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煤矿采掘工程动态可视化管理理论与应用

发表时间：2020/6/15 来源：《基层建设》2020年第6期作者：邵振文

[导读] 摘要：由于我国经济发展迅速，人民对于煤矿能源需求也逐渐增高，当代开采煤炭的相关事业也变得壮大起来，同时挖掘煤炭时所面临的安全性问题也广受大家的关注。

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        摘要：由于我国经济发展迅速，人民对于煤矿能源需求也逐渐增高，当代开采煤炭的相关事业也变得壮大起来，同时挖掘煤炭时所面临的安全性问题也广受大家的关注。基于系统工程思想，设计了现代化的煤矿采掘工程可视化管理系统。该系统以AutoCAD为图形环境，通过与计算机技术的结合实现煤矿采掘作业的可视化操作和管理。期待研究成果能够为中国煤矿采掘行业的现代化改建提供参考。
        关键词：煤矿采掘；采掘工程；动态管理；可视化管理
        1当前我国煤矿的采掘工艺
        1.1回采工艺
        在当前煤矿开采中，回采工艺的应用是比较关键的手段，其有助于形成持续稳定的煤炭开采效果，直接关系到煤矿开采效率和开采量。对于煤矿回采工艺的具体应用而言，恰当选择适宜的落煤方式是关键要点，需要结合煤矿采掘实际状况以及水文地质特点，确保整体回采更为安全可靠。在回采工艺的具体应用中，往往还需要重点关注于支护方面的相关工作，确保支护材料的选择以及支护密度较为适宜合理，避免在煤矿采掘过程中出现较为严重的安全隐患。为了更好优化回采工艺应用效果，借助于回柱放顶以及特殊支架的应用同样也能够发挥积极作用，应该在具体回采工作中加大管控力度。
        1.2掘进工艺
        对于煤矿采掘工作的开展，恰当的掘进工艺应用同样也至关重要，掘进工艺对于煤矿开采效率以及开采量都存在直接关系。当然，对于不同煤矿采煤方法的应用，涉及到了不同的掘进工艺，如此也就需要在具体工艺选择和执行中进行针对性控制，切实优化掘进工艺应用效果。比如在爆破采煤法的应用中，爆破掘进就是比较关键的掘进工艺，需要围绕着爆破流程进行严格把关，符合煤矿采煤基本要求。
        1.3通风工艺
        在煤矿采掘过程中，往往存在着较多的风险问题，很容易引发安全事故，尤其是对于煤矿内部存在的大量粉尘以及瓦斯气体，更是容易产生爆炸威胁。基于此，在煤矿采掘中恰当引入和应用通风工艺也就显得至关重要，需要合理布置通风系统，借助于机械化通风手段，合理设置通风频率和通风量，加大监控力度，保障煤矿采掘更为安全。
        2可视化技术概述
        可视化技术研究是一个新兴的研究领域，于1987年由美国国家科学基金会首次提出。可视化技术的主旨是“将图形和图像技术应用于科学计算，成为一个全新的领域”，简而言之，就是利用计算机强大的图形功能将抽象的计算结果展示出来。从这个角度看，可视化技术有简单形象、易于理解的优点，因此该技术也成为了很多领域的热门研究对象。可视化技术在矿质工程方面的应用包括矿质模拟、实物建模、数据测量等，但目前该技术在矿质工程方面的应用并不多，因此本文开展了煤矿采掘方面的可视化研究。
        3煤矿采掘工程可视化管理系统
        3.1工程图形的特点
        采矿工程也有工程图纸，但采矿工程图纸与其他建筑工程图纸不同，其具有以下3个特点：a）通过各种符号反映采矿环境的空间形态及其在三维空间中的位置，以坐标的形式表现。b）图纸中有大量的图例，图例的选择一般由制图人员决定，并无统一标准（建筑工程图纸的各种图例均有统一标准）。c）图纸中有各种分界线，通过分界线实现对各种采矿环境的划分，采矿图纸中的分界线表示的是矿物采掘的空间规划，因此非常重要。采矿图纸对分界线的要求非常严格，图纸中的分界线不但要有高精度，还必须是光滑曲线，不光滑的曲线容易造成对边界的误解。正因为以上特点，采矿工程图纸的绘制工作比其他建筑行业图纸的绘制更为困难。
        3.2工程图形的建立
        图素的构建和图纸的绘制均可由AutoCAD完成，AutoCAD是一款非常强大的工程制图软件，因此使用它来实现图素的收集和图纸的绘制，并且通过AutoCAD的二次开发功能实现对管理系统界面的建立[1]。目前，国内已有一些使用AutoCAD进行采矿工程图形建立的研究，这为研究设计工作带来了很大的便利，因此在前人研究的基础上展开了对采矿工程图形的建立工作。

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        4煤矿采掘工程可视化管理系统实现
        4.1开发环境
        为保证开发系统的易操作性，开发的系统软件环境为Windows7操作系统和AutoCADver.2010，硬件环境为高配置PC（出于成本和可操作性的考量，所选择的高配置PC为六核心2.5GHzCPU（中央处理器）、10GB内存、双精度1.8TFlopsGPU（图形处理器），在实际应用时的配置应不低于此）、打印机、扫描仪、绘图仪等配套设备。
        4.2开发工具
        由于开发操作系统选择为Windows系统，因此将开发语言选择为VB和AutoCAD内置的Visuallisp，通过VB语言实现对AutoCAD的二次开发和可视化管理系统的构建。相比于其他环境开发语言，VB语言是一种简单易学的语言，且对AutoCAD的兼容性良好，非常适合用于快速开发[2]。
        4.3系统模块功能
        4.3.1平面图录入
        平面图录入系统是将采矿时矿山、矿道、矿壁的详细资料录入到计算机系统中，该系统以图形符号的方式实现对采矿环境的录入，可录入的范围包括断层、塌陷、钻孔等的等高线图形，矿井、采矿区、水体环境等的边界线，公路、铁路、村庄、河流等设施的符号等。
        4.3.2采掘工程剖面图管理
        采掘工程剖面图管理系统用来记录采掘的各种工程数据，并将所得数据存储入数据库中，以便于后期的查询和参考。
        4.3.3测量数据管理
        测量数据管理系统用于将工程测量数据如开采进度、掘进进度、煤矿质量、日均开采量等保存起来，以便于后期的绘图和校对[3]。
        4.3.4工程图形设计
        工程图形设计系统负责采矿相关的工程图形设计，例如采矿工作面设计、矿井结构设计、矿道路线设计等，在设计完工程图之后，可将其保存至数据库中，用作后期采矿参考。
        4.3.5安全信息
        安全信息系统通过对煤矿矿道内各项参数的检测和预警实现对采矿时的安全管理，从而保障煤矿开采时的安全。安全信息系统包括瓦斯监视系统、设备管理系统、疏散路线管理系统和人员管理系统。
        4.3.6三维模型显示
        三维模型显示系统可将矿道内的复杂结构以三维模型的形式显示在屏幕上，对分析和理解矿道内的详细情况有很大作用。三维模型显示系统包括煤炭显示和巷道显示。
        5煤矿采掘工程可视化管理系统程序设计策略
        5.1缩小子程序规模
        在设计子程序时，将每个子程序代码行数控制在100行以下，这样的小型化子程序结构简单，易于阅读和维护，移植所需的改动也较小。
        5.2分层管理程序
        大型程序中有大量的子程序，对于大量子程序，较好的管理方式是分层管理，通过建立若干子程序库，将每个子程序库视为一个层级来管理子程序。在实际分层时，可根据子程序的功能和调用级别分类，以便于后期对子程序的维护和优化。
        结束语：
        综上所述，煤矿开采行业是保障中国国计民生的重要行业，因此研发了基于现代可视化技术的煤矿采掘作业管理系统。该系统的学习成本低，界面简单易操作，可实现平面图录入、剖面图管理、数据管理、图形设计、安全控制和三维建模。期待所开发的可视化管理系统能够为提升中国煤矿采掘行业的效率贡献一份力量。
        参考文献：
        [1]牛昌盛.煤矿采掘工程动态可视化管理理论与应用研究[J].能源与节能，2018（11）：144-145.
        [2]李美剑.可视化管理系统在水利水电工程施工中的应用[J].绿色环保建材，2018（07）：224+226.
        [3]王景贤.基层标准化建设与可视化管理的创新实践[J].化工管理，2017（01）：121.
        [4]韦金立.水利水电工程施工可视化管理系统研究[J].建材与装饰，2016（20）：275-276.