CN104463416A - 一种钻孔封闭质量分类及危险性评价系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钻孔封闭质量分类及危险性评价系统，该系统包括钻孔封闭资料数据库子系统、钻孔封闭信息查询子系统、钻孔封闭质量分类评价子系统、封闭不良钻孔导水危险性评价子系统；从钻孔的封孔用料的用量和封孔段距两方面对钻孔的封闭质量进行分类评价，结合两个方面的评价结果对钻孔的质量情况作综合性评价，通过钻孔封闭质量的分类评价确定出封闭不良钻孔，通过计算钻孔导水危险性因素的影响指标体系对各个影响因素进行量化，将量化后的各因素的影响指数作为BP人工神经网络模型的训练样本，利用训练好的网络模型对封闭不良钻孔的导水危险性进行评价。实现了高效评价，得到了相对更加准确的钻孔的封孔质量及导水危险性进行定量评价结果。
Description
技术领域
本发明属于煤矿生产领域，尤其涉及一种钻孔封闭质量分类及危险性评价系统。
背景技术
封闭不良钻孔是导致煤矿突(涌)水事故的一个重要影响因素。在不同历史时期施工的钻孔，由于各种原因导致一些钻孔存在封闭质量问题，给煤矿开采带来了重大隐患。封闭不良钻孔可以导通地表水、含水层水、老空水，也可以导通煤层或者老空中的瓦斯或者有害气体，还可以引起煤层自燃。废弃钻孔隐蔽性强，垂向深度大，生产中很难防范，而由于钻孔平面上影响范围小，往往容易被忽视，因此常导致重大事故。
许多煤矿至今将钻孔相关的信息资料以纸质的方式保存，且数据分散，冗繁，每次查阅都要柱状图等相关资料，大大浪费降低了工作效率且容易造成疏忽遗漏。以往开发的信息系统仅仅实现了钻孔数据的管理，并未对钻孔的封闭情况以及煤层开采对钻孔的影响进行分析评价，因此，设计一种实现钻孔数据库管理和钻孔封闭质量分类及导水危险性评价相结合的系统尤为重要，该发明全部由计算机完成数据管理、计算及分析等繁琐工作，实现高效评价，得到相对更加准确的钻孔的封孔质量及导水危险性进行定量评价结果，为煤矿领导和地质水文工作者对封闭不良钻孔防治提供一定的辅助依据，对保证煤矿安全高效的生产具有非常重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钻孔封闭质量分类及危险性评价系统，旨在解决纸质保存煤矿钻孔相关信息的方式工作效率低易疏忽遗漏，现有的信息系统仅仅实现了钻孔数据的管理，并未对钻孔的封闭情况以及煤层开采对钻孔的影响进行分析评价的问题。
本发明是这样实现的，一种钻孔封闭质量分类及危险评价系统，根据其功能分为4个子系统：钻孔封闭资料数据库子系统，钻孔封闭信息查询子系统，钻孔封闭质量分类评价子系统，封闭不良钻孔导水危险性评价子系统；
(1)所述的钻孔封闭资料数据库子系统包括钻孔基本信息数据库、钻孔封闭用料体积和质量数据库以及钻孔煤层信息数据库三部分；
钻孔基本信息数据库又包含钻孔基本信息，钻孔封闭信息、第四系及泥灰岩含水层信息；其中基本信息包括钻孔序号、名称、X(纬距)、Y(经距)、孔口标高、钻孔深度、终孔层位；钻孔封闭信息包括封闭钻孔结构、钻孔封闭起止深度、封孔材料及用量、封孔概况及取样质量；第四系及泥灰岩含水层信息包括第四系含水层底板标高，泥灰岩底板标高及厚度；
钻孔封闭用料体积和质量数据库包含了钻孔结构信息和封闭段距信息，钻孔结构信息包括孔径，起始深度和终止深度，封闭段距信息包括钻孔封闭段距的起始深度、终止深度、水泥用量和砂用量；
钻孔煤层信息数据库包含了钻孔所穿切的各煤层的底板标高，煤层厚度，以及封孔段距的起始和终止高度，孔口标高和最高水位；
(2)所述钻孔封闭信息查询子系统实现全部钻孔的总体查询功能和单个钻孔详细信息查询，包括钻孔封闭信息一览表，钻孔封闭详细信息查询两部分.
(3)所述的钻孔封闭质量分类评价子系统包括单个钻孔封闭质量评价，钻孔封闭质量评价表和封闭不良钻孔分类表；
单个钻孔封闭质量评价表中利用钻孔名称检索待评价钻孔，包含钻孔封闭材料(体积/质量)评价、封闭钻孔封孔段距评价、综合评价三部分；钻孔封闭材料(体积/质量)评价又包含钻孔封闭空间体积、封闭材料体积，理论水泥用量、实际水泥用量以及体积和质量两方面的评价结果；封闭钻孔封闭段距评价包含各煤层底板标高、煤层厚度、顶板冒裂带高度、理论封闭高度、实际封闭高度以及评价结果；综合评价包含各个煤层开采时钻孔封闭质量情况以及评价结果；
钻孔封闭质量评价表包含该钻孔所穿切的所有煤层在开采时对钻孔封闭质量产生影响的评价结果，包括合格、不合格和数据不足三种评价情况的钻孔；
(4)所述封闭不良钻孔导水危险性评价子系统由各个引发钻孔导水危险性影响因素的影响指数计算和BP人工神经网络模块预测两部分组成，其中导水危险性影响因素包括充水水源、地质构造、采掘活动，充水水源又包含第四系含水层、泥岩含水层以及老空水三个子因素，地质构造包含断层、褶皱，采掘活动包括导水裂隙带发育高度以及底板破坏深度，通过系统计算各个影响因素的导水危险性影响指数；BP人工神经网络预测模块包括各个参数设置、样本训练和样本预测。
进一步，钻孔基本信息数据库第四系和泥灰岩含水层信息均为煤层顶板含水层信息，该部分同样也适合于其他的煤层顶板含水层。
进一步，钻孔封闭用料体积和质量数据库需要按相应的要求输入钻孔的名称，钻孔结构，每一段封孔段距的起止深度及所用的水泥、砂的用量，如果某钻孔的封孔段距仅有一段，则只需把相应数据填入“第一段封孔段距”处，“第二段封孔段距”处全部空留即可；若要对数据库中现有资料进行编辑，则在“需要编辑的钻孔名称”文本框中输入要编辑钻孔名称，利用“资料编辑”里所有按钮的功能对数据进行编辑，以保证数据库的及时更新。
进一步，钻孔封闭信息资料数据库子系统都是通过钻孔名称进行检索，同时可以根据钻孔基本数据的改变对其进行资料的实时编辑，包括钻孔资料的填加、删除、修改。
进一步，钻孔煤层信息数据库中“序号”和“钻孔名称”不能为空，其他数据若有不详可以空留不填写。
进一步，钻孔封闭详细信息查询中根据钻孔封闭用料体积和质量数据库中的数据自动计算出钻孔每一段封孔段距的空间体积，材料体积，理论水泥用量和实际水泥用量，将理论值实际值进行比较，如果实际值大于理论值，则评价为“合格”，否则，则评价为“不合格”，在待评价的钻孔中，有少数钻孔由于不同程度的缺少钻孔结构信息、封孔起止深度数据、封孔用料信息等，数据不足，无法进行评价。
进一步，单个钻孔封闭质量评价综合评价结果就是综合评价封孔用料和封孔段距两个方面，从5种不同的情况对钻孔封孔质量进行综合分析评价：封孔用料合格，封孔段距合格，则钻孔封孔质量综合评价结果是合格的；封孔用料和封孔段距均不合格，则钻孔封孔质量综合评价结果是不合格；封孔用料合格，封孔段距不合格，则钻孔的封孔质量综合评价结果不合格；封孔用料不合格，封孔段距合格，这种情况下，需要在现有封孔用料的基础上重新计算封孔段距，如果重新计算所得的封孔段距仍然是合格的，则该钻孔封孔质量的综合评价结果是合格的，否则不合格；若封孔用料和封孔段距评价有一方面是由于数据不足无法评价的，而另一方的评价结果是不合格，则该钻孔的封孔质量的综合评价结果为不合格，若另一方的评价结果是合格，则该钻孔的封孔质量情况由于数据不足而无法进行综合评价，也定为封孔质量不合格。
效果汇总
本发明能够实现钻孔数据库管理和钻孔封闭质量分类及导水危险性评价的结合，由计算机完成数据管理、计算及分析等工作，实现了高效评价，得到了相对更加准确的钻孔的封孔质量及导水危险性进行定量评价结果，而且操作简单，为煤矿领导和地质水文工作者对封闭不良钻孔防治提供一定的辅助依据，对保证煤矿安全高效的生产具有非常重要的意义。
附图说明
图1是本发明实施例提供的钻孔封闭质量分类及危险性评价系统结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，钻孔封闭质量分类及危险性评价系统根据其功能分为4部分：钻孔封闭资料数据库子系统，钻孔封闭信息查询子系统，钻孔封闭质量分类评价子系统，封闭不良钻孔导水危险性评价子系统。
1、钻孔封闭资料数据库子系统是本系统的第一部分，包括钻孔封闭基本信息数据库，钻孔封孔用料体积质量数据库及钻孔煤层信息数据库。本评价系统用到的所有数据库信息的编辑和维护均在此部分实现。
基本信息数据库
通过系统菜单“钻孔封闭资料数据库”——》“数据库的更新与维护”——》“基本信息数据库”，系统弹出钻孔封闭信息资料的对话框，包括三个选项卡：基本信息、钻孔封闭信息、第四系及泥灰岩含水层。基本信息数据库实现封闭钻孔基本信息的添加、修改和删除。在每一个选项卡上输入相应的数据，建立钻孔封闭基本信息数据库。若要对数据库中现有钻孔资料进行编辑，则在“需要编辑的钻孔名称”文本框中输入要编辑钻孔名称，便可对其进行编辑操作。
钻孔封闭用料体积和质量数据库
通过系统菜单“钻孔封闭资料数据库”——》“数据库的更新与维护”——》“钻孔封闭用料体积和质量数据库”。系统弹出封闭钻孔用料体积质量数据库界面。此部分的数据库信息是为钻孔封闭质量评价中钻孔封孔用料体积和质量评价部分准备，用户需要按相应的要求输入钻孔的名称，钻孔结构，每一段封孔段距的起止深度及所用的水泥、砂的用量。
钻孔煤层信息数据库
通过系统菜单“钻孔封闭资料数据库”——》“数据库的更新与维护”——》“钻孔煤层信息数据库”。系统弹出钻孔煤层信息数据库界面。用户需要按要求输入每一个钻孔所穿切的各煤层的底板标高，煤层厚度，以及封孔段距的起始和终止高度，孔口标高和最高水位。除了“序号”和“钻孔名称”不能为空，其他数据若有不详可以空留不填写。
2、钻孔封闭信息查询是本系统的第二部分，包括对钻孔数据资料的总体查询和对每一个钻孔的详细查询。
钻孔封闭信息一览表
通过钻孔封闭信息一览表查询，可以查看钻孔的总体资料，通过“上一条”、“下一条”、“末记录”、“首记录”四个按钮来选择表中的各个钻孔记录。此部分还提供了钻孔查询，点击“查询钻孔”，输入所要查询的钻孔名称查看钻孔封闭数据资料。查看完毕后点击“返回钻孔表”，则可重新返回封闭钻孔一览表。
钻孔封闭详细信息查询
钻孔封闭详细信息查询包括四个选项卡：基本资料，钻孔封闭信息，第四系及泥灰岩含水层和钻孔封闭材料用量评价。通过系统菜单“钻孔封闭信息查询”——》“钻孔封闭详细信息查询”，系统弹出钻孔封闭详细查询对话框，通过输入钻孔名称进行查询，点击相应的选项卡查看对应的数据信息。
3、钻孔封闭质量分类评价是本系统的第三部分，该部分可以对每一个钻孔的封孔质量进行详细的分类评价，包括单个钻孔封闭质量评价，钻孔封闭质量评价表和封闭不良钻孔分类表。
单个钻孔封闭质量评价
通过系统菜单“钻孔封闭质量分类评价”——》“单个钻孔封闭质量评价”，系统弹出钻孔封闭质量评价详细情况界面。输入待评价钻孔名称，点击“评价”。本部分包括三个选项卡：钻孔封闭用料(体积和质量)评价、封闭钻孔封孔段距评价及综合评价结果。
钻孔封闭质量评价表
本系统以钻孔封闭质量的综合评价结果为依据，把钻孔分成封闭质量合格钻孔、封闭质量不合格的钻孔和数据不足无法做出正确评价的钻孔。通过系统菜单“钻孔封闭质量分类评价”——》“钻孔封闭质量评价表”，在下拉框中选择“合格”、“不合格”、“数据不足”，点击“检索”，便可以在数据窗口中显示所选类型的钻孔评价结果。
封闭不良钻孔分类表
通过系统菜单“钻孔封闭质量分类评价”——》“封闭不良钻孔分类表”，在下拉框中选择“封闭材料用量不足、“封孔段距不足”、“数据不足无法评价”，点击“查询”，相应的数据记录在下方的数据窗口显示。
4、封闭不良钻孔的导水危险性评价是本系统的第四部分，通过对封闭不良钻孔的导水危险性进行定量评价，通过评价结果划分危险性等级。
各危险性因素影响指数计算
通过系统菜单“封闭不良钻孔导水危险性评价”——》“各危险性因素影响指数计算”，系统弹出各因素的影响指数设置的详细情况界面。输入钻孔名称，在下方按照各项要求依次输入封闭不良钻孔各危险性因素的量化数值，如果第四系底界面或泥灰岩含水层未封闭，则“充水水源”中的“开采煤层顶板导水裂隙带顶部距第四系底界面的封孔段距”和“开采煤层顶板导水裂隙带顶部距泥灰岩底板的封孔段距”两个数值都设置为0，将各影响因素设置完毕后，点击“计算”，系统将计算结果显示到“计算结果”区域内，然后点击“保存”，将计算结果保存如数据库中，作为BP人工神经网络模型预测的训练样本。
基于BP人工神经网络的危险性评价
通过系统菜单“封闭不良钻孔导水危险性评价”——》“基于BP人工神经网络的危险性评价，系统弹出构建BP人工神经网络模型的详细情况界面。首先根据实际需要的要求设置“网络各层节点数”，“传递函数”，“网络参数”。然后再依次填加“训练输入样本”，“训练期望值样本”，“待预测样本”。其中，“训练输入样本”中的数据通过危险性因素影响指数计算所得。将所有数据输入完毕后，点击“开始训练”，此时系统将调用后台BP人工神经网络模型对训练样本进行学习训练，待达到预先设置好的训练精度后，模型完成训练；然后点击“预测”，系统将对待预测样本进行预测，其结果显示在下方表格中。最后点击“保存数据”，将计算结果保存入数据库。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性的劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种钻孔封闭质量分类及危险性评价系统，其特征在于，所述的钻孔封闭质量分类及危险性评价系统根据其功能分为4个子系统：钻孔封闭资料数据库子系统，钻孔封闭信息查询子系统，钻孔封闭质量分类评价子系统，封闭不良钻孔导水危险性评价子系统；
(1)所述的钻孔封闭资料数据库子系统包括钻孔基本信息数据库、钻孔封闭用料体积和质量数据库以及钻孔煤层信息数据库三部分；
钻孔基本信息数据库又包含钻孔基本信息，钻孔封闭信息、第四系及泥灰岩含水层信息；其中基本信息包括钻孔序号、名称、X(纬距)、Y(经距)、孔口标高、钻孔深度、终孔层位；钻孔封闭信息包括封闭钻孔结构、钻孔封闭起止深度、封孔材料及用量、封孔概况及取样质量；第四系及泥灰岩含水层信息包括第四系含水层底板标高，泥灰岩底板标高及厚度；
钻孔封闭用料体积和质量数据库包含了钻孔结构信息和封闭段距信息，钻孔结构信息包括孔径，起始深度和终止深度，封闭段距信息包括钻孔封闭段距的起始深度、终止深度、水泥用量和砂用量；
钻孔煤层信息数据库包含了钻孔所穿切的各煤层的底板标高，煤层厚度，以及封孔段距的起始和终止高度，孔口标高和最高水位；
(2)所述钻孔封闭信息查询子系统实现全部钻孔的总体查询功能和单个钻孔详细信息查询，包括钻孔封闭信息一览表，钻孔封闭详细信息查询两部分.
(3)所述的钻孔封闭质量分类评价子系统包括单个钻孔封闭质量评价，钻孔封闭质量评价表和封闭不良钻孔分类表；
单个钻孔封闭质量评价表中利用钻孔名称检索待评价钻孔，包含钻孔封闭材料(体积/质量)评价、封闭钻孔封孔段距评价、综合评价三部分；钻孔封闭材料(体积/质量)评价又包含钻孔封闭空间体积、封闭材料体积，理论水泥用量、实际水泥用量以及体积和质量两方面的评价结果；封闭钻孔封闭段距评价包含各煤层底板标高、煤层厚度、顶板冒裂带高度、理论封闭高度、实际封闭高度以及评价结果；综合评价包含各个煤层开采时钻孔封闭质量情况以及评价结果；
钻孔封闭质量评价表包含该钻孔所穿切的所有煤层在开采时对钻孔封闭质量产生影响的评价结果，包括合格、不合格和数据不足三种评价情况的钻孔；
(4)所述封闭不良钻孔导水危险性评价子系统由各个引发钻孔导水危险性影响因素的影响指数计算和BP人工神经网络模块预测两部分组成，其中导水危险性影响因素包括充水水源、地质构造、采掘活动，充水水源又包含第四系含水层、泥岩含水层以及老空水三个子因素，地质构造包含断层、褶皱，采掘活动包括导水裂隙带发育高度以及底板破坏深度，通过系统计算各个影响因素的导水危险性影响指数；BP人工神经网络预测模块包括各个参数设置、样本训练和样本预测。
2.如权利要求1所述的钻孔封闭质量分类及危险性评价系统，其特征在于，钻孔基本信息数据库第四系和泥灰岩含水层信息均为煤层顶板含水层信息，该部分同样也适合于其他的煤层顶板含水层。
3.如权利要求1所述的钻孔封闭质量分类及危险性评价系统，其特征在于，钻孔封闭用料体积和质量数据库需要按相应的要求输入钻孔的名称，钻孔结构，每一段封孔段距的起止深度及所用的水泥、砂的用量，如果某钻孔的封孔段距仅有一段，则只需把相应数据填入“第一段封孔段距”处，“第二段封孔段距”处全部空留即可；若要对数据库中现有资料进行编辑，则在“需要编辑的钻孔名称”文本框中输入要编辑钻孔名称，利用“资料编辑”里所有按钮的功能对数据进行编辑，以保证数据库的及时更新。
4.如权利要求1所述的钻孔封闭质量分类及危险性评价系统，其特征在于，钻孔封闭信息资料数据库子系统都是通过钻孔名称进行检索，同时可以根据钻孔基本数据的改变对其进行资料的实时编辑，包括钻孔资料的填加、删除、修改。
5.如权利要求1所述的钻孔封闭质量分类及危险性评价系统，其特征在于，钻孔煤层信息数据库中“序号”和“钻孔名称”不能为空，其他数据若有不详可以空留不填写。
6.如权利要求1所述的钻孔封闭质量分类及危险性评价系统，其特征在于，钻孔封闭详细信息查询中根据钻孔封闭用料体积和质量数据库中的数据自动计算出钻孔每一段封孔段距的空间体积，材料体积，理论水泥用量和实际水泥用量，将理论值实际值进行比较，如果实际值大于理论值，则评价为“合格”，否则，则评价为“不合格”，在待评价的钻孔中，有少数钻孔由于不同程度的缺少钻孔结构信息、封孔起止深度数据、封孔用料信息等，数据不足，无法进行评价。
7.如权利要求1所述的钻孔封闭质量分类及危险性评价系统，其特征在于，单个钻孔封闭质量评价综合评价结果就是综合评价封孔用料和封孔段距两个方面，从5种不同的情况对钻孔封孔质量进行综合分析评价：封孔用料合格，封孔段距合格，则钻孔封孔质量综合评价结果是合格的；封孔用料和封孔段距均不合格，则钻孔封孔质量综合评价结果是不合格；封孔用料合格，封孔段距不合格，则钻孔的封孔质量综合评价结果不合格；封孔用料不合格，封孔段距合格，这种情况下，需要在现有封孔用料的基础上重新计算封孔段距，如果重新计算所得的封孔段距仍然是合格的，则该钻孔封孔质量的综合评价结果是合格的，否则不合格；若封孔用料和封孔段距评价有一方面是由于数据不足无法评价的，而另一方的评价结果是不合格，则该钻孔的封孔质量的综合评价结果为不合格，若另一方的评价结果是合格，则该钻孔的封孔质量情况由于数据不足而无法进行综合评价，也定为封孔质量不合格。
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