一种矿井掘进探放水辅助系统和方法与流程

本发明涉及煤矿地测防治水技术领域，尤其涉及一种矿井掘进探放水辅助系统和方法。

背景技术：

随着煤炭资源整合兼并重组力度的不断加大，关停和兼并了大量的产量小、污染大、不正规的小煤窑矿井，同时，由于缺乏一手的小煤窑掘进资料，给后续的合并矿井生产带来了很多潜在的掘进危险，因此，在所有矿井的井田内存在未知采空区的情况下，在掘进过程中都需要进行超前探测勘探工程，坚持“有掘必探，先探后掘”的原则。

老窑主要指由于过去的一些煤矿采掘活动(包括本煤矿及其他一些小煤窑)造成的、且时间较久远的煤窑。老窑开采后遗留下一部分采空区，这部分采空区被后期的地下水或地表水充满，就形成了一些老窑积水。如果后期的地下采掘工程触及到这种老窑积水水体边缘，这部分老窑积水就会以突然溃入的方式涌入井下，造成一些突发性的水害事故。

通常，掌握矿井水文地质条件，可以采用地面钻探、地面物探，或井下物探的技术，但这些技术还不能完全、可靠地确定矿井水害的赋存状况。在矿井遭到破坏或地形条件不利的情况下，地面的勘探工作很难起到确定矿井水害的作用。井下物探易受环境影响，效果也不是很理想。因此，井下超前探放水成为水害防治的重要手段。

目前，煤矿掘进巷道超前探钻孔的布设及超前位置的勘探情况，存在以下弊端：

第一，探放水工作频繁，人工编制钻探设计、计算钻孔参数工作量大，技术人员负担较重；

第二，人工分析对比钻探成果工作量大、耗时长、效率低，存在人为计算误差的可能；

第三，难以获得超前位置钻孔的轨迹数据，勘探实况不清，影响钻探成果分析的可靠性，探测区域实际地质条件与预想资源偏差大，导致原设计针对性不足，存在未知的探水盲区；

第四，人工计算经常出现人为的计算误差，不利于及时获取准确的勘探情况；

第五，可视化程度差，不能多方位理解与分析超前位置钻孔实测情况。

技术实现要素：

针对上述现有技术和方案中存在的不足之处，本申请提供一种矿井掘进探放水辅助系统和方法，在矿井中超前位置的探放水钻孔设计规范的基础上，按照给定的整体设计参数，自动设计超前位置的多个探放水钻孔的施工参数，以获得探放水钻孔设计四图一表；在施工人员依据探放水钻孔设计四图一表在巷道掘进迎头施工探放水钻孔，并对探放水钻孔的实测空间轨迹数据进行测量，将实测钻孔轨迹数据存储到空间数据库中共享；依据获得的实测空间轨迹数据，绘制巷道掘进迎头前方任意位置的垂直剖面图，结合实测的超前探钻孔轨迹，以及三维可视化模块的三维展示视口，快速分析设计补打的盲区探放水钻孔，起到辅助决策作用，进而达到防治老窑积水、保障煤矿安全生产的目的。

本申请第一方面提供了一种矿井掘进探放水辅助系统，所述系统包括：钻孔轨迹采集端、空间数据库和绘图端；所述空间数据库与所述绘图端通信连接；

所述绘图端包括探放水钻孔设计模块、钻孔实测轨迹管理模块、盲区钻孔反演设计模块以及三维可视化模块；

所述探放水钻孔设计模块用于根据探放水钻孔整体设计参数，生成探放水钻孔设计四图一表，施工人员依据所述探放水钻孔设计四图一表在巷道掘进迎头施工探放水钻孔；

所述钻孔轨迹采集端用于采集在巷道掘进迎头施工的探放水钻孔的实测空间轨迹数据；

所述钻孔实测轨迹管理模块用于对所述钻孔轨迹采集端采集的所述实测空间轨迹数据进行预览和修正，并将所述实测空间轨迹数据存储至所述空间数据库；

所述三维可视化模块用于通过三维视口展示巷道、煤层、所述实测空间轨迹数据以及设计探放水钻孔轨迹数据之间的空间位置关系，以供所述盲区钻孔反演设计模块，在自动分析巷道掘进迎头指定距离的超前位置是否存在盲区时进行宏观把控；其中，所述设计探放水钻孔轨迹数据是依据所述探放水钻孔整体设计参数生成的；

所述盲区钻孔反演设计模块用于在所述钻孔实测轨迹管理模块依据所述空间数据库中存储的所述实测空间轨迹数据，更新所述探放水钻孔设计四图一表之后，利用更新后的所述探放水钻孔设计四图一表中的探放水钻孔设计平面图以及所述三维可视化模块展示的空间位置关系，对巷道迎头的超前位置进行任意剖切，以自动分析在巷道掘进迎头指定距离的超前位置是否存在盲区，在存在盲区的情况下，计算盲区钻孔施工参数，以供施工人员依据所述盲区钻孔施工参数在巷道掘进迎头施工盲区探放水钻孔。

进一步地，其特征在于，所述盲区钻孔反演设计模块还用于在所述钻孔实测轨迹管理模块利用所述盲区探放水钻孔的盲区钻孔实测空间轨迹数据，更新所述空间数据库中的实测空间轨迹数据，依据更新后的实测空间轨迹数据更新所述探放水钻孔设计四图一表之后，利用更新后的所述探放水钻孔设计四图一表中的探放水钻孔设计平面图，对巷道迎头的超前位置进行任意剖切，以自动分析在巷道掘进迎头指定距离的超前位置是否存在盲区，直至消除盲区。

进一步地，所述钻孔实测轨迹管理模块包括预览子模块，所述预览子模块用于从所述钻孔轨迹采集端获取所述实测空间轨迹数据，并判断所述实测空间轨迹数据中是否存在异常数据。

进一步地，所述钻孔实测轨迹管理模块包括修正子模块，所述修正子模块用于对所述实测空间轨迹数据中的异常数据进行修正。

进一步地，所述实测空间轨迹数据由每个探放水钻孔的多个测量点的相对位置信息组成；其中，每一个测量点的相对位置信息包含该测量点相对于前一个测量点的方位角、倾角和距离信息。

进一步地，所述钻孔实测轨迹管理模块包括入库子模块，所述入库子模块用于将每个测量点的相对位置信息转换为与矿区采掘工程平面图一致的绝对大地坐标系数据，并保存到所述空间数据库中；其中，所述实测空间轨迹数据包括两种状态：在所述实测空间轨迹数据录入到所述空间数据库之前是探放水钻孔的相对位置信息，在所述实测空间轨迹数据录入到所述空间数据库之后是与矿区采掘工程平面图一致的绝对大地坐标系数据。

进一步地，所述钻孔实测轨迹管理模块包括提取子模块，所述提取子模块用于从所述空间数据库中提取所述实测空间轨迹数据，进而依据所述实测空间轨迹数据更新所述探放水钻孔设计四图一表。

进一步地，所述探放水钻孔设计四图一表包括：探放水钻孔设计平面图、探放水钻孔设计剖面图、巷道迎头探放水钻孔布设断面图、探放水钻孔终孔布设断面图以及探放水钻孔整体设计参数列表。

进一步地，所述盲区钻孔施工参数是按照如下方式获得的：

从更新后的所述巷道迎头探放水钻孔布设断面图中获得起点位置，对更新后的探放水钻孔设计平面图中指定距离的超前位置进行剖切获得终点位置，根据所述起点位置、所述终点位置以及巷道掘进方向的空间向量，获得所述盲区钻孔施工参数。

本申请第二方面提供了一种矿井掘进探放水辅助方法，应用于所述矿井掘进探放水辅助系统；所述系统包括：钻孔轨迹采集端、空间数据库和绘图端；所述空间数据库与所述绘图端通信连接；所述绘图端包括探放水钻孔设计模块、钻孔实测轨迹管理模块、盲区钻孔反演设计模块以及三维可视化模块；

所述方法包括：

步骤s1，所述探放水钻孔设计模块根据探放水钻孔整体设计参数，生成探放水钻孔设计四图一表，施工人员依据所述探放水钻孔设计四图一表在巷道掘进迎头施工探放水钻孔；利用三维可视化模块查看探放水钻孔是否符合设计预期；

步骤s2，所述钻孔轨迹采集端对巷道掘进迎头施工的探放水钻孔进行测量，获得实测空间轨迹数据；其中，在施工人员依据所述探放水钻孔设计四图一表在巷道掘进迎头施工探放水钻孔时，每施工一个探放水钻孔，便对施工的探放水钻孔进行测量，以获得实测空间轨迹数据；

步骤s3，所述钻孔实测轨迹管理模块将所述实测空间轨迹数据进行预览和修正，并存储至所述空间数据库；

步骤s4，所述钻孔实测轨迹管理模块依据所述空间数据库中的实测空间轨迹数据，从所述空间数据库中提取所述实测空间轨迹数据，以更新所述探放水钻孔设计四图一表，并利用所述三维可视化模块查看设计钻孔轨迹和实测钻孔轨迹的空间位置关系；所述设计钻孔轨迹是依据所述探放水钻孔整体设计参数计算获得的；所述实测钻孔轨迹是依据所述实测空间轨迹数据获得的；

步骤s5，所述盲区钻孔反演设计模块依据更新后的探放水钻孔设计四图一表中的探放水钻孔设计平面图以及所述三维可视化模块展示的空间位置关系，在巷道迎头的指定距离的超前位置任意剖切，判断超前位置是否存在盲区；

步骤s6，在巷道掘进迎头指定距离的超前位置存在盲区的情况下，计算盲区钻孔施工参数，施工人员依据盲区钻孔施工参数在巷道掘进迎头施工盲区探放水钻孔；

步骤s7，所述钻孔轨迹采集端对巷道掘进迎头施工的盲区探放水钻孔进行测量，获得盲区钻孔实测空间轨迹数据；所述钻孔实测轨迹管理模块利用盲区钻孔实测空间轨迹数据更新空间数据库中的实测空间轨迹数据，基于更新后的实测空间轨迹数据更新所述探放水钻孔设计四图一表；

步骤s8，重复执行步骤s3至步骤s7，直至消除盲区。

本发明在矿井超前探钻孔设计规范的基础上，基于gis(地理信息系统)、计算几何、矿山信息化、地测防治水等领域各专题研究的理论和技术，集煤矿地测探放水钻孔数据处理与可视化分析为一体，实现煤矿井下超前位置的探放水钻孔信息标准化存储与实时共享，解决超前位置探放水钻孔的标准化参数自动成图、空间拓扑关系处理、任意剖切、二三维可视化、盲区钻孔反演计算等方面的难题，把业务流程充分分解处理，采用自动成图与人工交互操作的方式把用户所需的数据准确、真实、图文并茂的表达出来，提高绘图质量与工作效率，减少工作人员的工作量，从而取代传统的超前探测工作模式，实现矿区高效的生产与促进矿区的安全管理，对老窑积水的防治、保障煤矿安全生产具有重要意义。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

为了更清楚地说明本申请各个实施例的技术方案，下面将对本申请各个实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的矿井掘进探放水辅助系统结构框图；

图2为本发明实施例提供的立面投影的示意图；

图3为本发明实施例提供的一种矿井掘进探放水辅助方法的流程图；

图4为本发明实施例提供的一种矿井掘进探放水辅助方法绘制的“四图”效果图；

图5为本发明实施例提供的一种矿井掘进探放水辅助方法绘制的“一表”效果图。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，图1示出了本实施例中的矿井掘进探放水辅助系统的结构框图，该矿井掘进探放水辅助系统具体包括以下结构：

基于矿山地测图形处理平台的绘图端、空间数据库和钻孔轨迹采集端，其中绘图端中配置有空间数据库的地址，通过网络实现绘图端和空间数据库的无线/有线连接。

所述钻孔轨迹采集端指利用钻孔轨迹测量仪等采集设备从矿井巷道掘进迎头的探放水钻孔中测得探放水钻孔的实测空间轨迹数据；探放水钻孔空间轨迹数据由多个测量点组成，其中，每一个测量点包含相对前一个测量点的方位角、倾角和距离信息。

所述空间数据库用于存储探放水钻孔的实测空间轨迹数据和属性数据；所述探放水钻孔的实测空间轨迹数据包括探放水钻孔的开孔坐标(x、y、z)及轨迹上每一个点的空间坐标(x、y、z)，其中，x、y、z坐标为与矿区采掘工程平面图一致的绝对大地坐标系坐标；所述探放水钻孔的属性数据包括：钻孔编号、开孔时间、开孔地点、施工人员、记录人员。

所述绘图端包括探放水钻孔设计模块、钻孔实测轨迹管理模块、盲区钻孔反演设计模块、三维可视化模块；探放水钻孔设计模块用于生成探放水钻孔设计四图一表，以及根据探放水钻孔整体设计参数生成探放水钻孔的施工参数(此处探放水钻孔的施工参数是指单个探放水钻孔本身的参数)；所述钻孔实测轨迹管理模块用于处理钻孔轨迹采集端采集的实测空间轨迹数据；所述三维可视化模块用于展示设计探放水钻孔轨迹、实测探放水钻孔轨迹、巷道和煤层四者之间的空间位置关系，便于从三维空间角度理解探放水钻孔的勘探情况；所述盲区钻孔反演设计模块依据三维可视化模块展示的空间位置关系，根据指定距离的巷道掘进迎头超前位置的盲区，结合巷道迎头钻孔布设断面图反演计算补打盲区探放水钻孔的施工参数。

所述探放水钻孔设计模块用于根据探放水钻孔整体设计参数，生成探放水钻孔设计四图一表，施工人员依据所述探放水钻孔设计四图一表在巷道掘进迎头施工探放水钻孔。同时，探放水钻孔设计模块用于根据探放水钻孔整体设计参数，还可以生成探放水钻孔的施工参数(此处探放水钻孔的施工参数是指单个探放水钻孔本身的参数)。

具体地，探放水钻孔整体设计参数是针对巷道掘进迎头设计的。根据探放水钻孔整体设计参数可以确定所有探放水钻孔在巷道掘进迎头上的整体分布。

探放水钻孔整体设计参数包括长孔设计参数和短孔设计参数；其中，长孔设计参数包括：巷道迎头底部中心点坐标、巷道迎头顶部宽度、巷道迎头底部宽度、巷道高度、巷道方位角、巷道倾角、超前位置断面倾角、煤层平均厚度、设计超前距离、左扇宽度、右扇宽度、巷道迎头钻孔布设参数(距底距离、纵向间距、横向间距)、超前断面钻孔布设参数(距底距离、距顶距离、纵向间距、横向间距)；短孔设计参数包括：设计超前距离、超前断面钻孔布设参数(距底距离、距顶距离、纵向间距、横向间距)。

根据探放水钻孔整体设计参数，可以生成单个探放水钻孔的施工参数，单个探放水钻孔的施工参数具体包括孔号、倾角(探放水钻孔的轴向与水平面之间的角度)、夹角(探放水钻孔的轴向与巷道掘进方向之间的角度)、孔深。

具体地，探放水钻孔设计四图一表(如图4和图5所示)包括：探放水钻孔设计平面图、探放水钻孔设计剖面图、巷道迎头探放水钻孔布设断面图、探放水钻孔终孔布设断面图、以及探放水钻孔整体设计参数列表。

探放水钻孔设计平面图、探放水钻孔设计剖面图、巷道迎头探放水钻孔布设断面图、探放水钻孔终孔布设断面图均是将空间数据进行立面投影或平面投影得到的，以便将空间数据从不同视角的形态进行直观的展示。更具体地，探放水钻孔设计平面图是以水平面为投影面，将空间数据投影到水平面形成的；探放水钻孔设计剖面图是以通过巷道轴向的竖直面为投影面，将空间数据投影到巷道轴向的竖直面形成的；巷道迎头探放水钻孔布设断面图是以通过巷道迎头位置横向的竖直面为投影面，将空间数据(包括探放水钻孔施工参数以及实测空间轨迹数据)投影到巷道迎头位置横向的竖直面形成的；探放水钻孔终孔布设断面图以通过巷道超前位置终孔所处的横向竖直面为投影面，将空间数据(包括探放水钻孔施工参数以及实测空间轨迹数据)投影到巷道超前终孔位置横向的竖直面形成的。

其中，立面投影与平面投影的原理一致，现以立面投影为例讲解空间投影的关键原理和模型。

立面投影是指，以竖直平面作为投影基准面，将空间的点、线、面沿水平方向投影到竖直面上，投影方向和竖直面垂直(同理，平面投影是指，以水平面作投影基准面，将空间的点、线、面沿竖直方向投影到水平面上，投影方向和水平面垂直)。线可以看作是由无数点紧密组成的，可以通过建立如图2所示的立面投影模型对线进行立面投影。

图2中p表示水平投影基准面，p’表示立面(竖直投影基准面)，两者垂直。oy是竖直投影基准面和水平投影基准面的交线，简称投影轴。线abcde是钻孔实测空间轨迹中某一段轨迹连续的五个点，它在立面图上的立面投影表现为线a’b’c’d’e’，即：线a’b’c’d’e’为钻孔实测空间轨迹中某一段轨迹abcde在立面上的投影轨迹线。aa’、bb’、cc’、dd’、ee’是投影连线，它与立面p’垂直。

以点d为例：过d点做立面p’的垂线dd’，垂足d’即为d点在立面p’上的投影点。同理，可将a、b、c、e四点投影到立面p’上，得到点a’、b’、c’、e’，连接点a’、b’、c’、d’、e’得到线a’b’c’d’e’，即为钻孔实测空间轨迹中某一段轨迹线abcde的轨迹立面投影线。

在现有技术中，探放水钻孔设计四图一表的绘制方式是手绘，具体过程是：依靠探放水钻孔整体设计参数，通过人工在绘图软件上，对探放水钻孔参数进行逐点绘制；并且，探放水钻孔中测量点的相对位置计算是依靠人工单独逐点进行计算。可见，相关技术中绘制探放水钻孔设计四图一表的方式是耗时并容易出错的。

而本申请依赖于探放水钻孔设计模块根据探放水钻孔整体设计参数，自动生成探放水钻孔设计四图一表，省去了工作人员编制探放水钻孔设计四图一表以及钻孔施工参数的计算工作量，能够减轻工作人员的工作负担；通过探放水钻孔设计四图一表，可以快速获得准确、直观的图表数据，以供施工人员更直观的在巷道掘进迎头施工探放水钻孔；通过自动生成探放水钻孔设计四图一表，可以减少出现人为误差的环节，降低探放水钻孔出现错误的几率。

进一步地，所述钻孔轨迹采集端用于采集在巷道掘进迎头施工的探放水钻孔的实测空间轨迹数据。

施工人员依据探放水钻孔设计四图一表在巷道掘进迎头施工探放水钻孔，然而，在施工人员施工的过程中，因部分探放水钻孔在打钻过程中发生无法控制的偏移，施工的探放水钻孔与设计的探放水钻孔之间是存在误差的，甚至施工的探放水钻孔是错误的。其原因是，在施工人员施工时，由于钻头面对的打孔环境是不相同的，例如，在钻头穿过不同的地层时，地层的密度会发生变化，当地层密度发生变化，钻头一般都会发生不可控制的偏移，导致施工的探放水钻孔与设计预期不符。

在施工的探放水钻孔存在误差或错误的情况下，导致部分超前位置在设计打钻孔的范围内没有被钻孔探测到，导致该区域地质情况不明，也就产生了盲区。盲区存在安全隐患，例如，如果盲区存在老窑积水，在未对盲区进行查看时，容易导致突发性的水害事故。

本申请为了能够判断在超前位置是否存在盲区，则需要采集施工的探放水钻孔的实测轨迹数据，对探放水钻孔的实测轨迹数据进行进一步分析。本申请实施例采用钻孔轨迹采集端对巷道掘进迎头施工的探放水钻孔进行测量，获得实测空间轨迹数据。钻孔轨迹采集端可以采用钻孔轨迹测量仪。

所述实测空间轨迹数据由每个探放水钻孔的多个测量点的相对位置信息组成；其中，每一个测量点的相对位置信息包含该测量点相对于前一个测量点的方位角、倾角和距离信息。即，钻孔轨迹采集端获取的实测空间轨迹数据是相对而言的。例如，先获取探放水钻孔的开孔坐标(开孔坐标是与矿区采掘工程平面图坐标系一致的绝对大地坐标数据)，再以该开孔坐标为参考，测量探放水钻孔的下一个测量点的相对位置信息，直至获得该探放水钻孔的实测空间轨迹数据。

本申请通过钻孔轨迹采集端对施工的探放水钻孔的实测空间轨迹数据进行实时采集，可以获得实时钻孔的一手资料，供钻孔设计人员以及现场钻孔的施工人员作参考，以对当前的探放水钻孔的设计以及施工的误差进行及时调整，以减少后期返工的几率，也可以降低出现安全事故的风险。

进一步地，所述钻孔实测轨迹管理模块用于对所述钻孔轨迹采集端采集的所述实测空间轨迹数据进行预览和修正，并将所述实测空间轨迹数据存储至所述空间数据库。具体地，所述钻孔实测轨迹管理模块用于对实测空间轨迹数据进行预览、修正、入库和提取。其中，预览是由预览子模块实现的；修正是由修正子模块实现的；入库是由入库子模块实现的；提取是由提取子模块实现的；其中，所述实测空间轨迹数据包括两种状态：在所述实测空间轨迹数据录入到空间数据库之前是探放水钻孔的相对位置信息，在所述实测空间轨迹数据录入到空间数据库之后是与矿区采掘工程平面图坐标系一致的绝对大地坐标系数据。

所述钻孔实测轨迹管理模块包括预览子模块，所述预览子模块用于从所述钻孔轨迹采集端获取所述实测空间轨迹数据，并判断所述实测空间轨迹数据中是否存在异常数据；其中，实测空间轨迹数据是否异常是指采集的数据是否有序，是否存在测点的水平偏差或者垂直偏差过大的情况。

在实际测量时，数据如果误差过大，会导致该数据没有参考意义，没有参考意义的数据则为无效数据(也可称为异常数据)。为了能够准确的获取实测空间轨迹数据，本申请通过预览子模块，先对钻孔轨迹采集端采集的实测空间轨迹数据的有效性进行判断，将无效的实测空间轨迹数据舍弃，或者对异常数据进行修正(所述钻孔实测轨迹管理模块包括修正子模块，所述修正子模块用于对所述实测空间轨迹数据中的异常数据进行修正)，使其称为有效数据，将有效的实测空间轨迹数据发送至钻孔实测轨迹管理模块的入库子模块进行下一步处理。预览子模块用于实现实测空间轨迹的坐标预览、水平偏差图预览，以及垂直偏差图预览，其中，水平偏差图预览和垂直偏差图预览，具有缩放功能，可以在水平和垂直方向缩放，同时可以计算出探放水钻孔的终孔位置相对与开孔位置的水平偏差和垂直偏差。

判断实测空间轨迹数据的有效性，一方面，可以避免无效的实测空间轨迹数据对判断盲区时产生影响；另一方面，可以避免无效的实测空间轨迹数据占用存储空间，更好的对有效的实测空间轨迹数据进行保存。

所述钻孔实测轨迹管理模块包括修正子模块，所述修正子模块用于对所述实测空间轨迹数据进行修正。在通过预览子模块对实测空间轨迹的数据的有效性进行判断之后，如果发现实测空间轨迹数据有异常数据，可以修正实测空间轨迹数据中相应的异常数据对应的点坐标，使其成为有效的实测空间轨迹数据。在实际操作过程中，实测空间轨迹数据中可能存在个别的测点数据和前后相邻测点的水平偏差或者垂直偏差过大的情况，此时需要对这样的测点数据进行修正，使得水平偏差或者垂直偏差曲线相对平滑，进而得到有效的实测空间轨迹数据。

所述钻孔实测轨迹管理模块包括入库子模块，所述入库子模块用于将每个测量点的相对位置信息转换为与矿区采掘工程平面图一致的绝对大地坐标系数据，并保存到所述空间数据库中。

由于钻孔轨迹采集端采集的实测空间轨迹数据是探放水钻孔的相对位置信息，而每个探放水钻孔的相对位置信息的参考坐标是不相同的，导致无法对多个探放水钻孔的实测空间轨迹数据进行综合利用。因此，本申请通过入库子模块将每个测量点的相对位置信息转换为与矿区采掘工程平面图一致的绝对大地坐标系数据，即，将具有不同的参考坐标系的探放水钻孔的实测空间轨迹数据转换为具有统一参考坐标系的探放水钻孔的实测空间轨迹数据，以提高实测空间轨迹数据的利用率。

钻孔轨迹采集端还记录有与实测空间轨迹数据匹配的属性数据，属性数据包括与探放水钻孔相关的钻孔编号、开孔时间、终孔时间、开孔地点、施工人员、记录人员、核验人员等信息。

所述三维可视化模块用于通过三维视口展示巷道、煤层、所述实测空间轨迹数据以及设计探放水钻孔轨迹数据之间的空间位置关系，以供所述盲区钻孔反演设计模块自动分析在巷道掘进迎头指定距离的超前位置是否存在盲区，并在自动分析巷道掘进迎头指定距离的超前位置是否存在盲区时进行宏观把控；其中，所述设计探放水钻孔轨迹数据是依据所述探放水钻孔整体设计参数生成的。

通过三维可视化模块，将设计和实测的探放水钻孔轨迹、煤层顶底板、巷道的空间位置关系在三维场景中展示出来，便于宏观分析和指导探放水工作；使得巷道钻孔的施工人员和设计人员可以从三维空间角度更好的理解探放水钻孔的勘探情况，以降低避免安全事故发生的几率，甚至避免安全事故的发生。

所述盲区钻孔反演设计模块用于在所述钻孔实测轨迹管理模块依据所述空间数据库中存储的所述实测空间轨迹数据，更新所述探放水钻孔设计四图一表之后，利用更新后的所述探放水钻孔设计四图一表中的探放水钻孔设计平面图，对巷道迎头的超前位置进行任意剖切，以自动分析在巷道掘进迎头指定距离的超前位置是否存在盲区，在存在盲区的情况下，计算盲区钻孔施工参数，以供施工人员依据所述盲区钻孔施工参数在巷道掘进迎头施工盲区探放水钻孔。具体地，所述钻孔实测轨迹管理模块包括提取子模块，所述提取子模块用于从所述空间数据库中提取所述实测空间轨迹数据，以依据所述实测空间轨迹数据更新探放水钻孔设计四图一表。

具体地，所述探放水钻孔设计模块根据探放水钻孔整体设计参数，生成探放水钻孔设计四图一表。即探放水钻孔设计模块生成的探放水钻孔设计四图一表是根据预先的探放水钻孔整体参数得到的。

在施工人员依据探放水钻孔设计四图一表完成探放水钻孔施工后，获得了实测空间轨迹数据，而所述钻孔实测轨迹管理模块依赖于提取子模块，根据实测空间轨迹数据更新探放水钻孔设计四图一表。本申请的“更新探放水钻孔设计四图一表”是指，将实测空间轨迹数据描绘在根据预先的探放水钻孔整体参数得到的探放水钻孔设计四图一表中，即设计探放水钻孔轨迹数据和实测空间轨迹数据都放入探放水钻孔设计四图一表中，以方便查看，同时也可以更有助于分析判断巷道迎头的超前位置是否存在盲区。在实际操作时，可以将设计探放水钻孔轨迹数据以及实测空间轨迹数据通过不同的颜色以示区分。

在探放水钻孔设计平面图中实测空间轨迹数据表现为平面投影数据绘制，在探放水钻孔设计剖面图中实测空间轨迹数据表现为沿巷道掘进方向的剖面投影数据绘制，在巷道迎头探放水钻孔布设断面图中实测空间轨迹数据表现为以通过巷道迎头位置横向的竖直面投影数据绘制。

在巷道迎头指定距离的超前位置存在盲区的情况下，为了消除盲区，需要对盲区进行施工扫盲孔，即需要根据盲区确定具体的盲区钻孔施工参数，以供施工人员依据所述盲区钻孔施工参数在巷道掘进迎头施工盲区探放水钻孔。

所述盲区钻孔施工参数是按照如下方式获得的：

从更新后的巷道迎头探放水钻孔布设断面图中获得起点位置，对更新后的探放水钻孔设计平面图中指定距离的超前位置进行剖切获得终点位置，根据所述起点位置、所述终点位置以及巷道掘进方向的空间向量，获得所述盲区钻孔施工参数。

探放水钻孔设计平面图是指将三维数据通过二维显示装置进行显示得到的，虽然呈现的是二维平面图，但是构成其二维平面图的数据具有三维属性数据，在使用三维视口对其进行显示时，则是探放水钻孔设计三维图。

因此，通过对探放水钻孔设计平面图进行剖切，可以得到三维数据的设计探放水钻孔在巷道掘进迎头的超前距离的任意位置的断面图，在该断面图中利用盲区钻孔反演设计模块中的盲区检查功能查找出盲区中心位置，此盲区中心位置即为盲区探放水钻孔的终孔位置。

施工人员根据盲区钻孔施工参数在巷道掘进迎头中施工盲区探放水钻孔，采用钻孔轨迹采集端对施工的盲区探放水钻孔进行测量，获得盲区钻孔实测空间轨迹数据。

本申请依据实测空间轨迹数据更新探放水钻孔设计四图一表，通过比对探放水钻孔设计四图一表中的设计探放水钻孔轨迹数据和实测空间轨迹数据，可以反观当前的设计是否存在问题，当前的施工是否存在较大的误差；通过对探放水钻孔设计四图一表中探放水钻孔设计平面图进行任意剖切，可以确定在指定的超前位置处是否存在盲区，减少了人工计算、分析的工作量，也提高了分析效率，同时避免了人为误差的可能性。

进一步地，所述盲区钻孔反演设计模块还用于在钻孔实测轨迹管理模块利用所述盲区探放水钻孔的盲区钻孔实测空间轨迹数据，更新所述空间数据库中的实测空间轨迹数据，依据更新后的实测空间轨迹数据更新所述探放水钻孔设计四图一表之后，检测在巷道掘进迎头指定距离的超前位置是否存在盲区，直至消除盲区。

具体地，通过钻孔实测轨迹管理模块的预览子模块，判断盲区钻孔实测空间轨迹数据是否异常，将异常的盲区钻孔实测空间轨迹数据发送至钻孔实测轨迹管理模块的修正子模块，以对异常的盲区钻孔实测空间轨迹数据进行修正；将修正后的盲区钻孔实测空间轨迹数据发送至钻孔实测轨迹管理模块的入库子模块，将盲区钻孔实测空间轨迹数据的相对位置信息转换为与矿区采掘工程平面图一致的绝对大地坐标系数据，再存储到空间数据库中以对实测空间轨迹数据集进行更新。

针对更新后的实测空间轨迹数据，可以对探放水钻孔设计四图一表进行更新，即根据更新后的实测空间轨迹数据更新探放水钻孔设计四图一表。根据更新后的探放水钻孔设计四图一表，可以进一步地判断巷道掘进迎头指定距离的超前位置是否存在盲区。

如果存在盲区，则根据更新后的探放水钻孔设计四图一表，生成新的盲区钻孔施工参数，以供施工人员依据所述盲区钻孔施工参数在巷道掘进迎头施工盲区探放水钻孔，以供再次检测是否存在盲区，直至消除盲区。

本申请依赖于盲区钻孔反演设计模块可以快速的对更新前和更新后的探访水钻孔设计四图一表进行分析，进而判断是否存在盲区，在存在盲区的情况下，快速计算出盲区钻孔施工参数，减少人为分析的工作量，提高盲区探放水钻孔参数的设计效率，可以安全、快速的分析超前位置的具体勘探情况，以降低安全事故发生的风险。

本申请提供的矿井掘进探放水辅助系统的具体使用过程如下：

首先，建立空间数据库，在绘图端中配置空间数据库的地址，通过网络实现绘图端和空间数据库之间的通信。

其次，通过绘图端中的探放水钻孔设计模块根据探放水钻孔整体设计参数绘制探放水钻孔设计四图一表。

然后，利用探放水钻孔设计模块生成的探放水钻孔设计四图一表在矿井掘进巷道的迎头依次施工超前位置的探放水钻孔。每施工一个探放水钻孔就用钻孔轨迹测量仪将探放水钻孔的轨迹提取出来，施工完探放水钻孔后，将获取的每个探放水钻孔的实测空间轨迹数据，通过钻孔实测轨迹管理模块中的预览子模块查看是否有异常数据，如果有异常数据，则通过修正子模块对异常数据进行修正，修正后则通过入库子模块将有效的实测空间轨迹数据存储到空间数据库中。

关键地，为了检测和分析超前位置是否有盲区，通过钻孔实测轨迹管理模块中的提取子模块，将需要检查的巷道超前位置的所有实测空间轨迹数据提取到探放水钻孔设计四图一表中，以更新探放水钻孔设计四图一表，根据更新后的探放水钻孔设计四图一表中的探放水钻孔设计平面图，通过盲区钻孔反演设计模块中的任意剖切功能，在指定超前位置剖切探放水钻孔设计平面图，得到指定超前位置的探放水钻孔实测位置断面图(该断面图是通过对探放水钻孔设计平面图进行剖切得到的)，该断面图中包含剖面格网、格网标注、实测钻孔符号、设计钻孔符号、钻孔编号等。其中，所述设计钻孔轨迹是依据所述探放水钻孔整体设计参数计算获得的；所述实测钻孔轨迹是依据所述实测空间轨迹数据获得的；在具体显示时，实测钻孔轨迹与设计钻孔轨迹用不同颜色区分；在该断面图中利用盲区钻孔反演设计模块中的盲区检查功能查找出盲区中心位置，利用盲区钻孔反演设计模块中的盲区反演设计功能，计算各个盲区钻孔施工参数，即盲区钻孔的起点位置和终点位置。其中，所述的起点位置是在探放水钻孔设计模块中生成的巷道迎头探放水钻孔布设断面图中选取的位置，起点位置是通过空间立体投影计算得到的三维空间坐标(x、y、z)。所述的终点位置是在探放水钻孔实测位置剖面图中通过盲区检查功能查找出的盲区中心位置，也是通过空间立体投影计算得到的三维空间坐标(x、y、z)，通过盲区钻孔的起点位置、终点位置以及巷道掘进方向的空间向量，得到盲区钻孔的施工参数，盲区钻孔的施工参数包括：孔号、倾角(钻孔的轴向与水平面之间的角度)、夹角(钻孔的轴向与巷道掘进方向之间的角度)、孔深。

若通过盲区钻孔反演设计模块检查到盲区，并获得了盲区钻孔施工参数，则按照盲区钻孔施工参数继续在巷道掘进迎头施工探放水钻孔，每施工一个钻孔就用钻孔轨迹测量仪将盲区钻孔实测空间轨迹数据提取出来，每个盲区钻孔实测空间轨迹数据通过钻孔实测轨迹管理模块中的预览子模块查看是否有异常数据，如果有异常数据，则通过修正子模块对异常数据进行修正，修正后则通过入库子模块将有效的盲区实测空间轨迹数据存储到空间数据库中；

重复盲区钻孔反演设计模块检测盲区、设计盲区钻孔施工参数、施工盲区钻孔、获取盲区钻孔实测空间轨迹数据、再次检测盲区，直至达到无盲区条件，达到安全的巷道掘进条件。

本申请还提供了如图3所示的一种矿井掘进探放水辅助方法，用于所述矿井掘进探放水辅助系统；所述系统包括：钻孔轨迹采集端、空间数据库和绘图端；所述空间数据库与所述绘图端通信连接；所述绘图端包括探放水钻孔设计模块、钻孔实测轨迹管理模块、盲区钻孔反演设计模块以及三维可视化模块；

所述方法包括：

步骤s1，所述探放水钻孔设计模块根据探放水钻孔整体设计参数，生成探放水钻孔设计四图一表，施工人员依据所述探放水钻孔设计四图一表在巷道掘进迎头施工探放水钻孔，利用三维可视化模块查看探放水钻孔是否符合设计预期；

步骤s2，所述钻孔轨迹采集端对巷道掘进迎头施工的探放水钻孔进行测量，获得实测空间轨迹数据；其中，在施工人员依据所述探放水钻孔设计四图一表在巷道掘进迎头施工探放水钻孔时，每施工一个探放水钻孔，便对施工的探放水钻孔进行测量，以获得实测空间轨迹数据；

步骤s3，所述钻孔实测轨迹管理模块将所述实测空间轨迹数据进行预览和修正，并存储至所述空间数据库；

步骤s4，所述钻孔实测轨迹管理模块依据所述空间数据库中的实测空间轨迹数据，从所述空间数据库中提取所述实测空间轨迹数据，以更新所述探放水钻孔设计四图一表，并利用所述三维可视化模块查看设计钻孔轨迹和实测钻孔轨迹的空间位置关系；所述设计钻孔轨迹是依据所述探放水钻孔整体设计参数计算获得的；所述实测钻孔轨迹是依据所述实测空间轨迹数据获得的；

步骤s5，所述盲区钻孔反演设计模块依据更新后的探放水钻孔设计四图一表中的探放水钻孔设计平面图以及所述三维可视化模块展示的空间位置关系，在巷道迎头的指定距离的超前位置任意剖切，判断超前位置是否存在盲区；

步骤s6，在巷道掘进迎头指定距离的超前位置存在盲区的情况下，计算盲区钻孔施工参数，施工人员依据盲区钻孔施工参数在巷道掘进迎头施工盲区探放水钻孔；

步骤s7，所述钻孔轨迹采集端对巷道掘进迎头施工的盲区探放水钻孔进行测量，获得盲区钻孔实测空间轨迹数据；所述钻孔实测轨迹管理模块利用盲区钻孔实测空间轨迹数据更新空间数据库中的实测空间轨迹数据，基于更新后的实测空间轨迹数据更新所述探放水钻孔设计四图一表；

步骤s8，重复执行步骤s3至步骤s7，直至消除盲区。

本申请实施例在矿井超前探钻孔设计规范的基础上，基于gis、计算几何、矿山信息化、地测防治水等领域各专题研究的理论和技术，集煤矿地测探放水钻孔数据处理与可视化分析为一体，实现煤矿井下超前探钻孔信息标准化存储与实时共享，解决超前探钻孔的标准化参数自动成图、空间拓扑关系处理、任意剖切、二三维可视化、盲区钻孔反演计算等方面的难题，把业务流程充分分解处理，采用自动成图与人工交互操作的方式把用户所需的数据准确、真实、图文并茂的表达出来，提高绘图质量与工作效率，减少工作人员的工作量，从而取代传统的超前探测工作模式，实现矿区高效的生产与促进矿区的安全管理，对老窑积水的防治、保障煤矿安全生产具有重要意义。

此外，本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明实施例是参照本发明终端设备(系统)和计算机程序产品的方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现方框图中的每一方框。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

还需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

对于系统实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

以上对本申请所提供的一种矿井掘进探放水辅助系统和方法，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。