目录
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1 引言 .............................................................................................................................. 1
1.1 问题的提出 ....................................................................................................... 1 1.2 国内外研究现状及存在的问题 ....................................................................... 2
1.2.1 国内外研究现状 .................................................................................... 2 1.2.2 存在的问题 ............................................................................................ 4 1.3 论文的研究内容及意义 ................................................................................... 6
1.3.1 论文的研究内容 .................................................................................... 6 1.3.2 论文的意义 ............................................................................................ 7 1.4 本章小结 ........................................................................................................... 8 2 矿井采掘衔接决策支持系统的总体设计 .................................................................. 9
2.1 系统开发方法选择 ........................................................................................... 9
2.1.1系统分析的方法 ..................................................................................... 9 2.1.2面向对象设计原则 ............................................................................... 11 2.2 系统总体设计目标 ......................................................................................... 11 2.3 系统体系结构设计及描述 ............................................................................. 13
2.3.1系统体系结构设计 ............................................................................... 13 2.3.2煤矿空间数据存储平台 ....................................................................... 14 2.4 系统设计思路和功能划分 ............................................................................. 16
2.4.1系统设计思路 ....................................................................................... 16 2.4.2系统结构及功能 ................................................................................... 17 2.5 本章小结 ......................................................................................................... 19 3矿井采掘衔接决策支持系统的数据模型和数据结构 ............................................. 21
3.1矿井采掘衔接所涉及地质对象的基本特征 .................................................. 21 3.2 矿井采掘衔接图地质对象数据模型的研究 ................................................. 22 3.3 矿井采掘衔接图地质对象的数据结构 ......................................................... 23
3.3.1结点 ....................................................................................................... 24 3.3.2弧段 ....................................................................................................... 25 3.3.3区 ........................................................................................................... 26 3.3.4地层 ....................................................................................................... 27 3.4 本章小结 ......................................................................................................... 28 4矿井采掘衔接决策支持系统的关键技术和方法研究 ............................................. 31
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河南理工大学硕士学位论文
4.1面向对象的内存管理方法 ............................................................................... 31 4.2图形文档的设计与管理 ................................................................................... 35
4.2.1图形文件数据格式 ................................................................................ 35 4.2.2图形文件在内存中的表达 .................................................................... 40 4.3采掘衔接模拟过程的控制方式 ....................................................................... 42
4.3.1概述 ........................................................................................................ 42 4.3.2几种模拟方法的阐述与比较 ................................................................ 43 4.4采煤及掘进工作面衔接系统模拟 ................................................................... 46
4.4.1概述 ........................................................................................................ 46 4.4.2系统分析 ................................................................................................ 46 4.4.3模拟模型建立 ........................................................................................ 48 4.5时间序列预测技术 ........................................................................................... 51
4.5.1概述 ........................................................................................................ 51 4.5.2时间序列分析的一般模型 .................................................................... 51 4.5.3矿井采掘衔接时序检验过程 ................................................................ 53 4.6 本章小结 .......................................................................................................... 53 5 矿井采掘衔接决策支持系统部分功能的实现 ......................................................... 55
5.1 系统界面 .......................................................................................................... 55
5.1.1主菜单 .................................................................................................... 55 5.1.2工具栏 .................................................................................................... 56 5.2 掘进接续图表的实现 ...................................................................................... 57
5.2.1队别管理 ................................................................................................ 57 5.2.2接续图表基础信息 ................................................................................ 58 5.2.3接续图表计划编排 ................................................................................ 59 5.3 本章小结 .......................................................................................................... 63 6 结论与展望 ................................................................................................................. 65
6.1 结论 .................................................................................................................. 65 6.2 展望 .................................................................................................................. 66 参 考 文 献 ................................................................................................................... 67
在学期间参加的科研项目 ...................................................................................... 71 在学期间发表的学术论文 ...................................................................................... 71 致 谢 .................................................................................................................................... 78
II
第1章 引言
1 引言
1.1 问题的提出
矿井生产是一个十分复杂而又重要的系统工程。一个矿井包含着诸多的系统，如：巷道布置系统、运输系统、排水系统、通风系统、采掘生产系统等，由于作为矿井生产核心部分的采掘工作面随生产的发展处于不断的推移运动中，因此，矿井生产中的各个系统也就处于不断的动态变化之中。这一显著特点是矿井生产与一般工厂生产的主要区别之一，它也给矿井的规划、设计、施工和生产所应用的技术水平和管理方法提出了更高的要求。
矿井采掘关系是煤矿生产中的重要关系之一，也是矿井能否正常生产和经济效益优劣的重要保证之一[1]。多年来，我国许多矿井的采掘关系不合理现象始终没有得到很好的解决，对矿井的生产管理和经济效益都有比较大的影响。虽然造成这种现象的原因是多方面的，但其中主要原因之一是我国目前所使用的编制和检验矿井采掘计划的方法，特别是在检验采掘计划方面还存在着一些不足[2]。
矿井采掘计划的计划期限根据需要可长可短，有矿井中长期规划，也有年度计划，乃至月计划等。无论编制哪个层次的计划，都是以保证矿井产量的所有回采工作面的正常接替为主线，安排水平开拓、采区准备和回采工作面等各类巷道的掘进工作。这项工作看起来并不太难，但由于矿井地质条件的复杂性、不确定性和模糊性，给采掘计划的编制带来了一定的难度，所编计划往往不符合实际情况，需要及时进行调整和补充。对采掘计划进行动态检验和调整比采掘计划的编制更经常更重要，因为煤矿采掘工作面生产不断发展、运动变化的特点，使得采掘计划无论编制得多么完美，还总是包含着许多未知的因素。因此，为了尽量减少这些未知因素的影响，在进行采掘计划编制和检验中，首先应尽可能选择较好的计划编制方法，选取比较理想的采掘接替方案，然后选择较好的计划检验方法，对采掘计划进行及时的检验和调整[1]。
近几年来，随着计算机的普及和信息化技术的高速发展，在信息化水平不高,没有形成企业信息化产业规模优势,信息基础设施相对落后的煤炭领域出现了数字化的热潮。而作为矿井生产中的关键环节，生产衔接决策是煤矿生产部门在进行生产安排时必须进行的一项工作[3]。
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河南理工大学硕士学位论文
地理信息系统（Geographic Information System,简称GIS）是一种在计算机软硬件支持下的空间数据输入、存储、检索、运算、显示、更新和综合分析的应用技术系统[4]。它是一门集成地球科学、空间科学、环境科学、信息科学和管理科学理论，并综合应用计算机技术、测绘、遥感技术、现代地理学和自动制图技术的新兴边缘学科（陈述彭，1991、1997；马蔼乃，1996；童庆禧，2001，2003）。
煤矿地理信息系统（Coalmine Geological Information System，简称CGIS）或者称为矿区资源环境信息系统（Mining Resource and Environmental Information 简称MREIS）（郭达志等，1996；毛善君，1997、1998；张海荣，1999；汪英宏等，2000）是一种特殊的地理信息系统的应用研究方向，其研究对象类型众多，主要是条件复杂多变且采前对其状态不能完全掌握的地下空间实体。矿山地理信息系统理论与应用研究为矿产资源的开发、矿山安全的检测提供信息支持和辅助决策手段。
但是目前大部分煤矿采用的还都是原始的手工出图，之后进行计算机显示，根本达不到真正地理信息技术所要求的空间分析功能实现煤矿生产的最优化管理
[5]
。通过人力决策的方法进行安排，这往往带来繁重体力的工作，更不能保证决策
的合理性和最优性。其中的主要原因是没有或太少与图形相对应的属性数据，图形与其真正表达的地理实体之间缺乏实际的联系，只是由技术人员根据图形的管理规则判别其实际意义，缺乏图形的动态识别。
矿井采掘衔接计划作为矿山信息系统的一个重要部分，它不仅能为我们提供可靠数据同时可以进行最优决策，从而简化了劳动，实现了以计算机为中心的自动化管理。使衔接安排这些以往的大工作量工作显得操作更加方便、快速、可靠，同时也能为计算机制图提供更准确的基础数据，在合理安排完成后自动进行绘图操作和决策显示，为真正实现矿山管理现代化奠定基础[3]。
本文即是在基于地理信息系统的环境下研究采掘衔接系统。
1.2 国内外研究现状及存在的问题
1.2.1 国内外研究现状
西方国家自20世纪60年代就将计算机及运筹学引入采矿工程，以平衡矿山各种作业、计算优化指标等。由于国外矿井巷道系统布置和采煤工艺较简单，采
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