用疏水降壓來保證礦井安全。疏水降壓如圖1、圖2。多井聯(lián)合疏水模型為:
式中,D1——1號疏水井的水位降深(m);
D2——2號疏水井的水位降深(m);
a10、a20——1號、2號井的半徑(m);
b——兩個疏干井之間的距離(m);
Q1——1號井的疏水量(m3/h);
Q2——2號井的疏水量(m3/h);
R1——1號井的影響半徑(m);
圖1 顯示危險區(qū)域
圖3 承壓含水層中多井疏降模型
圖4 顯示疏水影響范圍-陰影部分為影響范圍
R2——2號井的影響半徑(m);
K——含水層的滲透系數(shù)(m/d);
L——含水層的厚度。多井聯(lián)合疏水示意圖見圖3。
(5)顯示疏水降壓影響范圍:系統(tǒng)自動選取水頭值最大的點(diǎn)作為疏降孔位置。該影響范圍是一個圓形區(qū)域,以疏降孔位置為圓心,疏水范圍為半徑,如圖4。
地下水?dāng)?shù)值模擬軟件在某井田現(xiàn)場測試后,通過求解地下水系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型,繪制了井田水頭等值線。結(jié)合水頭等值線圖和某井田地質(zhì)條件,判斷出有較大突水危險性的危險區(qū)域,危險區(qū)域應(yīng)引起礦井安全技術(shù)人員注意,最后利用疏水方法降低危險區(qū)的水頭,并將疏水降壓的預(yù)期結(jié)果圖形顯示,對礦井防治水工作提供了參考。
參考文獻(xiàn):
[1]許江濤.地下水?dāng)?shù)值模擬及其三維可視化技術(shù)的研究與應(yīng)用 [D].河南理工大學(xué),2009
[2]郭波,宋鐵成,劉曉飛,等.于疏水降壓技術(shù)的應(yīng)用討論[J].科技風(fēng),2010(18)
[3]鄧寅生,王煥忠,文廣超,等.煤礦水害防治信息化[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2011(04).
[5]徐瑞英.疏水降壓防治礦井水害技術(shù)概述[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2012(26).
[6]許江濤,林劉軍.基于SuperMap的煤礦水害防治輔助決策系統(tǒng)[J].山西建筑,2013(21).
作者簡介:許江濤(1984—),男,碩士,助教,主要從事地質(zhì)測量的教學(xué)與科研工作。