摘要：通過研究礦井災害救援技術和地理信息系統，建立了基于GIS技術的礦井災害應急救援系統，以及內容豐富的礦井災害應急救援數據庫和知識庫，實現了礦井地圖的可視化管理，動態模擬演示各種事故的避災路線，為災害預防和處理提供了有力的技術支持。

　　關鍵詞：礦井災害；應急救援系統；地理信息系統

　　20世紀70年代以來，建立重特大事故應急管理體制和應急救援體系受到國際社會普遍重視，許多工業化國家和國際組織都制定了一系列重大事故應急救援法律、法規和政策。1993年國際勞工大會通過的《預防重大工業事故公約》，將應急預案作為重大事故預防的必要措施，在職業安全衛生管理體系中，應急計劃是關鍵的要素之一。應急救援預案是應急救援體系的重要組成部分。煤礦屬高危行業，通過建立重特大生產安全事故應急救援預案，可以控制事故發展并盡可能排除事故，保護現場人員和場外人員的安全，將事故對人員、財產造成的損失降低到最小程度。
　　
　　自20世紀60年代加拿大開發使用第一個地理信息系統以來，該技術不斷得到發展，其應用也逐步擴展至社會生活的各個領域。地理信息系統(GIS)是一種利用計算機對空間信息進行存儲和處理的系統，通過對空間信息及其他各類信息的有效管理，從而使大量抽象、枯燥的數據變得生動、直觀和易于理解，提高工作效率和管理工作的科學性和準確性。因此，將GIS技術引人到礦井災害應急救援管理工作中，將礦井災害應急救援信息與地理信息有機地結合起來，構建一個基于GIS技術的礦井災害應急救援系統具有十分重要的現實意義。
　　
　　1礦井災害應急救援系統和GIS
　　
　　1.1礦井災害應急救援系統
　　
　　礦井災害救援制約因素多、情況復雜多變，與其他行業的搶險救災工作相比，具備更強的技術性、時效性和更大的危險性，要求反應迅速、判斷準確、應變及時、措施有力，一旦事故發生，需要多支救援隊伍密切配合、集中指揮展開救援工作。因此，為保證礦井安全生產、保障礦山應急救援工作的及時有效，必須建立一套完整的災害應急救援系統，提高礦井的抗災救災能力，這也是處理礦井特別重大事故的關鍵。
　　
　　建立礦井應急救援系統的目的：一是發生事故后控制危險源，避免事故擴大，在可能的情況下予以消除；二是盡可能減少事故所造成的人員和財產損失。因此，礦井災害應急救援系統不僅要包括危險源空間布局、礦井環境狀況、關鍵設施狀況、應急救援力量等實體空間，而且還應涉及社會經濟領域的非實體因素，如人員分布、財產分布等。
　　
　　1)潛在災害類型及分布。潛在災害類型及分布是構建礦井災害應急救援數據庫的基礎。依據歷史災情庫和現實的地質環境特征，將該區域可能發生的災害進行辨識，并將其空間分布導入應急救援數據庫。
　　
　　2)礦井環境狀況。礦井環境狀況是引發礦井災害的物質基礎，是判別災害潛力的依據，尤其在那些災害頻發的敏感區域。
　　
　　3)關鍵設施狀況。包括井下主要設備如采煤、掘進、通風、運輸、監控和消防等設備的分布和運行情況。
　　
　　4)應急救援力量。包括救援基地、救災設備、救援專家和救護隊等重要應急救援機構的數量和空間分布情況。
　　
　　5)社會經濟因素。主要包括井下人員分布、井下生產和救援設備的布置及統計分析，生產成本核算等模塊。不同社會經濟條件下發生同種程度的災害，其產生的后果和經濟損失是不同的。
　　
　　礦井應急救援作為一個動態運行的過程，其復雜的災害生成機制需要強有力的信息分析工具的支持。地理信息系統(GIS)是解決這一問題的有力工具。
　　
　　1.2地理信息系統
　　
　　地理信息系統(GIS)是以地理空間和動態的地理信息為地理研究和地理決策服務的信息系統，已被廣泛用于資源管理、城市規劃、應急救援等各個領域。G1S的主要特點有：
　　
　　1)強大的圖形信息處理功能。從圖形學的角度來看，GIS實質上是一種便于計算機處理和網絡傳輸的數字化地圖或圖紙，可以方便地對空間數據進行輸入、編輯、顯示、查詢、空間分析和輸出打印，也可以利用三維動態仿真技術對各種要素實現仿真模擬，構造一個符合實際的模擬空間，展現各種地物之間復雜的時空關系。
　　
　　2)空間數據和屬性數據的完美結臺。GIS不但包括各種要素分布的空間數據，也包括這些要素的屬性數據，如管道的管徑、材質、維修記錄、事故的應急預案等，而且空間數據和屬性數據之間是一種密切的對應關系，空間信息和屬性信息形成一個有機的整體。通過檢索空間數據可查詢相應屬性信息；通過檢索屬性數據也可以查詢相應的空間信息。避免了圖形與相應的屬性數據分離的現象，給企業資源的全面管理帶來了極大的方便。
　　
　　3)統一的數據庫管理系統。一些數據庫和應用系統公司，如Oracle，Microsoft和SAS等，已擴展了其產品容納空間數據管理功能。另一方面，許多GIS軟件也包含空間數據庫引擎(SpatialDatabaseEngineSDE)數據模型，借助這一模型可將空間數據加入到關系數據庫管理系統中。這樣使得大規模的GIS系統與空間數據技術一體化成為可能，便于各種系統的集成和信息共享。
　　
　　4)獨特的空間分析功能�？臻g分析是GIS最主要的特色。GIS系統可以利用其空間數據庫和屬性數據庫，結合高效的算法進行空間分析。如對距離某一事故地點一定范圍內各種空間要素的搜索，并對相關信息進行統計分析，為事故處理提供所需要的信息和應急預案等。這種空間分析的功能是其他信息管理系統無法實現的。
　　
　　2礦井災害應急救援系統的結構與功能
　　
　　2.1系統總體結構
　　
　　根據系統需求分析和開發目標，礦井災害應急救援系統主要包括：決策系統模塊、礦井災害模塊、應急預案模塊、災害處理模塊、法律法規模塊和系統總控模塊，其結構見圖1。

 

　　1)決策系統模塊。它具有維護和管理礦井基礎信息所需的基本功能，主要由相關數據庫和地物屬性分布組成�；�礎信息包括礦井情況數據庫、主要災害信息數據庫、安全設備數據庫、井下主要設備信息數據庫以及采掘工作面分布、井下消防設備分布和井下電話分布等。主要災害信息數據庫包括水災、火災和瓦斯等信息數據庫。
　　
　　2)礦井災害模塊。它具有礦井災害知識庫的功能，囊括了礦井災害從預測預報到控制處理的一般方法，主要包括礦井災害預測方法、礦井災害控制方法、礦井災害處理方法。同時還提供了礦升災害案例庫這一功能，方便查找相關的礦井災害案例，以期達到學習借鑒的目的。此模塊所有內容均按照水災、火災、瓦斯3種礦井常見災害類型進行分類編排，便于查找使用。
　　
　　3)應急預案模塊。它是整個礦井災害應急救援系統的核心，具有維護和管理整個礦井災害應急救援的基本功能，主要包括礦井災害應急預案、應急救援隊伍、救災設備數據庫、救災專家數據庫以及國家級礦山救援基地分布等內容。在礦井災害應急預案中可以查詢到通用的應急救援預案，如國家局制定的礦山重特大生產安全事故應急預案，也可以查詢到針對本礦井實際的自行制定的應急預案內容。
　　
　　4)災害處理模塊。為提高應急救援反應速度和協調水平，以知識庫的形式向決策者提供災害處理方法、救災專家庫和救災設備庫等內容，幫助決策者及時采取適當措施應對突發事件。此模塊按照水災、火災和瓦斯3種災害類型提供針對礦井特定災害的應急處理措施和專家、設備的查詢功能。
　　
　　5)法律法規模塊。以電子文檔的形式提供了礦山生產適用的各項法律法規和部門規章制度，能夠按照目錄、索引和關鍵字進行查詢、打印，同時預留了擴展接口，用戶可以隨實際變化增減法律法規條文，有效地減少了檢索規章制度文件的時間，為領導者決策提供依據。
　　
　　6)系統總控模塊。此模塊以數據庫和知識庫為基礎構筑系統的運行環境，輔以友好的用戶界面和人機對話過程，有效地實現了礦井采掘工程平面圖的顯示、查詢、編輯功能，以及避災路線的動態顯示。
　　
　　礦井災害應急救援系統能夠為礦井突發性事故和災害的應急管理提供一個完整的解決方案。該系統可以實現對礦井基本情況、主要災害信息、危險源分布及救災力量等信息的查詢、圖形編輯、屬性更新，確定特定災害的影響范圍，大致預測災害損失。在災害應急響應與快速救援指揮中顯示最佳避災路線，調度與管理抗災力量，對應急預案數據庫進行決策支持和數據更新，從而方便生產單位在災害發生時及時啟動相應的應急預案，輔助領導全面掌握災情并進行救災指揮決策，將災害損失降到最低限度。
　　
　　2.2數據庫的組織與建立
　　
　　2.2.1建庫流程
　　
　　數據的豐富性、正確性和實時性直接關系到礦井災害救援的效果。本系統數據庫是在資料收集和策劃階段即開始建立，在軟件編制過程中不斷豐富其內容�？紤]到本系統建成之后結合礦山企業現有內部辦公網絡進行應用時數據共享的問題，以及數據庫內表單較多數據豐富、未來數據庫擴充的需要，為保證數據庫系統的安全和提高數據的管理效率，本系統選用了功能強大的SQLSever2000作為后臺數據庫。先后建立了礦井情況數據庫、主要災害信息數據庫、安全設備數據庫、主要設備數據庫、地圖屬性數據庫以及救災專家數據庫和救災設備數據庫等。
　　
　　2.2.2數據的分層組織
　　
　　GIS數據庫存在2類數據：屬性數據和空間數據。屬性數據表示空間物體與幾何位置無關的屬性�？臻g數據表示物體的位置、形狀以及相互關系等方面的信息。數據采用分層的方式存放。
　　
　　2.2.3數據的查詢與顯示
　　
　　在礦井災害應急救援系統中，用于查詢和顯示等功能的數據全部存放于數據庫中。用戶在查詢地圖中的某個地物信息時，GIS系統首先將此地物映射到地物所在圖層的空間數據庫中，并根據空間數據庫中的有關字段檢索與之相關聯的屬性數據庫，獲得此地物的屬性信息并以圖表的形式將查詢結果顯示出來。
　　
　　當災害發生時，用戶只需在地圖上點擊災害發生區域，在彈出的菜單中選擇相應的災害處理情況，系統就會根據用戶所選擇的區域ID值自動判斷和選擇相應災害的處理措施、救災專家和救災設備，并將結果顯示出來。系統與數據庫的關系圖見圖2。

 

　　3系統應用
　　
　　開發本系統的主要目的是依托GIS平臺，將礦山生產工作范圍內的電子地圖、屬性數據以及統計數據相結合，構成地理信息系統平臺，通過此平臺，實現生產工作范圍內井下巷道、采掘工作面和各種機械設備數據及其他數據的全面整合，達到數據統一管理和資源共享。同時在此基礎上提供災害預測、控制和應對方案，提高管理工作的科學性、規范性，以及災害處理工作的及時性、準確性。
　　
　　本系統建成后在河北東龐礦進行了實地應用，實現了根據需要繪制、編輯多條避災路線；路線可以放在不同的圖層中；可以沿事先設定好的避災路線動態模擬人員避災逃生路徑。本系統在開始研制時就考慮到了后續功能的可擴展性，一次編程，實現多個功能。目前該系統應用于該礦的調度室、總工室、采掘工程、運輸系統、供電系統、通風系統、提升系統等部門，系統運行良好，并進行了多次模擬救災推演，效果理想。
　　
　　4結論
　　
　　通過對地理信息系統和礦井災害救援技術的研究，建立了基于GIS技術的礦井災害應急救援系統，實現了礦井災害應急救援技術的可視化，為災害預防和處理提供了有力的技術支持。主要研究成果有：
　　
　　1)根據相關法律、法規、技術標準和事故應急救援要求，建立了礦井災害應急救援系統軟件平臺，并編制了礦井災害應急預案。
　　
　　2)利用GIS強大的圖形信息處理功能，實現礦井電子地圖的可視化，并將圖中地物的空間數據和屬性數據完美結合，從而實現圖元的查詢和反查詢，為礦井災害應急救援提供決策依據。
　　
　　3)將GIS與井下重大危險源及應急救援數據庫連接，實現了井下重大危險源分布在地圖上的顯示功能，并能動態模擬各區域相應災害的避災路線、影響范圍及災害處理措施，引導人員及時逃生，同時指導救援人員及時開展救援工作。
　　
　　4)建立了強大的災害應急救援知識庫，為領導和事故救援人員的決策提供依據。
　　
　　5)建立了一套相對完整的礦井災害應急救援系統軟件，軟件界面友好、圖文并茂，為礦井的安全生產、制定相關的災害預防和控制措施提供科學的決策體系，為礦井的應急救援技術提供一條新思路。