冲击矿压预测系统的研究与开发

候姣姣，王明芳，高晓星

摘要:提出了冲击矿压预测系统模型,将冲击矿压系统划分为输入子系统、数据处理系统、预测软件包、等级划分计算机辅助设计和输出子系统五个模块。对预测系统模型进行了面向对象分析,并对系统实现的几个关键模块作了简要分析.其预测功能的强大、丰富实用的图形显示和数据结果分析工具，为更形象具体的对过去、现在、将来的冲击矿压发生过程进行模拟和预测提供了技术支持。

关键词:冲击矿压;预测系统;等级划分;模块分析

1冲击矿压预测系统总体介绍

本文提出的冲击矿压预测系统如图1所示.本系统共划分5个模块,分别为输入子系统、数据处理系统、预测软件包、等级划分计算机辅助设计和输出子系统，本系统中包含了采矿特有的空间几何关系,即平面交岔和立体交岔.本系统在VC++,VB或Delphi平台上开发,也可以在多平台开发后集成.

1.1冲击矿压预测系统的应用领域

（1）模拟过去冲击矿压的发生过程与防治方案

（2）模拟矿区深部开采及采矿过程中开采对区域顶底板支护的影像及其最优对策方案

（3）模拟冲击矿压实时破坏过程与造成的问题

（4）模拟并预测未来几年里冲击矿压的发生时间和破坏程度

（5）模拟冲击矿压的形成过程及其时空分布模式

1.2冲击矿压预测系统的预测功能

（1）可以模拟三维空间动态模型，二维平面、二维剖面或者轴对称二维动态曲线模型

（2）可以对过去、现在、将来的冲击矿压发生过程进行模拟和预测

（3）可以对矿井物理条件变化进行监测，包括温度、二氧化碳浓度、氧浓度监测

1.3冲击矿压预测系统的特点和功能

冲击矿压预测系统提供了其他任何矿压预测软件都无法比拟的，丰富实用的图形显示和数据结果分析工具。其先进的图形可视化及数据分析技术表现在:

(1)有限单元网格、边界条件和模型参数的三维可视化;三维彩色等势面显示以及二维平面彩色或等值线显示;

(2)三维矿井动态线追踪,变化时间及变化动画显示；

(3)三维交叉断面图、剖面图与切片图显示;

(4)三维图形的交互旋转、放大或缩小；

(5)模型整体和局部矿压均衡分析

(6)实时显示非稳定流模拟过程中的矿压动态变化值。

2冲击矿压预测系统模块

冲击矿压预测采用模块化设计方法，根据系统的功能本系统设有输入子系统模块、数据处理系统模块、预测软件包模块、等级划分计算机辅助设计模块和输出子系统模块等五个模块。该系统完成的任务是：通过对冲击矿压数据、温度信号、二氧化碳浓度和氧气浓度数据进行采集，最后将处理结果保存到数据处理系统模块中。将数据传输到预测软件包模块，对其进行综合的分析和判断，划分出冲击矿压的危险等级。最后利用等级划分计算机辅助设计模块对处理的结果进行动态化设计，通过输出子系统模块将结果输出。下面将对各个模块进行介绍。

2.1输入子系统模块

输入子系统模块主要完成系统的初始化，通过对图纸进行扫描输入，在经过预处理、矢量化和后处理后，将数据录入到数据库中，其中该模块包括一个数字化以及其它方法输入程序，它使得外接传感器输入和移动设备数据输入同时可以进行数据的输入。

2.2数据处理系统模块

该模块具有记忆功能，它包括数据库管理和数据通信两个子模块，数据库管理子模块主要是对录入的数据进行数据管理和数据查询；而数据通信子模块主要是将数据读出和进行写数据。该模块最终通过接口将所存储的数据传输到预测软件包模块，为其冲击矿压的预测分级提供数据支持。

2.3预测软件包模块

该软件包是该预测系统的核心部分，它包括三个子模块，分别为压力数据处理子程序模块、无线实时时钟校准子程序模块和冲击矿压预测主程序模块，接下来将分别对其进行介绍。

2.3.1压力数据处理子程序模块

矿压观测数据的处理技术对是减少煤矿事故，保证煤矿安全生产有非常重要的意义，该程序主要用于对各个采集点的压力进行简单的分析，并能根据分析结果进行输出。压力数据处理子程序主要通过接收上一模块传输过来的数据进行压力数据的分析，并通过数据显示子程序对数据进行显示，最后将压力数据进行输出。

2.3.2无线实时时钟校准子程序模块

当通过键盘调用该程序时，系统首先提示输入目标地址（即需要进行通信的压力数据采集装置的编号）和新的采样定时时间，将输入信息自动生动系统实时时钟校准命令无线发送出去，然后将其设置为专用频道，等待接收实时时钟设置完成应答命令。当接收到应答命令以后，表明设置成功，系统将无线数据重新设置为通用频道。

2.3.3冲击矿压预测主程序模块

该模块有三个子模块组成，分别为冲击矿压危险等级预测子模块、图框、经纬图、标题栏参数设计子模块和冲击矿压虚拟模拟子模块，下面将对这三个子模块进行分别的介绍。图2为分级预测实施图。

（1）冲击矿压危险等级预测子模块

对于存在冲击矿压险的矿井和采区,首先根据综合指数法分析地质和开采条件,划分出冲击矿压危险区域及重点监测区域,实现冲击矿压的早期预测,在软件的处理中会将综合指数法测得的矿压参数输入程序通过程序的运算得到矿压危险指数.若输出危险指数小于0.25,则绿灯亮,不再进行其他方法的检测,此处为安全区域。

在早期综合指数法的基础上,筛选出需进一步检测的区域采用微震法,对矿井冲击矿压的危险性进行区域监测和预测,微钻法测得参数同样输入程序处理,依据判据会得到该区域的矿压危险指数.若结果大于0.25小于0.5则输出危险等级为“A”，若结果大于0.5则需要对该区域更小的范围进行检测。

对于用微震法检测结果超出0.5的更精确区域,要同时采用微震法和电磁辐射法,进行局部监测和预测。将再次测得结果输入程序，会得到更确切的危险指数，若结果为0.5至0.75之间则输出危险等级为“B”。若结果大于0.75则需继续使用更精细的检测方法进一步确定。

对于基本确定危险指数在0.75以上的重点危险区域,采用钻屑法进行预测验证。继续将检测到的参数输入程序会得到更精确的危险指数。若结果在0.75至0.95之间则输出危险等级为“C”。若结果超出0.95，则直接亮起红灯，显示为危险最高等级.综合确定矿区各处冲击矿压危险等级,并对危险区域和地点采用强度弱化减冲技术进行治理.

（2）图框、经纬图、标题栏参数设计子模块

该模块主要是对主程序进行图框和标题栏进行设计，以其达到形象可视化的效果，使客户更好的使用和操作该系统，而经纬图的设计是对矿井下所测点的具体位置的标定和识别提供了依据，使所测数据有具体的地点位置的设定。

（3）冲击矿压模拟虚拟子模块

通过四种检测方法的检测，会对整个监测区域的应力状况有个整体把握。软件会将所有输入检测应力参数对应到每一坐标点，用应力分布图表示出来。这样更直观的反映了检测各点的应力状况。

等时间间距连续检测，会得到同一区域在各个时间的应力状况分布图。讲个连续应力图处理会得到整体区域个位置应力变化图，即绘制出了矿井冲击矿压追踪图。

2.4等级划分计算机辅助设计模块

该模块主要包括三个子模块：主要系统动态显示设计子模块、主要系统3D模型生成设计子模块和充填、文字及其它处理子模块，其主要功能是将处理的数据和分析得出的结果进行图形信息转换参数化，通过重构编辑最后将其输出。

3结论

本文针对冲击矿压检测的四种方法进行了分析，进一步将冲击矿压的分级预测和计算机软件结合，实现了矿压预测的程序化系统化。该软件包可以模拟矿压动态模型，平面应力分布图模型，并且对矿井中于矿压变化相关的参数进行监测，包括温度、二氧化碳浓度、氧浓度监测，更加综合全面的反映了矿压的相关状况，提高了矿压预测的精度和效率。