基于.NET平台的冲击矿压监测系统的实践与研究

基于.NET平台的冲击矿压监测系统的实践与研究

张腾

中国船舶集团公司第七一○研究所，湖北 宜昌 443003

摘  要：冲击矿压是一种典型的矿山动力灾害，一旦发生后果极其严重，对冲击矿压的相关监测就显得尤为重要。现阶段监测冲击矿压危险的方法可分为现场实测法和冲击矿压危险算法两大类。现场实测法准确率较高但是由于冲击矿压的复杂性，该方法无法成为主要防治手段，只能作为冲击矿压防治的辅助手段，而冲击矿压危险算法虽然能对冲击矿压进行量化但操作极其复杂。本文结合现阶段煤矿实际情况，基于对煤层冲击矿压监测方法进行了研究，实现了一种智能判识冲击矿压危险因素的平台。

关键词：.NET平台；冲击矿压；监测系统；实践与研究

0引 言

据目前我国的发展趋势来看，在未来一段时间内，煤炭的基础能源地位依旧无法动摇。我国目前的煤炭开采深度已经达到600米，煤矿浅部区域的煤层基本开采完毕。未来我国煤炭开采深度将迅速升高，预计绝大多数煤矿的采深将达到1500米以上[1-2]。深部煤层的开采会使深部岩层受到剧烈的开采扰动，同时深部煤层的渗透压力、地应力、地温等因素也将相应升高[3]，煤矿灾害也愈发频繁。冲击矿压是一种典型的矿山动力灾害，一旦发生，小则造成煤层断裂、巷道塌陷、开采设备损坏，大则造成人员伤亡甚至可能引起煤矿瓦斯爆炸和地面凹陷等重大事故[4]。由于冲击矿压具有突发性、复杂性和猛烈性等特性，一直以来都对矿区人民的生命安全造成了严重威胁，且难以解决[5]。

笔者结合现阶段煤矿实际情况，将现场实测法与冲击矿压危险算法结合，基于AutoCAD二次开发对煤层冲击矿压监测方法进行了研究，实现了一种智能判识冲击矿压危险因素的平台。其主要功能是对冲击矿压进行危险评价并给出危险等级以及该危险等级下的具体防治措施，方便矿区人员直接实施。

1 综合指数模型

综合指数模型是一种将冲击矿压危险量化的方法，可以根据开采煤层的地质条件和采矿技术等相关影响因素对冲击矿业危险进行评价[6]，用综合指数来代表冲击矿压危险等级，从而达到对冲击矿压危险的监测。

1.1综合指数模型等级划分

冲击矿压一旦发生将会造成采掘空间的严重变形和破坏，可能造成重大的人员伤亡事故，甚至可能引起小范围地震[7]。因此对于冲击矿压危险的评价至关重要，在冲击矿压评价之前需要对冲击矿压危险等级进行划分[8]。使用综合指数模型对选定区域进行冲击矿压危险性评价，得到的结果是冲击矿压危险指数。根据冲击矿压危险指数对该区域的冲击矿压危险性进行分级，判断该工作面的危险状态，用无、弱、中等、强来描述冲击矿压危险性[9]。

1.2地质条件影响因素评价冲击矿压

煤层工作面上由地质条件影响因素所确定的冲击危险评价指数为Wt如式（1）所示：

     （1）

式中：Wt—冲击矿压危险指数（地质条件影响因素）；Wi—第i个地质因素的评估指数； Wimax—第i个地质因素的指数最大值； n1—地质因素的数目。

根据实际情况地质条件基本分为7大类，通过对7种地质条件影响因素进行评估得到评估指数W，根据上文给出的计算公式计算冲击矿压危险评价指数。

1.3采矿技术影响因素评价冲击矿压

煤层工作面上由采矿技术影响因素确定的冲击危险评价指数Nt如式（2）。

        (2)

式中：Nt—冲击矿压危险指数（采矿技术影响因素）； Ni—第i个开采技术影响因素的评估指数； Nimax—第i个开采技术影响因素评估指数的最大值； N2—开采技术因素的数目。

开采技术影响因素一般分为11类，通过开采实际情况以及采矿技术因素得出各个影响因素的评估指数。

2 .NET平台

.NET平台是微软为企业建立的一个相互连通且标准统一的技术平台，也可以说是企业架构[10]。实际上.NET平台就是微软提供的一个稳定且高性能的具有变革意义的技术编程平台，可以在.NET平台上实现各种应用系统。公共语言运行类(CLR)和.NET Framework 类库是构成NET框架的两个主要组件。CLR是Microsoft Visual Studio .net framework的一种基础语言运行库[11]。可以将CLR比作一个代理，为程序执行提供了环境，同时又可以对代码进行管理。另一方面CLR还提供了各种核心服务，包括对于内存和线程的管理，提升了系统框架的安全性[12]。.NET Framework类库的功能是用来开发应用程序的，设计人员可用其开发ASP.NET应用程序、图形用户界面以及传统的命令行，同时.NET Framework类库提供了大量可以直接使用的库，极大的提高了开发效率。

3系统需求分析

3.1系统总体线路分析

本系统的设计可分为4个阶段，首先获取冲击矿压危险影响因素参数，这部分可通过现场实测来完成；然后利用本系统设计的两种模型进行数据处理并存储到数据库中；最后利用C#语言设计了基于C/S架构的冲击矿压危险智能判识系统。冲击矿压危险智能判识系统设计路线图如图1所示。

图1 系统设计路线图

研究表明地质构造的某些特征决定着矿区灾害的发生条件，也是诱发冲击矿压的主要因素。诱发冲击矿压的因素众多，但基本上都可以归为三大类，分别是煤岩体的冲击倾向性、地质构造影响因素以及采矿技术影响因素。诱发冲击矿压的因素不仅数量多而且大都较为复杂，难以进行定量研究，因此本文采用综合评价指数来对冲击矿压危险评价结果进行量化。根据前一章介绍的算法模型，使用综合指数模型来对冲击矿压危险进行评价。

3.2系统功能性需求分析

综合指数模型是一种类比评价法，该方法类比的主要影响因素可分为两大类，分别是地质条件影响因素和采矿技术影响因素。通过综合指数模型分别确定待评价区域的两种冲击矿压危险指数之后，取两者中较大的危险指数作为该评价区域的冲击矿压危险指数。

评价冲击矿压时用户所需输入的内容包括：地质结构影响因素参量和采矿技术条件影响因素参量。系统识别因素参量得出评估指数后进行计算，最终得到冲击矿压危险指数及危险状态（无、弱、中、强）。评价结果可以用表格的形式导出（word格式或者pdf格式），包含对于该危险等级的防治措施。

4系统的设计与实现

本文将综合指数法计算模型分为两个部分，分别利用地质条件影响因素和采矿技术影响因素来评价冲击矿压危险性。通过这两种因素计算同一区域的冲击矿压危险指数，选取两者之中较大的危险指数为该区域的最终冲击矿压危险评价指数。

通过实践得出地质条件影响因素基本分为7大类。对于每一项地质影响因素，通过实践经验将其分为几个阶段，每个阶段都用相应的评估指数来代表。根据实际情况输入这7类地质影响因素，分别得到各个地质影响因素的评估指数，再根据相应的公式计算出冲击矿压危险指数。同理采矿技术因素分为11大类，依次得到每一类的评估指数之后，可根据相应公式直接计算冲击危险指数。比较两者大小，选取较大的指数为最终冲击危险指数。综合指数模型评价冲击矿压的流程如图2所示。

图2综合指数模型评价冲击矿压

综合指数模块只需要在系统中输入相关地质条件因素和采矿条件因素，就可以直接得出该区域的冲击矿压危险指数、危险等级和防治对策，效果如图3所示。

图3综合指数评价界面

将待评价区域的地质影响因素与采矿条件影响因素输入系统，系统分别计算出地质因素与采矿条件对应的冲击矿压危险指数，然后取两者最大值输出。点击开始按钮，在窗口右侧显示评价结果，给出冲击矿压危险指数、危险等级、危险状态以及防治措施。

5工程实践

本文选取某矿301107工作面为评价区域，平均煤层厚度为3.9m，冲击矿压历史发生次数为0次，采煤深度为734m，且受上区段采空区上覆顶板活动影响，同时保护层的卸压程度良好。

根据301107工作面现场的实际情况，提取地质条件影响因素和开采技术条件影响因素，使用综合指数模型对该工作面进行评价。通过系统计算得出301107工作面的冲击矿压危险综合指数为0.3，因此对于301107工作面，危险等级为B级，弱危险状态。通过传统方法综合分析比较，301107工作面的冲击矿压危险较弱，与综合指数模型的评价结果一致。

参考文献

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[11] 魏楚天. 企业在线CRM管理系统的设计与实现[D]. 南昌:南昌大学,2019.

[12] 汤明伟,郑柳娟.基于MVC的物料采购仓储系统设计与实现[J].计算机时代,2018(12):44-48+53.