下载文档原格式
遥感、GIS技术在煤矿地质灾害预测中的应用江东王建华陈佩佩郑世书孙亚军【摘要】本文阐述了将遥感、GIS技术应用于煤矿地质灾害预测中的原理与方法，结合研究实践，对该方法进行了多方面的验证。
【关键词】遥感GIS 煤矿地质灾害预测1 引言煤炭行业是我国国民经济的支柱产业之一。
在煤矿开采过程中，人为的采掘活动打破了矿山系统原始的平衡状态，导致了各种地质灾害的发生，主要表现为矿井顶板、底板突水；地面塌陷；瓦斯突出等。
据统计，1955-1990年间，全国共发生矿井顶板、底板突水2000余起。
随着开采规模的扩大和采掘深度的增加，地质灾害发生的频率和损害程度有逐年增高的趋势。
1993年，山东肥城国家庄矿的底板突水，造成全矿井被淹，直接经济损失近亿元；1994年湖南恩口煤矿采空区发生的大规模岩溶地面塌陷、1995年淮南潘三煤矿的瓦斯爆炸等，都给矿井建设带来灾难性打击。
各种灾害触目惊心，寻求一种科学、合理的灾害预测预报方法，成了当前亟待解决的问题。
由于井下各种地质条件、开采条件的多变性和地下水、瓦斯等运移的不规则性，对煤矿地质灾害的预测必须做到：（1）灾情的系统研究；（2）海量数据的快速处理；（3）多源信息的综合分析。
而以上正是遥感和GIS技术的优势所在，遥感和GIS的引入，为煤矿地质灾害预测提供了崭新、高效的研究手段。
2 遥感、GIS技术应用于煤矿地质灾害预测的原理关于煤矿地质灾害的预测、预报，具体地说，有两个层次的涵义：一是矿区地质灾害危险程度区划，即对灾害发生的可能性进行预测，按危险程度的大小进行分区；二是灾前预报，包括短期预报和预警。
前者主要作为矿区开采规划的基础，后者是对具体工作面的监测和预报。
应用遥感和GIS技术，实现了两个层次预测、预报的结合。
一是运用遥感方法，对矿区地质灾害进行调查，确定地质灾害或其影响因素的空间分布与发育程度；二是应用GIS，对遥感资料、勘探资料、统计资料等进行复合分析，构建灾害模型，对地质灾害进行及时、准确的预报。
掘进工作面区段瓦斯涌出量预测报告一、引言煤矿瓦斯涌出是煤矿生产中的重要安全问题，瓦斯涌出量的准确预测对煤矿生产安全具有重要意义。
本报告旨在通过分析掘进工作面区段瓦斯涌出规律，预测瓦斯涌出量，为煤矿生产提供科学依据。
二、掘进工作面区段瓦斯涌出规律分析1. 煤层气含量分析：通过对掘进工作面区段的煤层气含量进行采样分析，可以了解煤层气的丰度水平，进而判断瓦斯涌出量的可能范围。
2. 煤岩构造特征分析：煤层中的构造特征对瓦斯涌出量有一定影响。
例如，煤层中存在的节理、裂隙等结构性特征会增加瓦斯涌出的通道，导致瓦斯涌出量增加。
3. 煤层厚度分析：煤层的厚度与瓦斯涌出量密切相关。
通常情况下，煤层厚度越大，瓦斯涌出量也会相应增加。
4. 瓦斯含量与地应力关系分析：瓦斯含量与地应力大小有一定的关系，对于具有较大地应力的区域，瓦斯涌出量通常会更高。
三、掘进工作面区段瓦斯涌出量预测方法1. 统计学方法：通过对历史数据的分析，建立瓦斯涌出量与影响因素之间的数学模型，利用统计学方法对未来瓦斯涌出量进行预测。
2. 人工神经网络方法：通过构建人工神经网络模型，将瓦斯涌出量与煤层气含量、煤岩构造特征、煤层厚度、地应力等因素进行训练，从而实现对未来瓦斯涌出量的预测。
3. 数值模拟方法：通过建立煤层气运移模型，考虑煤层气的产生、运移和聚集等过程，利用数值模拟方法对掘进工作面区段的瓦斯涌出量进行模拟预测。
四、掘进工作面区段瓦斯涌出量预测案例分析以某煤矿掘进工作面为例，通过对煤层气含量、煤岩构造特征、煤层厚度、地应力等因素的调查和分析，得出瓦斯涌出量与这些因素之间的关系，并利用统计学方法、人工神经网络方法和数值模拟方法进行预测。
根据历史数据统计分析以及人工神经网络模型的训练结果，预测得出掘进工作面区段瓦斯涌出量将在未来一段时间内保持相对稳定的状态，且处于较低水平。
这是因为该区段煤层气含量相对较低，煤岩构造特征较简单，煤层厚度适中，地应力较小，这些因素共同作用导致瓦斯涌出量较低。
工作面瓦斯涌出量预测研究现状及发展趋势何清【摘要】Based on the collection and sorting of the relevant information at home, this paper analyzed and summarized the present research situation of the prediction methods of gas emission in the working face and the influence factors of gas emission, and pointed out the problems of some advanced gas emission prediction methods and the defects of the commonly-used different-source prediction method and the mine statistical method in the actual application. The paper proposed the establishment of the gas emission prediction method for the typical working face ( such as the gas emission prediction in the horizontal slicing working face of the steep extra-thick seam) , the improvement of the measurement technology of gas content and other basic data and the establishment of the prediction method for the main control factors affecting the gas emission in the working face and its coupling relations. This is the research trend of the gas emission prediction in the working face in the future.%收集、整理了国内相关资料，分析、总结了回采工作面瓦斯涌出量预测方法及瓦斯涌出影响因素的研究现状，指出目前一些先进的瓦斯涌出量预测方法存在的问题及常用的分源预测法和矿山统计法在实际应用中存在的不足。
收稿日期:2012-05-24;修订日期:2012-10-18作者简介:胡奇（1981-），男，沈阳人，讲师，硕士，研究方向：物理电子学。
0引言我国煤层瓦斯资源比较丰富，据相关资料统计，目前已经查明的煤炭地质存储量达到了10多亿t ，其中厚煤层的存储量达到了45%。
可以说，煤炭是我国经济发展以及社会发展的基础之一。
但是，对于煤炭行业的安全性，我国的现状不容乐观，尤其是近几年，煤炭瓦斯事故频发，给国家财产以及人们生命带来了巨大的损失，也严重影响了社会稳定增长。
可见，加强煤矿瓦斯灾害的预防以及控制是至关重要的，将是煤炭行业永远的工作重心。
本文针对于煤矿瓦斯，研究瓦斯灾害预警GIS 系统的设计与实现。
1煤炭瓦斯灾害预警GIS 系统实现的关键技术1.1WebGIS 技术WebGIS 是基于互联网的地理信息系统，主要思想是借助于地理信息，实现让用户通过WWW 站点获取系统中的数据以及服务功能，是应用于GIS 开发的产物之一。
WebGIS 中的大部分功能，甚至是全部功能都是GIS 软件应具备的功能，客户终端并不需要安装特定的GIS 软件，只需要连上互联网，登陆到相关的URL 地址，就可以远程访问系统的GIS 数据以及应用程序，还可以通过GIS 分析实现与地图以及数据之间的交互。
WebGIS 的主要特点是：空间资料发布、空间模型分析、查询检索以及空间资料可视化。
其中，空间资料发布是通过图形的方式显示相关信息，与传统的FTP 相比较更易获得远程用户所关心的信息；空间模型分析是通过规范的模型参数，进行计算以及分析，并最终将计算结果以图形或者附加文字等方式进行反馈显示。
同时GIS 工具本身就具备浏览查询功能，这也进一步促进了GIS 功能的应用与普及；空间资料可视化是指将空间图形以及资料结果以Web 传输的方式反馈到客户端的浏览器上，可实现空间框架的动态连接。
1.2系统开发工具煤炭瓦斯灾害预警GIS 系统是在TopMap 平台上进行设计与实现的，该平台采用的是.net 技术，系统主要开发语言选择的是c#.net 。
GIS技术在煤矿地质灾害预测中的应用发布时间：2021-04-22T13:52:58.607Z 来源：《工程管理前沿》2021年1月2期作者：周波[导读] 本文分析了煤矿地质灾害的特点及其预测方法。
煤矿灾害是中国最大的地质灾害之一主要原因是采矿期间人类对地质环境的破坏周波新疆维吾尔自治区煤田灭火工程局新疆乌鲁木齐 830063摘要：本文分析了煤矿地质灾害的特点及其预测方法。
煤矿灾害是中国最大的地质灾害之一主要原因是采矿期间人类对地质环境的破坏。
煤炭资源开采的增加和灾害发生的频率的增加，促使人们更加重视灾害预测的特点和方法。
目标是通过详细分析和相关解决办法，创造更好的煤炭开采环境。
关键词：煤矿地质；GIS技术；特征；预测方法；应用分析前言煤炭工业是中国国民经济的支柱之一。
人为开采煤炭破坏了采矿系统的初始平衡，造成了各种地质灾害，主要是在矿山顶部形成地下水；地面塌陷；气体突出等灾难令人震惊。
寻求科学和健全的灾害预测方法已成为一个紧迫的问题。
由于地质和采矿条件的变化以及地下水和天然气的不正常运输，预测煤矿的地质风险需要进行系统的风险研究；快速处理元数据：全面分析来自多个来源的信息。
这些是遥感和地理信息系统的好处。
遥感和地理信息系统的引入为预测煤矿地质灾害提供了一种新的有效研究方法。
一、煤矿地质灾害现状在采矿期间，煤矿的地质危害主要表现为滑坡、地表土壤侵蚀、滑坡等。
自然灾害的原因既是人为的，也是自然的。
开采煤炭通常需要抽取和排放地下水，造成地下水污染和缺水。
与此同时，煤的随机沉积不仅造成表面污染，而且使有害的煤元素缓慢渗入地表深处，造成地下水污染。
因此，煤矿开采阶段的地质风险具有不同的特点和程度，必须采取措施加以保护。
二、煤矿地质灾害GIS及遥感预测方法1.GIS及遥感预测原理地质灾害主要是由自然和人为原因造成的。
这些灾害包括与地质因素有关的一系列局部灾害，如滑坡、滑坡和泥石流、地面裂缝等。
而且煤矿地质灾害频繁发生。
工作面瓦斯涌出量预测的研究与应用的开题报告一、选题背景和意义工作面瓦斯涌出是煤矿生产中的重要安全问题，涌出量的大小直接关系到煤矿的生产和安全。
因此，对工作面瓦斯涌出量进行准确的预测和控制是煤矿安全管理中的重要内容。
目前，瓦斯涌出量预测主要依靠经验公式、人工经验和数学模型等方法，但这些方法都存在一定的局限性，不能很好地适应煤矿生产中涌出量的变化。
因此，开展新的研究，提出更加科学、准确的方法，对于探索瓦斯涌出规律，提高煤矿安全生产水平，具有非常重要的意义。
二、文献综述瓦斯涌出量影响因素比较复杂，依据物理学和化学原理，可以根据瓦斯在煤层中的扩散、吸附等特性建立相应的模型。
已有的瓦斯涌出量预测研究主要有以下几种方法。
1.经验公式法经验公式法是在大量统计数据的基础上，根据煤层条件、工作面开采参数等因素，建立起一些经验关系式。
这种方法简单易行，但受限于经验数据的可靠性，预测效果不尽人意。
2.人工经验法人工经验法是通过观察现场瓦斯涌出情况和开采工序的变化规律，结合个人经验、直觉等，对瓦斯涌出进行预测和控制。
这种方法主要依靠人的主观判断，存在一定的不确定性。
3.数学模型法数学模型法是基于瓦斯涌出的物理机理和化学原理，通过建立瓦斯涌出模型，辅以计算机模拟和数值计算等方法，预测瓦斯涌出量。
这种方法具有较高的科学性和准确性，但建模难度大、计算量大。
三、研究内容和目标本研究旨在探究一种新的瓦斯涌出量预测方法，该方法将基于机器学习技术。
具体内容如下：1.搜集并整理瓦斯涌出的相关数据，包括煤层条件、工作面开采参数、瓦斯涌出量等。
2.应用机器学习技术（如神经网络、支持向量机等）对上述数据进行训练和预测，构建可靠的瓦斯涌出量预测模型。
3.对比机器学习方法和其他方法（如经验公式法、数学模型法等）在瓦斯涌出量预测方面的优缺点，评估机器学习方法的准确性和实用性。
四、研究计划本研究计划从2022年3月开始，至2023年3月结束。
具体的研究计划如下：1.2022年3月 - 2022年9月：开展文献调研，深入了解各类瓦斯涌出量预测方法的应用现状和研究进展，准备相关数据。
GIS技术在矿产预测中的应用【摘要】GIS（地理信息系统）是一种特定的十分重要的空间信息系统。
作为地学领域的信息系统，GIS的空间分析成为成矿预测强有力的工具，依据地质数据，结合传统的成矿预测方法，建立成矿分析模型，从而对矿产资源进行全面评价。
通过对已知地质信息的量化与转换处理，并借助空间分析及地质数理统计功能完成对矿产资源的预测和圈定。
【关键词】GIS；成矿分析模型；空间分析；地质数理统计功能；矿产资源预测引言矿产资源的形成是一个漫长的地质过程，其形成和分布具有一定的空间位置。
作为管理空间数据的信息系统，对矿产资源的勘探、开发、管理等方面提供了巨大的便利性。
使得人类在矿产勘探中走向数字化。
最显而易见的应用便是在区域地质调查中的应用，GIS已经成为不可缺少的工具，从对数据的采集，加工处理到后期入库成图都离不开GIS技术的支持。
国内利用GIS进行矿产资源评价始于90年代中期，中国地质调查局、大专院校及研究部门，运用GIS技术在全国一定范围内开展了矿产资源潜力评价的试点工作，初步研制出基于GIS平台上的矿产资源评价辅助决策系统，并对部分矿种实施了资源潜力评价和成矿规律研究。
目前，用于各行业的GIS软件主要包括ARC/INFO，ARCVIEW，MAPINFO，MAPGIS等。
它们的功能日趋完善，特别是空间分析功能。
GIS软件支持多种类型数据和多种数据库，这些功能对地学多源信息成矿预测具有十分重要的作用[1]。
1.GIS系统中空间分析方法概念及分类空间分析是地理信息科学的重要组成部分，也是评价一个地理洗洗系统功能的主要指标之一。
空间分析的根本目的，在于通过对空间数据的深加工或分析，获取新的信息。
因此，关于空间分析的定义可以这样表述：空间分析是基于空间数据的分析技术，它以地学原理为依托，通过分析算法，从空间数据中获取有关地理对象的空间位置、空间分布、空间形态、空间形成、空间演变等信息[2]。
空间分析技术正是以地学原理为依托，通过GIS运算，提供空间决策信息。
GIS在采掘工作面瓦斯涌出预测中运用研究
摘要：本文首先进行了GIS平台的构建，然后研究了瓦斯涌出预测关键技术及实现，对提高采掘工作面瓦斯涌出预测的准确性、决策科学性和直观性具有较强意义和价值，供借鉴参考。
关键词：采掘工作面；瓦斯涌出；GIS
Abstract: this paper first on the GIS platform building, and then studied the gas emission forecasting the key technology and realize, to improve the tunnelling face the gas emission forecasting accuracy, decision-making scientific and intuitive with strong meaning and value for reference.
Keywords: mining face; The gas emission; GIS
煤炭开采过程中，瓦斯一直是威胁安全生产的重要因素之一，尤其是一些高瓦斯矿井，问题更加突出。
工作面瓦斯涌出量是一个受到上覆岩层、开采方式、煤层厚度、埋深、地质构造、瓦斯含量等多种因素影响的变量。
对瓦斯涌出规律进行系统研究涉及到大量信息和地理坐标相关的多种因素，仅仅用常规数学方法难以解决。
随着计算技术的发展，国内外学者已经把GIS和可视化技术应用矿业领域，在区域瓦斯涌出预测、煤与瓦斯突出预测等方面进行了可视化研究。
文中将GIS(Geographic Information System)技术和方法引入到采掘工作面瓦斯涌出预测中，应用C++Builder软件，结合采掘瓦斯涌出量性能化预报方法，介绍一套煤矿采掘工作面瓦斯涌出预测系统。
该系统集合了计算机技术、地学理论、数学理论、立体空间科学、信息管理系统技术，为采掘工作面瓦斯预测提供了集成的数据环境和可视化的分析平台，利用多源信息复合和多源数据无缝对接，实现瓦斯涌出预测与煤矿安全管理决策的一体化，使瓦斯涌出预测向多参数、多目标、多维、自动化方向发展，能科学指导生产矿井工作面的风量分配与瓦斯管理，能提高采煤工作面瓦斯涌出预测的准确性、决策科学性和直观性。
1 GIS平台的构建
1．1系统总体设计
预测系统以ESRI(美国环境系统研究所)的Arc View为基础地理信息平台，设计出适应现场需要的用户界面和基础图形。
利用C++Builder开发预测决策模块，编译成动态链接库，链入Arc View。
该模块负责对采集的大量数据进行复杂分析计算，给出工作面瓦斯涌出预测数据，并绘制出图表。
1．2图形数据处理与图文数字化
系统采用的基本图件是采掘工程平面图。
把连续空间分布的地图模型转换成离散的数字模型，便于计算机识别，处理和存储。
图形数据采用扫描仪跟踪方式数字化，支持扫描矢量化和数字化仪、边矢量化、边输入图形对象的基本属性，原有的CAD等矢量图也可由系统直接读取。
1．3属性数据库的设计
系统数据量特别大，不仅有具有空间定位特征地理要素的属性数据，还有大量描述地理要素空间分布位置的空间数据，并且这2种数据之间具有不可分割的联系。
GIS基础平台提供图形数据与属性数据的交互和索引，属性数据可以从支持ODBC(Open Data Base Connectivity)的关系数据库中直接读取，也可以从格式化文本中读取。
系统用到的数据表比较多，主要有区域瓦斯、煤层赋存、地质构造、采掘工艺和生产环境数据表。
区域瓦斯数据表主要存储采掘工作面位置、回风顺槽瓦斯浓度、上隅角瓦斯浓度和工作面瓦斯浓度等瓦斯相关信息；煤层赋存数据表主要存储煤层厚度、煤层倾角、埋藏深度等相关信息；地质构造数据表主要存储断层、褶曲、向斜、背斜等相关信息；采掘工艺数据表主要存储炮采、普采、综采、综放、炮掘、综掘等相关信息；生产环境数据表主要存储相邻采空区、相邻煤层、地应力、顶底板岩性等相关信息。
1．4系统功能
GIS系统成功实现多源信息的复合与集成后，信息显示和数值计算大为方便，其结果均可在界面上直观显示出来。
系统功能主要分为:数据录入模块、数据查询模块、预测决策模块和数据输出模块4个部分。
数据录入模块主要实现预测区域的属性资料选择、手动输入数据、自动读取文件数据、图形绘制与修改等功能；数据查询模块主要通过建立的属性数据库，实现各类信息的统计分析、查询、检索、修改等功能；预测决策模块主要依据区域瓦斯、煤层赋存、地质构造、采掘工艺和生产环境数据表中的数据，结合采掘瓦斯涌出量性能化预报方法，计算分析出区域瓦斯分布，并以区域图形或等值线方式显示区域瓦斯涌出预测分布，可查询某坐标或某工作面的瓦斯涌出预测情况，可提出相应的应对措施；数据输出模块主要实现图形输出、区域瓦斯涌出预测结果文件化和输出正式文档。
2瓦斯涌出预测关键技术及实现
2．1影响因素的选择
瓦斯涌出预测影响因素的选取原则:在采掘工作面设计阶段及实际生产
过程中，现场易测，资料可查，图纸可量。
基于此原则，影响掘进和回采工作面瓦斯涌出的相同因素有:煤层厚度、煤层倾角、埋藏深度、岩性、断层、褶曲、向斜、背斜、裂隙、相邻采空区、相邻煤层、集中应力、软煤带和构造薄煤带等；影响掘进瓦斯涌出的不同因素有:掘进工艺、巷道类型、巷道进尺、巷道断面和相邻巷道等；影响回采瓦斯涌出的不同因素有:回采工艺、推采方向、顶板管理、瓦斯排放和产量波动等。
2．2预报模型
2．2．1掘进工作面瓦斯预测基本模型
（1）
式中Q为掘进工作面瓦斯涌出量的预报值，m3/min；kf为掘进工作面瓦斯涌出富裕系数；q为掘进工作面瓦斯涌出基本量，m3/min；ki为掘进工作面瓦斯涌出影响系数，i=1，2，3，…，n；L为巷道累计进尺，m；qb为百米瓦斯涌出增量，m3/min。
2．2．2回采工作面瓦斯预测基本模型
（2）
式中Q为回采工作面瓦斯涌出量的预报值，，m3/min或，m3/(t·d)；kf 为回采工作面瓦斯涌出富裕系数；为回采工作面瓦斯涌出基本量，，m3/min或，m3/(t·d)；ki为回采工作面瓦斯涌出影响系数，i=1，2，3，…，n。
2．2．3瓦斯涌出影响系数的确定
瓦斯涌出影响系数分回采和掘进影响系数序列，分别对影响回采和掘进瓦斯涌出每个因素进行确定。
以顶底板岩性影响掘进工作面瓦斯涌出确定系数为例，其煤层顶、底板岩性及透气性能直接影响瓦斯赋存量的大小。
一般来说，砾岩的透气性大于砂岩，砂岩的透气性大于泥岩。
煤层顶板若为砾岩，煤层瓦斯易流失，煤层内瓦斯含量偏少。
煤层顶板多为泥岩、砂质页岩、砂岩、砾岩等组成，底板多为泥岩、炭质页岩、黏土岩、砂岩和石灰岩等组成。
采用煤层之上50 m 范围内各岩层厚度所占50 m厚度的比例与该岩性影响系数的乘积之和来表征顶板岩性影响掘进工作面瓦斯涌出系数，采用煤层之下30 m范围内各岩层厚度所占30 m厚度的比例与该岩性影响系数的乘积之和，再加上煤层赋存深度的相关影响，来表征顶板岩性影响掘进工作面瓦斯涌出系数。
其基本函数关系见式(3)，煤层掘进顶底板岩性、厚度关系见表1。
