摘 要 矿井自然灾害引发的安全事故严重影响煤矿的安全生产与经济效益。针对煤矿自然灾害类型、发生规律与煤矿安全管理的工作流模式，结合地理信息系统、管理信息系统以及协同工作理论等提出了矿井自然灾害隐患识别决策支持系统模型的概念、体系结构、构建原理方法和关键的理论与技术方法。
关键词 自然灾害 隐患识别 决策支持系统
1 前言
煤矿事故影响最为严重的是来自煤炭开采过程中自然灾害的发生，矿井自然灾害是多源的，主要有水、煤尘、瓦斯、煤自燃、开采沉陷和矿压等方面，它们是直接导致煤矿自然灾害产生的原因。要确保煤矿安全生产必须建立矿井自然灾害隐患的预警预报，为此，矿井自然灾害隐患识别模型的构建十分重要。针对煤矿自然灾害出现的规律特点以及煤矿安全管理工作流模式，笔者认为基于地理信息系统（含WebGIS），集成地质、测量、“一通三防”等数据和相关信息研究矿井自然灾害隐患识别决策支持系统模型符合矿井安全管理实际工作，能够解决安全信息的实时共享，将为煤矿安全事务的应急协作处理提供重要途径。
2 系统模型的概念与体系结构
2.1 系统模型的概念
矿井自然灾害隐患识别决策支持系统是基于煤矿管理工作流模式，以计算机技术与空间数据技术为基础，以Intranet/Internet技术为纽带，利用相关的地理信息系统和管理信息系统实现矿井安全数据存储、管理、分析与查询等，并以多种方式输出决策结果和实时联机处理决策分析等服务，是以地测数据为基础，围绕通风、安全等多专业数据的组织管理、综合处理与实时联机分析处理的信息共享平台。
2.2 系统模型的体系结构
矿井自然灾害方式不同，隐患识别的信息源必然不同，处理结果也可能不同，但是事务处理必须借助地测和安全生产信息，同时还必须利用相关的知识数据（如：专家知识、现有规律、自然灾害分类指标体系等）。为此，矿井自然灾害隐患识别决策支持系统模型不是孤立的信息模型，而是基于数据动态变化的协作处理模型，如图1。
模型的基础是数据组织与管理，即与矿井自然灾害相关的数据、信息必须统一存储于空间数据库内，它们主要是图形库、知识库、方法库以及专业模型库等。数据、知识以及信息的输入与输出需要相关专业软件的支持，主要包括技术层的各类矿井自然灾害监测监控系统、地测空间管理信息系统以及管理决策层的矿井自然灾害决策支持系统和专家会诊事故系统等。
矿井自然灾害隐患是潜在的，隐患的识别、预测与预报必须依据相关方法体系。地理信息系统的空间分析就是重要的应用手段，它是通过一定方法体系将矿井自然灾害指标体系数据与矿井动态开采过程信息实时比较分析，进而实现矿井自然灾害隐患识别、预警预报等决策支持和应急处理。
图1 矿井自然灾害隐患识别决策支持系统模型（略）
3 系统模型的构建原理方法
引起矿井自然灾害的因素并非随时都会产生安全事故，而是开采过程中影响事故的某些参数超过一定的临界值才引起。为此，矿井自然灾害隐患识别决策支持系统模型构建的基础是自然灾害分类体系划分、相关灾害类型知识库、模型库与空间数据库的建立，其次是相关软件系统研发、事故隐患识别方法研究与方法库的建立。模型构建的关键原理方法如下：
（1） 评价指标体系库的构建。评价指标体系库就是矿井自然灾害隐患发生具体参数的知识库。模型构建必须首先依据矿井自然灾害隐患的不同指标体系及其临界值建立相应的指标体系库，隐患报警识别的参数主要参考是采掘工程平面图的动态开采面与相关巷道。各类瓦斯隐患、水害隐患、通风隐患都形成相应的评价指标库，如表1。
（2） 建立基于地测、通风、采矿等专业分析的模型库。根据矿井自然灾害类型建立相应的专业模型库。
（3） 建立基于GIS空间分析的方法库。GIS空间分析是矿井自然灾害隐患识别的重要手段，同时也是安全事故预警预报的重要途径。
（4） 评价指标体系库、模型库、方法库以及图形库是矿井自然灾害隐患识别与决策的基础。矿井自然灾害隐患识别与决策分析的具体实现步骤：
① 分类建立矿井自然灾害的实时监测系统，动态跟踪相关灾害的实时数据；
② 实时实现矿井自然灾害数据或信息与相关自然灾害指标体系库、模型库、知识库以及空间数据库的比较，并利用图形库数据通过GIS空间分析方法确定安全隐患类别；
③ 矿井自然灾害隐患实时预警预报、决策分析，提交基于空间数据的自然灾害隐患识别与分析处理的决策报告。
4 支持系统模型的关键理论与技术方法
矿井自然灾害隐患识别决策支持系统模型的构建与实现是地理信息系统、计算机支持下的协同工作和空间信息共享等多种关键理论与技术方法综合应用的复杂工程，系统模型是典型的多部门与多管理层围绕地测空间信息动态变化的协作平台。
4.1 地理信息系统
地理信息系统是采集、存储、处理、分析和显示地理数据的计算机系统。其管理的地理数据具有空间特性，所以地理信息系统非常适合组织、管理和表现大量的、不同类型的、动态的数据或信息。
矿井自然灾害隐患识别与决策分析的主要依据之一是各类相关的地质测量图形，它们是典型的矢量图形，具有精度高、数据量小等特点，适于远程的管理、浏览和联机分析决策服务等。依据地理信息系统的数据流程，数据获取、数据传输、数据存储、数据处理和数据共享等关键技术与方法是矿井自然灾害隐患识别决策支持系统模型的基础。
表1 瓦斯评价指标体系（略）
4.2 协同工作模型
“计算机支持的协同工作”（Computer Supported Cooperative Work, CSCW）主要在协同工作模型、通信协议、同步机制、协作机制实现方法、人机交互接口与标准规范等方面做了大量理论研究。
矿井自然灾害隐患识别决策支持系统的信息是多源，有时处理也是多用户的。为此，协同工作在安全隐患识别与决策中扮演着重要的角色。例如，煤矿地测信息发生变化后引起采掘工程平面图动态更新，进而引发煤矿安全实时协同处理相关信息形成最新通风系统图、防尘系统图与瓦斯监控图等。同时针对煤矿安全事故与安全调度问题，矿井管理决策层、集团公司管理决策层以及专家层等实现实时联机协同处理安全事务问题。面向煤矿工作流的异步协同工作模型与面向煤矿管理层、决策层和专家层的同步协同工作模型是煤矿安全隐患联机决策的两类主要模型。两类协作模型均由数据层、网络传输层和Web应用服务层组成。其中网络传输层利用Web协作服务平台封装了多种网络功能，为Web应用服务层提供基本的通讯与传输数据功能，数据层为Web应用服务提供协作处理的数据，Web应用服务层提供面向煤矿生产技术层、管理层、决策层和专家层的各类服务，三层合作解决矿井安全事故决策问题。
5 结论
矿井自然灾害隐患识别决策支持系统模型是基于地理信息系统与协同工作理论构建的面向煤矿安全管理的信息模型。模型的构建是以矿井自然灾害分类体系、隐患识别指标体系为基础，并依据地理信息系统的空间分析方法实现安全隐患的预警预报与联机决策分析。其研究与应用将对矿井自然灾害引发的煤矿安全事故预测以及安全事务应急处理具有重要的实际意义。
参考文献
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