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基于GIS的国家出资地质勘查核查系统的设计与实现

陈小红1 潘懋1 徐旸2 汪艳梅3

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(1.北京大学地球与空间科学学院；2.北京市地质调查研究院；3.内蒙古自治区国土资源信息院)

摘要 进行矿权范围内涉及国家出资地质勘查情况核查是矿政管理的一项重要工作。本文基于GIS技术，采用矿政空间数据与地质资料的结合，实现了矿权范围内涉及国家出资地质勘查情况筛查、重叠区域的核实等功能。该系统在内蒙古自治区国土资源厅实际工作中得到了应用，极大地提高了核查工作效率。

关键词 国家出资地质勘查 GIS 空间分析 影像配准

0 引言

国家出资地质勘查，是指地质勘查资金由国家投入、地质勘查风险由出资者(国家)所承担的地质勘查。国家投入的地质勘查资金来源一般包括税收、矿产资源补偿款、矿业权使用费及价款、地质勘查基金(中央或者地方)[1～2]。国家出资地质勘查形成的成果以不同形成体现在矿业权中，因此在矿业权登记、转让等环节中，需要考虑国家出资地质勘查情况。

矿政管理一般要承担矿业权的登记、变更、注销等工作以及矿产储量登记工作等。GIS技术已经广泛应用于矿政管理系统中，矿权管理系统、储量空间数据库管理系统、矿业权审批系统等[3～7]主要实现数据填报、矿权登记业务流程管理、网上审批、基于GIS功能的图形查询、统计、发布等功能；GIS应用于“一张图管矿”是业内研究的热点，主要将矿业权实地核查数据与矿产资源规划等多个数据库进行集成，实现矿权审批、监管、统计分析等[8～11]。

本文基于GIS技术，结合地质档案资料，集成探矿权、采矿权、储量等空间信息，实现了矿权范围内涉及国家出资地质勘查情况筛查、重叠区域的核实等功能，为矿业权登记、转让等环节中价款核算提供支持。该系统在内蒙古自治区国土资源厅工作中得到应用，解决了传统核查中核查精度低、周期长的问题，提高了矿政管理效率。

1 系统框架及功能

1.1 设计思路

矿业权(探矿权、采矿权、划定矿区范围批复等)审批、价款评估与缴费是矿政管理的一项重要工作，而进行矿业权范围内国家出资地质勘查情况核查工作是矿政管理及价款评估与收缴的重要依据之一。基于GIS的国家出资地质勘查核查系统建设应满足矿政管理的多层次需求，实现涉及矿政管理的基础数据管理、查询、图形核查、报告管理、统计分析等需求。系统建设应遵循总体设计、分步实施、技术先进、安全可靠的基本思路。

总体设计，分步实施：系统设计按照矿政管理需求，全面统筹规划，做好顶层设计，进而分步骤实施。优先考虑系统架构的合理设计，在此基础上逐步进行各功能组件及系统接口的深化设计，使组件之间实现高内聚、低耦合，力求形成一个布局合理、功能完备、能力均衡、分工明确的平台。

技术先进，安全可靠：系统建设充分借鉴信息技术发展前沿技术，综合运用数据库、地理信息系统(GIS)、分布式计算等多项信息技术，并遵循稳定性(运行稳定)、可扩展性(功能、数据、可视化、用户界面等)、可配置性(参数可配置)、标准性和规范性等设计原则。

1.2 系统框架

基于GIS的国家出资地质勘查核查系统框架包括数据库、技术支撑、应用系统、用户等，如图1所示。利用地质资料目录数据库、地质资料图文数据库、探矿权登记数据库、矿业权登记数据库及储量空间数据库，提取相关的数据项，构建数据库；采用空间数据库引擎进行数据访问；基于GIS平台二次开发，实现空间检索和图形核查等功能；基础组件实现显示、可视化、报表、报告模板、输出等等功能。

图1 基于GIS的国家出资地质勘查核查系统框架

1.3 主要功能

基础数据管理：主要包括地理底图、地质资料目录数据、探矿权登记数据、矿业权登记数据、储量空间数据管理。除了具有数据导入、录入、修改、删除等功能外，还包括利用区域坐标(拐点坐标)生成图层功能，生成的图层为地质资料目录GIS图层、探矿权GIS图层、矿业权GIS图层、储量GIS图层；另外，区域坐标(拐点坐标)发生变化后，GIS图层将实现更新。

条件查询：包括地质资料目录数据、探矿权登记数据、矿业权登记数据、储量空间数据查询。

空间检索：除了具有点选检索、拉框检索、输入地理坐标检索功能外，还有两个图层交互检索功能。

图形核查：功能包括两个方面：一是在地理底图基础上加载探矿权图层、矿业权图层、储量信息图层及地质资料目录图层，实现待核查矿权范围内地质资料检索，检索结果显示、追加、删除及资料查看等功能；二是实现待核查矿权与涉及国家出资地质勘查重叠区域比对功能，包括导入数据、配准、距离量算、面积量算、数据导出等功能。

核查报告管理：核查信息保存到数据库后，系统具有提取核查信息并自动生成报告功能，并且还具有报告上传入库、查询、显示等功能。

统计分析：按照矿权性质(招拍挂、探矿权、采矿权、划定矿区范围)统计，按矿权类别(探转采、延续、变更、转让、新立)统计，按行政区划查询(矿权所在的省、市、区行政区划)统计。

2 系统主要关键技术及实现

系统采用Oracle10 g数据库，把地质资料目录数据库、探矿权登记数据库、矿业权登记数据库及储量空间数据库提取的数据项按照空间-属性进行关联；系统采用C＃ WinForm，基于GIS平台二次开发；实现系统的关键技术主要为矿权涉及国家出资地质勘查项目筛查、矿权涉及国家出资地质勘查重叠区域核实、核查信息提取并生成核查报告等方面。

2.1 空间数据与属性数据组织

地质资料是一种国家投入巨额勘查资金获得的特有信息资源[3]，是将地质勘查形成的原始地质资料、实物地质资料等进行总结、编制而形成，地质资料需按照地质汇交管理办法进行汇交[12]。汇交的地质资料包含目录和电子文件。利用地质资料目录数据库、地质资料图文数据库、探矿权登记数据库、矿业权登记数据库及储量空间数据库，提取相关的数据项，再增加与核查特性相关的数据项，组成核查系统的数据内容。

提取地质资料目录数据库中档号、报告名称、起始经度、终止经度、起始纬度、终止纬度等数据项，并增加是否涉及国家出资数据项；提取地质资料图文数据库的档案号及电子文件；提取探矿权登记数据库中矿权证号、项目名称、矿权性质、申请人、勘查单位、地理位置、东经起、东经止、北纬起、北纬止、区域坐标(拐点坐标)等数据项，并利用坐标信息组织空间数据图层；提取矿业权登记数据库中矿权证号、矿山名称、矿权性质、申请人、勘查单位、地理位置、东经起、东经止、北纬起、北纬止、区域坐标(拐点坐标)等数据项，并利用坐标信息组织空间数据图层；提取储量空间数据库中矿区名称、报告名称、行政区域、主矿种、矿区面积、地理位置、东经起、东经止、北纬起、北纬止、区域坐标(拐点坐标)等数据项，并利用坐标信息组织空间数据图层。

另外，设计了保存核查结果的数据项，主要为：文号、项目名称、项目性质、矿权证号、矿权人、面积、行政区域、东经起、东经止、北纬起、北纬止、区域坐标(拐点坐标)、报告出具时间、是否国家出资等。

2.2 矿权涉及国家出资地质勘查项目筛查

在地理底图上，加载探矿权图层、采矿权图层、储量信息图层、地质资料目录图层，利用GIS的空间分析功能[13，14]，实现矿权范围内涉及国家出资地质勘查项目，具体步骤为：

1)建立图形工作区，图形工作区为西安80 地理坐标，并加载探矿权图层、采矿权图层、储量信息图层、地质资料目录图层，其中，探矿权图层、采矿权图层、储量信息图层一般为高斯三度带或者高斯六度带投影，需进行坐标转换。

2)地质资料目录图层中属性“是否涉及国家出资”数据项进行标识，分别标为“涉及国家出资”和“不涉及国家出资”。

3)在探矿权图层、采矿权图层或储量信息图层中，选定待核查矿权，利用GIS空间分析功能，得出该矿权范围所有的地质勘查项目，如图2所示。

4)利用“是否涉及国家出资”数据项进一步筛查，即可得出矿权范围内涉及国家出资地质勘查项目。

5)筛查得出的涉及国家出资地质勘查项目，如有其他资料进行佐证，可以追加或者剔除。

图2 待核查矿权涉及地质勘查项目示意图

2.3 矿权与国家出资地质勘查重叠区域核实

筛查得出的涉及国家出资地质勘查项目，与图文数据库链接，提取国家出资地质勘查项目数据，并利用GIS的矢量数据与影像数据配准功能[15～17]，实现矿权与国家出资地质勘查重叠区域核实。具体步骤为：

1)建立图形工作区，图形工作采用高斯三度带或者高斯六度带投影，并加载待核查矿权图形。

2)获取国家出资地质勘查工作区域影像数据，并以待核查矿权图形为参考进行配准，如图3所示。

3)配准后，在图形工作区域利用距离或者面积量算工具，确定待核查矿权与涉及国家出资地质勘查工作区比例。

图3 待核查矿权图形与涉及国家出资工作区域影像配准

2.4 核查信息提取，自动形成核查报告

核查中形成矿权人、矿权、位置(坐标)、面积、矿权范围涉及地质勘查情况等信息，提取后存入数据库中。利用Word模板，系统实现核查报告自动生成，该报告为矿权价款核算提供重要依据。

3 系统应用

该系统在开发完成后，依托内蒙古自治区矿政管理基础数据库及管理系统建设项目，在内蒙古自治区国土资源厅实际工作中得到应用，极大地提高了核查工作效率。图4为该系统主界面。

图4 基于GIS的矿权涉及国家出资地质勘查核查系统工作界面

以前核查一宗矿权涉及国家出资地质勘查需要调阅20 档左右的纸质资料，并需要采用手工的方式，将坐标转换后投影到矿权纸图上扣合后得出结论，这种方式费时、费力，效率低下。而该系统实现了核查流程自动化，利用GIS的空间分析功能，快速得出涉及国家出资地质勘查情况，而且可以直接调阅地质资料，并在计算机屏幕上进行核查，减少了大量反复调阅纸质地质资料的时间，核查效率提高30%以上。

4 结论

本文基于GIS技术，结合矿政信息管理实际需求，实现了矿权范围内涉及国家出资地质勘查核查功能。该系统在内蒙古自治区国土资源厅应用中取得了很好的效果，利用该系统，累计完成了超过近千宗的矿权核查，提高了矿政管理能力，取得了良好的社会和经济效益。

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智慧矿山

智慧矿山GIS综合管理系统解决方案（请将pdf格式的智慧矿山综合奖城管理文件放在下面）7智慧矿山实时视频再现及广播系统 解决方案一、 智慧矿山感知以及终端的探讨对于矿山感知层以及终端的展望，目前的应用已经提出了很多，主要是集中在音视频和传感器方面，思路是，要依靠整体的链路传输平台，提供一个技术手段，将更多的数据（图像、照片、语音、控制量等），采集到地面以供分析和处理。WIFI无线移动模块1、综述WIFI无线移动模块可实现矿用设备（IP摄像机、传感器、IP广播或其他数据采集单元）由有线转换为无线，无线增加漫游移动切换的功能。该模块，主要解决了以下问题：有线的IP型设备，经过该模块后，可以讲数据透过wifi基站，以无线的方式传输；提供专有的移动数据算法，使得依靠wifi信号无线传输的数据，在不同的wifi基站移动（漫游）时，链路保持不间断，基站间切换速度少于1秒；2、应用领域在有wifi信号部署的区域内，通过集成WIFI无线移动模块，可实现以下用途：1) 移动目标（矿车、人员、罐笼、提升等）的视频采集回传：小型的IP摄像机（不受限制），通过网口与WIFI无线移动模块相连接，可以集成为无线移动摄像机。矿山工作人员通过无线移动摄像机实现井下视频图像实时回传，而且在井下WIFI基站/无线AP之间实现智能切换，视频图像传输不间断，切换时间1s,监控中心随时都可观察到井下的实时运动情况。2) 无线移动传感器：传感器通过集成WIFI无线移动模块成为无线移动传感器，矿山监控监测系统可利用无线移动传感器实时获取井下各处的监测数据。3) 无线移动广播：矿山可以借助此模块，实现IP广播通信话站（内置WIFI无线移动模块的小型IP广播话站）的无线灵活位置部署，节约线缆成本、施工和维护线缆工作量，可随时接收调度室/调度员的广播指令和喊话。4) 无线移动数据接入模块等。3、模块组成：WIFI无线移动模块由IP端口、管理端口和WIFI天线组成。1） IP端口提供一个RJ45网口；2） 管理端口负责WIFI无线移动模块的IP地址注册、访问和管理；3） WIFI天线接口实现WIFI无线移动模块和WIFI基站/无线AP之间的漫游切换；规格：● 符合IEEE802.11n、IEEE 802.11g、IEEE 802.11b、IEEE802.3、IEEE802.3u

● 支持CSMA/CA、CSMA/CD、TCP/IP、PPPoE、DHCP、ICMP、NAT协议

● 提供1个WAN口、1个LAN口10/100M自适应，支持端口自动翻转

● 无线接入器、有线路由器合二为一

● 支持高达150Mbps的稳定传输

● 提供多种工作模式：桥接模式和网关模式

● 支持 NAT/NAPT IP 共享，广域网支持协议：PPPoE/Static IP /DHCP

● 支持虚拟服务器、DMZ主机功能

● 支持64/128位WEP及WPA-PSK, WPA2-PSK等最新无线安全标准

● 支持UPnP功能，DDNS功能

● 支持远程和Web管理，全中文配置界面

● 提供Web管理页面复位，恢复出厂设置 三、SIP广播话站设计说明1、综述新一代矿用SIP广播开发模块组基于SIP协议设计开发，可以直接通过IP网络接入IP调度系统。该模组由IP广播通信板、功放板、电源板、拨号盘等组成。2、应用领域矿山、铁路、石化、冶金等行业，需要电话联络、广播、喊话、紧急呼叫等实际调度联络业务。3、 设备特性1) 具备电话机的所有功能，可以和通信调度系统的有线调度电话、3G手机、无线WIFI手机、调度台等终端拨号互通，全双工。2) Rj45就近接入，或者无线接入以太网3) 具备一键呼叫调度台的紧急呼叫功能，全双工;4) 通过调度台，可向任何一部、一组、多部SIP广播话站播送广播、发起喊话；5) 任何一部SIP广播话站可以按照分组，进行组内通信，全双工；4、 模块组成：IP广播板：广播话站的控制核心模块；功放板：实现语音进行放大，在通过扬声器或喇叭放出;拨号按键定义板：实现0~9，#，*的拨号信号接入；电源板：负责给整个设备供电;5、技术参数：工作电压： AC 127V/220V工作电流：≤0.5A；功放板的输出功率 ：≥10W声音响度：90dB输入接口：标准RJ45接口输出接口：音频输出支持协议：SIP、TCP/IP、UDP支持音量平衡调节接入方式：就近接入工业以太网接口方式：rj45或者无线8智慧矿山二氧化碳防灭火系统解决方案一、目的及意义在煤化工过程中，有大量的二氧化碳产生，如果不对提炼过程中产生的二氧化碳进行回收利用，不仅造成经济损失，而且会严重污染大气环境。采用低温液化原理和净化流程。对煤化工过程中产生的二氧化碳进行回收，产出高纯度低压的二氧化碳，不仅可以保护大气环境，而且企业的经济效益也十分可观。同时煤矿井下发生高温火点或火区是极易导致火灾事故和瓦斯爆炸事故的重大危险源之一,也是造成开采压煤、威胁正常生产、影响经济效益提高的主要因素。许多煤矿属于容易自燃的煤层，工作面采高高、采面长、开采强度一般比较大， 一旦发生自然发火，实行封闭停产灭火，极易造成巨大经济损失。因此防火问题，始终是煤矿突出重点。为了预防煤矿工作面生产期间发生自然发火，以及一旦发火，实施快速灭火，各煤矿虽然矿采取一系列防灭火综合措施，包括灌浆、注泡、撒惰化剂等多重措施，起到了一定积极作用，也暴露了许多防灭火技术的局限性。如在日常生产中许多矿井采用上述技术，基本可以控制住自然发火。但对于在一些特殊情况下，如因异常情况影响开采正常推进，特别是开采到停采线，要进行机组支架大搬家，需要若干时间，发火期的三代难以正常实现更替，将会使自燃发火带停滞时间超过自燃发火期，引起自燃。如何保障煤矿能够实施快捷有效地防灭火，近几年来，国内外不少煤矿积极采用液态CO2实施防灭火，不仅从技术上或经济适用上均取得取得了比较明显效果。根据这样的信息，将大量回收液化煤化CO2副产品，变害为利，开展将其推广应用于矿井防灭火实践研究更是有重大现实意义。液态二氧化碳作为一种新型防灭火技术具有灭火迅速、降温效果显著、安全可靠、操作简单等优点，一直以来受到国内外的广泛关注。所以，开展液态二氧化碳灌注技术进行矿井防灭火，对于保障煤矿火灾防治、保证矿井安全生产具有极其重要的意义。液态二氧化碳灌注防灭火技术的关键是研发液态二氧化碳低温气化装置、研发液态二氧化碳直接注入火区技术保证液态二氧化碳降温效果，同时研发液态二氧化碳输送装置及配套管路设备，确定液态二氧化碳灌注系统工艺、技术参数，建设千万吨级矿井井下移动式液态二氧化碳输运及灌注防灭火系统，实现封闭矿井的大型火灾快速灭火技术，现已在全国范围具有广阔的前景。二 、重点内容1、回收液化煤化厂CO2副产品项目：本项技术整合了工业催化、化学工程、化工机械、化工工艺和化工自动化五个专业的技术优势，长期从事多种气体回收、分离、净化技术的科学研究和技术开发工作，已成功地开发出多种气源二氧化碳回收净化技术。尤其是开发成功吸附精馏法二氧化碳回收净化技术，通过研制选择吸附二氧化碳中微量杂质的高效吸附剂，结合特殊精馏技术，可以把多种高浓度气源中的二氧化碳提纯到99.99%以上，达到（GB10621—2006）国家食品添加剂和国际饮料协会标准。这一技术已经在2004年12月通过教育部级科技成果鉴定，被评为国际先进、国际首创的工业化生产技术，并获得两项国家专利授权（专利号ZL03238678.8）、（ZL200310105015.6，国际专利主分类号B01J20/18）和四项专利受理；2005年4月13号和12月21号的《中国化工报》科技创新版，两次大篇幅报道了该技术工业化成功的事例。2005年5月20号和2006年9月27号国家气体专业委员会两次在大连召开全国二氧化碳行业会议，重点推广该项技术，受到全国同行专家的好评。2005年9月和11月该技术同时被评为辽宁省和教育部重点科技成果，获得石油化工部和辽宁省政府两个科技进步奖、全国技术市场协会金桥奖。2、液态CO2防灭火技术项目：1）国内外常规防灭火技术分析和比较煤矿井下火灾发生离不开三要素:可燃物的存在、热源、具有一定浓度氧的空气供给。实践表明，只要能够消除至少其中一个因素就会防止火灾发生或者把火灾消灭。这是我们采取防灭火措施应考虑的基本理念。按照这个理念，国内外已研究探索形成了一系列成熟的煤矿矿井防灭火技术。1）.1灌浆技术在20世纪50年代，灌浆技术成为我国煤矿防灭火技术的主要手段，并且一直沿用到今天。灌浆技术是一项传统的、简单易行的、比较可靠的防灭火技术。在一些缺少灌浆材料的矿区，通常采用注水来代替灌浆，增加煤体的水分，也取得了较好的效果。灌浆防灭技术的原理是通过浆液包裹煤块保水增湿减缓煤体氧化速度、浆体固化沉淀物充填煤体缝隙隔绝漏风阻止氧化来达到防灭火的效果。1).2阻化剂技术阻化剂技术在美国、波兰、前苏联等国家得到了较好的应用；近些年来，阻化剂技术在我国也得到推广应用。该技术主要是让利用阻化原理将具有阻化性能的药剂送入拟处理区，利用阻化剂的负催化作用，煤炭经阻化处理后，在煤炭表面上形成一层能抑制氧与煤接触的保护膜，阻止了氧气和煤结构上的活动链环的羧基反应，使煤炭和氧的亲合力降低，阻化剂有一种主动排斥氧和煤化合的功能，但它并不和煤、氧等物质化合，从而达到防灭火的目的。目前常用的阻化剂主要是氯化物．阻化剂防灭火技术包括：①喷洒阻化剂防灭火技术，是将含有阻化剂的水溶液均匀喷洒到煤体表面，以达到防灭火的目的．②汽雾阻化防灭火技术，是将受一定压力下的阻化剂水溶液通过雾化器转化成为阻化剂汽雾，汽雾发生器喷射出的微小雾粒可以漏风风流为载体飘移到采空区内，从而达到采空区防灭火的目的。1).3惰性气体技术惰性气体技术从20世纪70年代开始在德、法、英等发达国家煤矿中大量使用；从80年代起，我国开始了氮气防灭火技术的研究与推广。惰化技术是将惰性气体送入拟处理区，达到抑制煤自燃或扑灭已生火灾的技术。按惰性气体的种类可分为氮气防灭火技术、燃油惰气防灭火技术和CO2防灭火技术。氮气防灭火技术是集约化综采及综放开采条件下采空区防灭火的主要技术手段，但从目前看，氮气防灭火系统仍落后于综采、综放开采技术的发展，还需要进一步提高制氮装备的稳定性和可靠性。燃油惰气灭火技术主要用在当发生外因火灾或因自燃火灾而导致的封闭区，以民用煤油和空气为原料，经过急剧的化学反应，形成惰性气体产物（主要成分是CO2及少量的O2、微量CO、水蒸汽等)，然后将具有一定压力的惰气注入预处理区，达到防灭火的目的。CO2防灭火技术是利用液态CO2对预处理区进行防灭火的技术，利用CO2分子量比空气大、抑爆性强、吸附阻燃等特点，可在一定区域形成CO2惰化气层，对低位火源具有较好的控制作用，并能压挤出有害气体以控制灾区灾情。1).4堵漏技术堵漏风技术用于采空区密闭堵漏风、隔离煤柱裂隙堵漏风、无煤柱工作面巷道巷帮隔离带堵漏风等多个场合，初期的堵漏防灭火措施主要为灌注黄泥浆、砂浆等，近年来研究成功了各种性能优良的新型充填堵漏材料，如无机固化粉煤灰、轻质膨胀快速密闭堵漏材料等。1).5凝胶技术近年来，凝胶技术在我国得到较广泛应用，适用于处理巷道帮、顶、高温区域、撤面期间的自燃隐患以及火区治理。凝胶技术应用于防火时起到覆盖、堵漏、隔氧、阻化的作用，应用于灭火时起到降温、覆盖、堵漏、隔氧、防复燃的目的。凝胶主要由基料、促凝剂和水组成，把所选择的基料和促凝剂按一定比例配成水溶液，再按一定比例均匀混合后，发生“胶凝作用”化学反应，形成无流动性、半固体状的凝胶。凝胶分为无机凝胶和高分子凝胶两大类，其防灭火机理是凝胶通过钻孔或煤体裂隙进入高温区，其中一部分未成胶时在高温下水分迅速汽化，快速降低煤表面温度，残余固体形成隔离层，阻碍煤氧接触而进一步氧化自燃；而流动的部分混合液随着煤体的温度的升高，在不远处及煤体孔隙里形成胶体，包裹煤体，隔绝氧气，使煤氧化、放热反应终止；干涸的胶体还可以降低原煤体的孔隙率，使得通过的空气量大大减少，从而抑制复燃。1).6泡沫防灭火技术泡沫防灭火技术是以化学方法产生膨胀惰性泡沫，以进行防灭火处理的一种技术手段。常用的泡沫防灭火技术有化学惰气泡沫防灭火技术和三相泡沫防灭火技术。化学惰气泡沫防灭火材料由多种原料组成，其原料皆为固态粉状，井下灭火时一般采用钻孔压注方法将其溶液注人自然发火的区域。发生化学反应生成的惰气泡沫可迅速向周围空间、漏风通道及煤壁裂隙扩展，充填火区空间，窒息火区，而且惰泡具有较好的稳定性，可以起隔绝空气的作用。目前国内外主要防灭火技术及优缺点见表1所示。表1 防灭火技术与材料优缺点比较防灭火技术主要材料优点缺点经济成本（元/m3）预防性灌浆技术黄泥、粉煤灰，矸石、砂子、水泥砂浆、石膏、高水材料等。1．包裹煤体，隔绝煤与氧气的接触；2．吸热降温；3．工艺简单；4．成本较低。1．只流向地势低的部位，不能向高处堆积，对中、高及顶板煤体起不到防治作用；2．浆体不能均匀覆盖浮煤；容易形成“拉沟”现象；覆盖面积小；3．易跑浆和溃浆，造成大量脱水，恶化井下工作环境，影响煤质。10～30注水技术矿井水或自来水1．吸热降温速度快，大量的水能迅速降低火源表面的温度；2．大量的水蒸气能降低空气中氧气的浓度，有利于惰化防灭火区域；3．成本低。1．流动性强，覆盖面积小，只流向地势低的部位，难以在高处停留；2．易出现“拉沟”现象而跑水，恶化井下环境；3．流过一些空隙，会把微小的煤尘冲刷走，增加煤体的空隙率，使漏风通道更加通畅；4．一旦水分挥发到一定程度后，容易放出润湿热，使煤层自燃的可能性增加。很少阻化剂技术MgCl：、水玻璃、NaCl、Ca(OH)2以及有机物质如甲基纤维素、离子型表面活性剂等1．惰化煤体表面活性结构，阻止煤炭的氧化；2．吸热降温，并使煤体长期处于潮湿状态。1．不容易均匀分散在煤体上，且喷洒工艺难实施；2．腐蚀井下设备，影响井下工人的身体健康。30～50惰性气体技术氮气、二氧化碳等惰性气体1．减少区域氧气浓度；2．可使火区内瓦斯等可燃性气体失去爆炸性；3．对井下设备无腐蚀，不影响工人身体健康。1．易随漏风扩散，不易滞留在注入的区域内；2．注氮机需要经常维护；3．降温灭火效果差。成本较低堵漏技术罗克休、马力散、高水速凝材料、堵漏凝胶、聚胺酯泡沫等1．聚胺酯泡沫抗压性好、堵漏效果好；2．隔绝氧气进入煤体，防止漏风效果较好。1．工作量大；2．成本高；3．聚胺酯泡沫在高温下分解放出有害气体；4．罗克休等泡沫材料高温下易燃烧。80～1000凝胶技术铵盐凝胶1．包裹煤体、封堵裂隙效果较好；2．耐高温；3．对局部火源效果明显。1．流量小，流动性差，较难大面积使用；2．时间长了胶体会龟裂；3．胺盐凝胶会产生有毒有害气体；4．成本较高。60～80高分子凝胶100～150惰性气体泡沫技术氮气泡沫、二氧化碳泡沫等1．避免“拉沟”现象；2．水能均匀分布；3．适于采空区或煤堆深都的煤炭自燃。1．泡沫很容易破灭；2．只有液相水，一旦水分挥发，防灭火性能就消失。成本较低2）液态CO2防灭火的机理及效果分析2).1 CO2的物理性质1．CO2常温、常压下是无色略带酸味的窒息气体。CO2不可燃，正常情况下也不助燃。2．CO2在大气中的体积分数仅为0.037%。它在不同的压力、温度条件下有三种形态，即在低温加压下（-20℃、2MPa）或高压常温（约8MPa、30℃）下气体可变为液态，液体气化过程中，当温度降到-78.5℃后将形成雪花状的固态干冰（固体碳酸）。3．CO2熔点为-56.6℃(0.52MPa)，临界温度为31.3℃，临界压力7.28 MPa， CO2具有升华特性，升华点为-78.5℃(0.1 MPa)。4．CO2相对空气密度为1.529，密度为1.976kg/m3(0℃、0.1 MPa)，液态CO2的密度随温度的变化而变化较大，-20℃时，其密度是1.01kg/L，在温度为15℃、0.1 MPa下，1t液态CO2体积膨胀约640倍。2).2液态CO2防灭火机理分析1．窒息氧作用煤的自然发火是煤与氧的氧化反应过程，氧气是氧化反应的必要条件，没有氧气，氧化反应就无法进行。试验结果证明，氧浓度低于8%时失燃,低于3%时，氧化反应彻底被中止，燃烧现象不能持续进行。向发火或具有高温火点的采空区内注入液态CO2立即会形成大量的高浓度CO2，会使采空区内原有O2浓度相对减小，并且由于CO2比空气密度大，重于空气，以及煤体对CO2具有较强吸附作用（吸附量为48L/kg，而煤对氮气的吸附量为8 L/kg，前者是后者的6倍）等特点 ，很容易替代O2而覆盖煤体燃烧点表面，减少煤体燃烧体表面O2浓度，使O2浓度低于自然发火的临界O2浓度，从而防止煤的氧化自燃，或使已形成的火灾因缺O2而窒息灭火。与此同时，大量的高浓度CO2的扩散会必然会提高采空区内气体静压，进而会降低采空区的漏风量，造成氧化自燃带供氧不足，进而阻止氧化反应的进程。2．冷却降温作用煤的燃烧过程实际就是煤的氧化过程，其氧化速度与供氧有关系，也与温度有关系。煤炭自燃往往经历三个阶段:升温氧化阶段(110-130℃)，加速升温阶段(140-190℃)，急速升温阶段(200℃以上)。如直接喷注液态CO2时，可使火源明显降温，加速熄灭火源。液态CO2喷入火区空间会瞬间气化，体积将膨胀640倍左右，需要吸收大量热，温度急剧下降到-78.5℃。1KG液态CO2蒸发气化需要吸收577.8×103焦耳／KG的热量。加之煤对 CO2极易吸附特点，在吸附过程中将吸附热转移给CO2气体，从而会遏止燃烧的链锁反应。同时扩散采空区内的CO2气体也会吸收氧化反应过程中所产生的热量，降低周围介质的温度，以减缓煤的升温速度，促使煤的氧化反应由于聚热条件的破坏而延缓或终止。3. 惰化抑爆作用气化后的CO2在冲淡可燃气与氧的含量过程中，也使火区空间气体惰化程度不断增大，从而使混合气失去可爆性。CO2 的惰化作用优于其他惰性气体。在以氮气注入的火区阻爆临界氧浓度为12%，火区内明火被熄灭的临界氧浓度为9.5%；而以CO2注入的火区阻爆临界氧浓度为14.6%，火区内明火被熄灭的临界氧浓度为11.5%。经两者比较，CO2惰气的阻燃、阻爆性能明显优于氮气，两者相差2个百分点以上。2).3研制液态CO2防灭火工艺系统装备的实际意义通过表1对国内外常规防灭火技术和材料的优缺点比较，以及结合国内个别煤矿试验将液态CO2用于煤矿矿井防灭火的应用实践，如兖州南屯矿2003年11月曾利用在地面将液态CO2气化成气态CO2通过管路输入井下火区实施灭火，取得明显灭火效果；鹤岗矿区在去年曾经试验过将液态CO2直接从地面利用通往井下火区管道向火区灌注，也取得灭火明显效果。我们总结分析，相比其它常规防灭火技术，液态CO2防灭火技术存在以下优点：（1）液态CO2灌注入火区空间会瞬间体积膨胀气化，并吸收大量热，使得火区温度和氧气浓度降低加快，降温效果明显。（2）适用范围广，液态CO2经过吸收热量气化后，可充扩散充满任何形状的燃烧空间，因而便于对矿井采空区深部、高冒窝等人们不便接近的地点进行灭火。（3）液态CO2灌注火区后，能有效降低煤氧复合速度，迅速抑制燃烧，更有利于防止瓦斯、煤尘爆炸。（4）负面损失少，不会损坏设备和井巷设施，因而灭火后恢复工作量少且容易。（5）输送便利。（6）灭火用材成本低于其他灭火成本。通过对液态CO2防灭火作用和机理研究，以及国内外防灭火技术比较分析，我们认为利用液态CO2防灭火技术思路是没问题的，正好充分体现通过控制煤矿矿井火灾三要素（可燃物的存在、热源、具有一定浓度氧的空气供给）之一的防灭火理念，而且利用其防灭火与其他防灭火技术方法比较具有速度快，操作简单，成本低，防灭火效果显著可靠等特点，是一项先进的防灭火技术，甚至可能将不失为当前煤矿井下防灭火最佳技术措施。但是要想将这项技术措施推开，必须解决高压低温下防止管道爆裂及保障CO2以液态形式注入火区等工艺安全问题，研究开发出适宜于液态CO2特性及煤矿井下特点的液态CO2防灭火工艺系统装备，并制订和落实相关安全保障措施。3)各种有关装备的安全可靠性论证；质量保证体系液态二氧化碳灭火装置的主机部件是低温压力容器。为保证中华人民共和国国务院令第373号发布的《特种设备安全监察条例》和国家质量技术监督局颁发的《压力容器安全技术监察规程》及有关技术法规的全面贯彻执行，保证产品质量，确保压力容器在煤矿井下安全运行，特制定本质量保证体系。3).1.1 质量目标质量目标是：生产符合《特种设备安全监察条例》、《压力容器安全技术监察规程》、GB150-2011、GB151-1999等有关标准和规范要求的合格产品、优质产品、名牌产品。3).1.2 质量保证体系公司对压力容器质量保证体系作了明文规定，并设置了压力容器质量控制系统、控制环节和控制点，以保证压力容器产品质量目标的实现。我公司压力容器制造质量保证体系中设置了设计、工艺准备、材料、制造检验（含探伤）四大控制系统。 以《特种设备安全监察条例》、《压力容器安全技术监察规程》等法规为准则，国家标准，专业标准及有关规范为基础，制定了我公司压力容器质保体系，它是压力容器设计、工艺准备、材料、制造和检验必须遵循的法规性文件。1）设计、工艺质控系统压力容器设计图纸必须由压力容器设计资格的单位提供。压力容器的图样必须由总经理任命的承接设计工艺责任人员负责。设计零件图、测绘、工艺性工作均应符合《容规》现行标准、规范、图样要求。2）材料质控系统公司对压力容器所需的原材料（包括焊接材料、外协件、外购件），从材料计划、订货、采购、验收到保管发放，均由压力容器材料质控系统保证。3）焊接质控系统公司对压力容器焊接材料、焊工、焊接工艺评定，焊缝返修，产品焊接试板的质量控制提出了具体要求和规定。压力容器焊接工艺评定应符合国家标准《钢制压力容器焊接工艺评定》的规定。4）检测质控系统公司对压力容器检测的管理，人员资格、职责、设备、条件，工艺流程和探伤程序做出规定，以保证无损检测结果正确可靠。所有压力容器的X射线探伤，必须经过初评和复评，并按“无损检测管理制度”执行。压力容器产品最终无损检测结果，由探伤室负责出具报告，并按“无损检测管理制度”进行审批。3).1.3 产品检验公司对压力容器产品的检验人员、检验程序以及“停点”的检查内容做出规定，以保证压力容器的检验符合《规程》、GB150—2011、GB151—1999标准的要求。产品检验包括原材料复验，生产工序检验和成品检验，统一由检验科负责。产品及其主要零部件和关键工序检验应按标准、规范和产品图样文字的规定进行。检验科应编制检查工艺，并有检查记录。转运储罐须经耐压试验和气密性试验并合格后方能出厂。3).1.4 质量保证体系与组织机构质量保证体系是制造压力容器的法规性文件。质量管理制度和各质控系统责任人员的职责权限，是实施质量保证体系正常运行的管理基础,全厂各类质控系统责任人员必须认真贯彻执行。质量保证体系由总经理批准后生效，并由质量保证体系中各类质控系统责任人贯彻执行。全厂质量保证体系机构由质保责任人员组成，在总经理的领导下由质保工程师直接主持和担负质量保证法规的实施和质量控制，监督活动。质量保证工程师及各类质控系统责任人员，由总经理任命，报上级监督机构和主管部门备案。3、项目主要技术难点及重点目前对于液态二氧化碳在采空区内与环境的热交换机理有待进一步明确，液态二氧化碳防灭火工艺有待进一步成熟与完善。现有的注液态二氧化碳技术与传统的二氧化碳防灭火技术类似，并没有充分发挥液态二氧化碳临界状态对采空区火灾的降温惰化作用，因此需要保障液态二氧化碳可控温的调节，这也是本研究的难点。此外由于液态二氧化碳温度低，一般为-56.6℃，低温液态二氧化碳的井下罐装及运输，特别是在井下条件复杂，大量液态二氧化碳源井下供给难度非常大，同时管路受压、受砸特别严重，对低温液态二氧化碳输送管道的要求也很高，如何科学有效的解决这系列关键性技术难题成为技术成败的关键。因此，项目实施过程要重点解决以下问题：（1）输送液态二氧化碳的管路低温绝热输送的关键技术与温度的可控式调节；（2）液态二氧化碳在采空区内的运移规律及热交换过程；（3）如何对二氧化碳废气进行液化回收。鉴于以上三方面的原因，多年防灭火技术仅限于现场试验及井下局部应用阶段。通过本项目的研究和实施，研究建立液态二氧化碳防灭火技术及成套装备、实现极复杂条件下矿井大型火灾快速治理、解决煤层自然发火的有效防治，并大规模推广应用到矿井的高效安全生产具有重要意义。成果表述1）二氧化碳液化回收及防治煤矿火灾的液态二氧化碳灌注技术以火区的降温惰化为主，集二氧化碳回收利用＋“降温+抑爆+惰化+淹没覆盖”的作用机理，构建矿用井下移动式液态二氧化碳输送及灌注系统，构建地面液态二氧化碳输送及灌注系统，构建一套完整的液态二氧化碳防灭火装备；2）通过地面钻孔和管路液态二氧化碳灌注直接灭火、井下钻孔和埋管移动式液态二氧化碳灌注防治自燃火灾等在现场的实施，形成一套完善的液态二氧化碳防灭火工艺技术：①确定注液态二氧化碳参数。鉴于液态二氧化碳在采空区内的扩散半径，为防止低温二氧化碳大量涌出到工作面，冻坏工作面支架液压部件造成不必要的损失，合理优化并确定注液态二氧化碳口位置、孔间距、注二氧化碳量、注二氧化碳压力等注二氧化碳技术参数，并制定井下不确定环境下，液态二氧化碳释放口及输送管路的保护措施；

可视化GIS 系统功能设计

( 1) 地图浏览

地图浏览是 GIS 的最基本功能，它包括地图的漫游、放大、缩小和全图查看等详细功能。为增加系统的可操作性，地图的放大缩小还提供了鼠标滚动支持，当使用 3D 及以上的鼠标时，滚动鼠标滚轮，根据滚轮的滚动方向，地图会随着放大或缩小。鼠标形状能形象生动地表示当前的工具，譬如当前工具为放大地图时，鼠标形状则变为一放大镜，用户会非常乐意看到鼠标的这种变形。系统提供了图中图 ( 又称鹰眼) 功能，以方便当用户将地图放大到很大视野时的定位。用户可以通过图层设置对话框来设置图层的可见状态、可选择状态和自动标注状态，还可以自己配置地图的背景色，选择是否显示地图标题以及是否支持鼠标滚动的放大缩小功能。

图 7. 4 系统网络拓扑图

距离测量也是一个很实用的功能，由于地图一直可以放大缩小，用户对地图上任意两点之间没有距离感。系统有针对性地提供了任意两点间的距离测量功能。假使地图上只有空间数据而没有与这些空间数据相对应的文字说明和注释，这样的地图是不适合查看的。所以，系统还提供了专门的标注工具以及让整个地图全部自动标注的功能。

( 2) 地图编辑

在系统的使用过程中，随着矿山生产的进行，系统的数据肯定要随着更新。系统提供了对地图的编辑功能，包括对空间图形数据的编辑和对后台属性数据的修改。用户可以很方便地新增、修改、删除或合并地图图元，以及编辑图元的属性信息。系统还提供了单步回撤功能，支持对上一步空间数据编辑的撤销。

( 3) 图属互访

图属互访指空间数据 ( 又称图形数据) 与属性数据的相互查询。GIS 相比 MIS ( 管理信息系统) 系统和机助制图系统 ( 譬如 AutoCAD) 的优越性就在于它将空间数据和属性数据进行了良好的关联，而在 GIS 中，空间数据和属性数据的互访也就成为非常重要的环节。在系统中，双击地图上某图元，即可查看其属性信息。而通过属性信息名称的匹配，也可以快速地在地图上定位图元，支持模糊查询。

( 4) 统计报表

系统能对有关数据进行统计，生成统计报表。统计结果包括评价过程中输入的各种评分值及最终产生的评价结果。

( 5) 地图输出

某些时候用户需要将当前的地图窗口内容输出，以方便查看地图某局部放大后的内容。地图的输出包括空间数据的输出和属性数据的输出。系统支持将空间地图数据输出为常见的位图格式 ( bmp) ，支持地图打印，输出内容为当前地图窗口的地图。系统支持将属性数据输出到 Microsoft Excel，以执行进一步的操作。

( 6) 评价功能

通过上述矿山安全评价信息系统来实现系统的评价功能，并利用评价结果将两个子系统连接起来，形成一个矿山安全评价地理信息系统。

( 7) 评价结果管理、报表生成打印

评价结果可以进行分析统计，并自动产生报表，用户可以导出或者打印这些报表。

GIS系统是指什么？

GIS系统即地理信息系统（GIS ，geographic information system）。

GIS系统是将计算机硬件、软件、地理数据以及系统管理人员组织而成的对任一形式的地理信息进行高效获取、存储、更新、操作、分析及显示的集成。

扩展资料：

GIS系统应用：

一、环境监测

1、1987年联合国开始实施一项环境计划（UNEP），其中包括建立一个庞大的全球环境变化监测系统（GEMS）。

2、全球森林监测和森林生态变化有关项目(1990年对亚马逊地区原始森林的砍伐状况进行了调绘、1991年编制了全球热带雨林分布图）。　

3、海岸线及海岸带资源与环境动态变化的监测。

4．全球性大气环流形势和海况预报等。

二、资源调查

1、在资源调查中，提供区域多条件下的资源统计和数据快速再现，为资源的合理利用、开发和科学管理提供依据。 　

2、可应用于不同层次和不同领域的资源调查与管理（例农业资源、林业资源、渔业资源）。

三、监测预测

1．借助于遥感（RS）和航测等数据，利用GIS对森林火灾、洪水灾情、环境污染等进行监视，例如，1998年长江流域发生特大洪水灾害期间，制作洪水淹没动态变化趋势影像图，为管理部门提供了有效的决策依据。

2、利用数字统计方法，通过定量分析进行预测。如加拿大金矿带的调查，分析不宜再行开采的存在储量危机的矿山，优选出新的开采矿区，并作出了综合预测图。

参考资料：百度百科-GIS系统