基于WEB的煤礦水害遠程監測及預警研究

吳濤

（中國煤炭地質總局 水文地質工程地質環境地質勘查院，河北 邯鄲056004）

0 引 言

在水文地質條件復雜的礦區，煤礦水害時有發生，是威脅煤礦安全生產的主要因素之一。根據煤礦水害成因，大致可以將煤礦水害分為煤層頂板涌水引起的水害、底板承壓水突水引起的水害、斷層-陷落柱導水引起的水害以及老空水突水引起的水害等。水文地質條件復雜的礦井水害類型也復雜，水害的監測預警已成為日常工作重點和難點。隨著計算機技術的發展，監測設備及5G技術的廣泛應用，依托云計算和大數據技術建設水文地質數據庫，礦井水害可以實現遠程的實時監測，對煤礦數字化、智能化管理具有重要意義。同時，煤礦水害遠程監測及預警已成為煤礦安全生產的技術保障之一。

1 水害遠程監測與預警關鍵技術

1.1 功能結構

基于WEB的煤礦水害監測與預警系統由云殼（大數據平臺）、功能層（交互層）、云體（大數據體）組成，如圖1所示。

大數據平臺（云殼）由靜態數據和動態數據組成。靜態數據由井田位置、資源、生產開采條件概況以及地質數據、水文地質數據等多方面數據構成，動態數據包括開采狀態數據和實時監測數據。功能層（交互層）由水害實時監測模塊、分析預警模塊、專家咨詢模塊組成。

大數據體（云體）由監測設備管理模塊、地下水水位（水壓）監測模塊、地下水水質分析模塊、采空積水動態管理模塊、采掘動態管理模塊、數據管理模塊及傳輸通訊模塊等組成。

1.2 框架結構

煤礦水害遠程監測與預警系統整體架構可分為6個基礎層級，如圖2所示。

圖2 總體架構Fig.2 Overall architecture

（1）基礎層。基礎層是煤礦水害遠程監測與預警系統的保障層，由監測設備、網絡通訊設備、存儲設備、顯示設備等構成，是整個系統的硬件組成部分，為系統提供良好的運行基礎。

（2）數據層。數據層是數據資源的保障，將數據資源按數據結構組織方式分為基礎的結構型資源和非結構型資源。非結構型資源通過基礎內容管理模式進行管理維護，供用戶查詢瀏覽；結構型數據，采用關系型數據庫進行管理。采用關系型數據Oracle11g和FTP分布式文件存儲方式。

（3）軟件支撐層。軟件支撐層是整體應用系統建設的基礎保障，采用ArcGIS、ADO.NET、MVC、WinFORM、數據庫、Html5等技術，搭建系統基礎支撐組件，為系統相關功能模塊快速搭建提供支撐。

（4）應用管理層。應用管理層承接軟件應用管理層和展現層邏輯接口，將實際應用劃分成用戶管理、數據管理、數據檢索、數據導入、數據導出等邏輯應用，模塊化進行相關的管理。應用管理層采用.NET Framework框架、ArcGIS平臺支撐軟件開發。

（5）展現層。展現層將整體應用功能通過門戶系統進行展現，可以實現相關系統的應用和資源的瀏覽查詢、管理維護操作。技術實現層外網B/S程序采用asp.net、mvc、html5、ajax技術；內網C/S系統采用Winform、Devexpress技術實現。

（6）用戶層。用戶層面向煤礦水害遠程監測預警系統最終用戶，采用B/S模式，可分為內網用戶和外網用戶，內網用戶訪問信息管理及專家決策子系統，外網用戶訪問網絡發布子系統。

2 水害遠程監測與預警系統功能

2.1 監測數據管理

監測數據管理從能力上看，能夠實現水量監測、水溫監測、水位監測、水壓監測、變形量監測、水質監測6類動態數據存儲和管理。為了實現大量動態數據監測、提高檢索效率，把6類動態監測數據分別管理，并且以時間字段進行索引。從功能上，監測數據管理實現了水量監測、水溫監測、水位監測、水壓監測、變形量監測、水質監測數據動態顯示、按時間查詢、數據列表顯示、數據曲線顯示、曲線圖導出、數據導出等。

2.2 專家決策

專家決策功能基于基礎數據，利用專家決策模型，疊加動態監測數據進行預警。預警的模式有閾值預警、異常預警、趨勢預警等。在功能上實現了水量、水溫、水位、水壓、變形量、水質監測預警閾值設置及計算。

2.2.1 超限報警

利用監測設備對礦井水位、水壓、流量等參數進行監控，當達到設定參數上、下限時，預警系統報警，如圖3所示。

圖3 超限報警Fig.3 Overrun alarm

2.2.2 變化率預警

利用監測設備對礦井水位、水壓、流量等參數的變化率進行監控，當在規定的時間內某一變化較大時，發出信號，預警系統報警，如圖4所示。

圖4 變化率報警Fig.4 Rate of change alarm

2.2.3 變化趨勢報警

利用監測設備對礦井水位、水壓、流量等參數的變化趨勢進行監控，當某一參數出現持續增長或者持續下降的趨勢時，發出預警信號，預警系統報警，如圖5所示。

圖5 變化趨勢報警Fig.5 Changing trend alarm

3 結 語

煤礦水害遠程監測與預警是智慧礦山建設重要組成部分。隨著5G技術的應用，礦井水害遠程監測將被廣泛應用到生產中。基于WEB的煤礦水害遠程監測預警系統可以實時動態監測，通過瀏覽器可以實時查看監測數據。通過對歷時數據的動態分析，根據分析結果設置預警值，可以實現水害的監測預警功能。通過設置不同的權限可以實現不同管理層相關數據的查詢與分析。通過網絡和通訊系統的推送，達到煤礦水害實時監測與預警的目的。