煤矿瓦斯场三维空间分布及预警系统的开发与应用

摘要

长期以来，我国煤矿伤亡事故频发，由瓦斯引起的事故居于榜首。事故的发生往往造成人身伤害和财产损失，严重威胁到煤炭工业的持续、健康、稳定发展。由于我国采煤机械化程度较低，一旦发生事故，人员不易撤离，因此在预防事故方面应从瓦斯的检测、数据分析、预测和防范上下苦功，在瓦斯监测数据处理、可视化、预测预警等方面实现突破。
　　为了探究上述问题，提高瓦斯监测信息的利用率，本文将瓦斯监测信息与矿山信息化相结合，将数字矿山技术、空间插值理论技术、网络拓扑模型、网点优化理论等应用到瓦斯信息处理之中，对煤矿瓦斯场空间分布及预警系统做了深入研究，为瓦斯信息分析处理提供了一个新的方法。本文的主要研究内容有以下几个方面:
　　1)系统研究了我国现有矿井瓦斯监测及其评价技术与方法，提出了现有瓦斯监测信息分析与利用的缺陷和不足。在此基础上，以三维可视化为思路，构建了煤矿瓦斯场空间分布及预警系统总体功能框架;
　　2)研究了基于克里格方法的监测网点优化理论，以克里格估值误差方差为标准，评判监测站稀疏或密集程度，对优化监测站布设、加强煤矿井下安全、节省资金投入具有一定的作用;
　　3)研究了现有空间插值方法理论，提出将空间插值理论应用到煤矿井下瓦斯场空间分布中，形成瓦斯云图，并给出具体的实现思路及算法;
　　4)提出前、后巡检周期增幅比较预警和平均值增幅比较预警两种瓦斯超前预警方法，结合瓦斯场三维空间分布系统，实现了全矿井的瓦斯危害预警;
　　5)基于DIMINE平台，借助VC++2005开发工具实现了煤矿井下三维瓦斯场空间分布及预警系统。实现了煤矿瓦斯监测系统由二维向三维的转变，提高了瓦斯监测信息的利用率;
　　6)以山西某煤矿实际工程为例，介绍了系统的具体实现步骤及参数设置，取得了预期的效果，对井田开采煤矿具有一定的实用价值。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 数字矿山研究现状

1．2．2 瓦斯数据信息化研究现状

1．3 本文的研究内容和技术路线

1．4 本章小结

2 矿井瓦斯监测及其评价技术与方法

2．1 煤矿瓦斯危害性

2．2 瓦斯监测与防治技术

2．2．1 煤矿监测平台构架

2．2．2 煤矿瓦斯防治技术

2．3 瓦斯监测信息分析与评价

2．4 本章小结

3 煤矿瓦斯场三维空间分布及预警系统构架与理论方法

3．1 系统架构

3．1．1 系统需求分析

3．1．2 系统理论基础

3．1．3 系统设计原则

3．1．4 系统设计目标

3．1．5 三维可视化的必要性

3．1．6 开发技术路线

3．2 煤层与工程模型

3．2．1 煤层自动建模技术

3．2．2 工程模型建模

3．3 区域离散化理论与方法

3．4 空间插值方法

3．4．1 泰森多边形方法

3．4．2 距离平方反比法

3．4．3 样条函数法

3．4．4 径向基函数法

3．4．5 克里格法

3．5 网络拓扑模型

3．6 克里格及网点优化理论

3．7 工作面瓦斯超前预警分析

3．8 本章小节

4 煤矿瓦斯场三维空间分布及预警系统开发与实现

4．1 三维可视化平台的创建

4．1．1 DIMINE体系架构

4．1．2 DIMINE插件开发

4．2 三维可视化功能的实现

4．2．1 数据准备

4．2．2 数据结构

4．2．3 计算方法

4．2．4 模块功能实现

4．3 本章小结

5 工程应用与实践

5．1 工程概况

5．1．1 矿山简介

5．1．2 瓦斯监测点布置情况

5．2 三维可视化功能实现

5．2．1 煤层与工程模型建立

5．2．2 监测网点优化应用

5．2．3 煤巷、工作面瓦斯分布及超前预警应用

5．3 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读学位期间主要的研究成果目录

致谢