基于CS架构的煤层底板突水危险性多源信息综合评价系统的集成开发和实现

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煤炭资源作为我国能源消耗主要载体的趋势不变,影响煤炭产量的关键问题之一是矿井水害频发,因此煤层底板突水危险性评估研究在保证矿井安全开采和煤炭产量上具有重要意义。目前底板突水危险性评价需依赖多平台运算才能判别目标煤层突水危险性,模型运算和评价结果呈现步骤分离化大,整个计算过程繁琐复杂且不够智能化。在指标权重模型上,突水研究大多也还是基于主观分析法如AHP(层次分析法)构建突水评价模型,不仅模型单一且赋权主观需依赖专家经验。因此本文为解决这些问题,对集合多模型的底板突水危险性综合评价一体化系统进行了设计和集成开发,使系统能被更广泛的人员使用。基于底板突水危险性评估思想,对系统进行架构设计、数据库设计及功能结构设计,引入新的数学权重算法应用模型探究指标数据内部客观规律,构建新的底板突水评价模型。基于GIS空间理论及软件工程技术完成了底板突水危险性评价从源数据到结果图层一体化处理呈现的多源信息综合评价系统的开发。最后以贵州省金沙县龙凤煤矿为例,融合多源异构指标信息对井田煤层底板突水危险性进行评估。论文主要研究成果及创新点如下:研发了底板突水危险性多源信息综合评价一体化系统。依据系统需求功能、数据安全性要求高、专业性强、响应速度快的特点建立了C/S(客户端/服务器)三层架构、关系型SQL Server数据库以及设计了功能结构。综合已有研究成果,结合GIS空间技术从底板充水含水层、隔水层阻水性能及地质构造三方面选取了九个普适性较强的影响因子作为底板突水危险性评价指标嵌入到系统中;权重量化模块将熵权算法模型、CRITIC算法模型以及机器学习方法——随机森林算法模型引入,并结合迭置指数法和突水系数法建立两种评价预测模型并运用软件工程技术进行模块开发。系统整合了多流程计算,以串联数据处理-指标量化-模型赋权-对比分析-危险性评价及可视化模块,并集成多权重计算模型和评价方法,满足了煤层底板突水危险性评价的协同统一处理需求。以龙凤煤矿为系统应用实例,分析井田煤层底板突水危险性评价指标的空间分布差异性,通过系统集成的迭置指数评价模型得到底板突水危险性综合评价分区图,并与传统突水系数法评价结果作比较,其中迭置指数评价法较传统突水系数评价法更能判定局部区域煤层底板突水危险性大小。龙凤煤矿底板突水评价中,研究区煤层底板突水危险性时空分布特征整体呈现南部和北部断层褶皱发育地带较强,北部和中部以南相对较小,中部区域处于突水危险性相对安全区。多模型运算结果中,突水危险性空间分布存在一定局部差异性,其中结合随机森林算法的迭置指数评价模型突水危险性评估表现最佳,特别是断层和褶皱的影响区和破坏区,随机森林模型区分最明显,表现出良好的数据挖掘能力,结果更为合理精确。龙凤煤矿底板突水评价实例应用进一步验证了系统的可靠性和实用性。
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