煤礦信息化水文地質(zhì)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)建立

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摘要:信息化水文地質(zhì)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建是現(xiàn)代化礦井實(shí)現(xiàn)水文地質(zhì)資料標(biāo)準(zhǔn)化、信息化管理的必經(jīng)之路。文章基于對(duì)王莊煤礦水文地質(zhì)條件的認(rèn)識(shí)，探討了構(gòu)建信息化水文地質(zhì)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)的重要性，闡述了數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建理念和水文地質(zhì)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)的基本框架。旨在為王莊煤礦水文地質(zhì)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化、信息化管理提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞:信息化;水文地質(zhì);動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù);王莊煤礦

我國(guó)礦床水文地質(zhì)條件復(fù)雜多樣，水害是影響煤礦生產(chǎn)與安全的主要災(zāi)害之一，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2004－2015年，我國(guó)煤礦發(fā)生水害事故654起，死亡2833人，水害事故成為制約我國(guó)礦企安全高效生產(chǎn)的重要因素［1－2］。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)信息化的數(shù)據(jù)處理技術(shù)在煤礦安全生產(chǎn)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，利用現(xiàn)代電子、通信、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來(lái)捕捉礦井水文地質(zhì)各種基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，結(jié)合采掘現(xiàn)狀，對(duì)煤礦水害隱患及時(shí)進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，能夠發(fā)揮很好的防災(zāi)減災(zāi)作用［3］。王莊煤礦是一座大型高產(chǎn)高效現(xiàn)代化礦井，核定生產(chǎn)能力達(dá)710萬(wàn)t/a，主采山西組3號(hào)煤層和太原組15號(hào)煤層，礦井本身水文地質(zhì)條件屬于中等，但在隱伏地質(zhì)構(gòu)造的影響下，礦井生產(chǎn)受到的水害威脅較大，除此之外，還受到頂板的砂巖裂隙水、太灰水以及老空水的威脅。因此，針對(duì)王莊煤礦水文地質(zhì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，構(gòu)建信息化的水文地質(zhì)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)礦井水文地質(zhì)資料的標(biāo)準(zhǔn)化、信息化管理，對(duì)提高王莊煤礦防治水技術(shù)水平，保證煤礦安全生產(chǎn)具有重要意義。

1王莊煤礦基本水文地質(zhì)條件

王莊煤礦位于辛安泉域中部襄垣至長(zhǎng)治之間徑流區(qū)，屬辛安泉域中等－強(qiáng)徑流區(qū)，巖溶地下水賦存運(yùn)動(dòng)規(guī)律受區(qū)域地下水系統(tǒng)的補(bǔ)、徑、排條件制約，與區(qū)域地下水系統(tǒng)基本一致，結(jié)合井田水文地質(zhì)條件分析，北部、西部邊界為地下水側(cè)向補(bǔ)給邊界，東部邊界為地下水排泄邊界。井田內(nèi)主要含水層包括第四系空隙含水層、二疊系砂巖裂隙含水層、太原組薄層灰?guī)r巖溶裂隙含水層和奧陶系中統(tǒng)巖裂隙含水層，垂向上各主要含水層之間存在隔水層，且隔水性能良好，各含水層之間水力聯(lián)系較弱。目前王莊煤礦所采3號(hào)煤層大部分處于中奧灰含水層的區(qū)域水位以下，底板奧灰水突水系數(shù)為0．010～0．032MPa/m，雖然突水系數(shù)＜0．06MPa/m，但在區(qū)域性斷層中華－安昌斷層及一些隱伏構(gòu)造的影響下，可能會(huì)構(gòu)成底板突水危險(xiǎn)。15號(hào)煤層底板隔水層承受的水壓為0．37～4．55MPa，底板突水系數(shù)為0．038～0．216MPa/m，尤其在受到中華－安昌斷層影響的區(qū)域，突水危險(xiǎn)大。除此之外，還受到頂板的砂巖裂隙水、太灰水以及老空水的威脅。

2數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建原理

水文地質(zhì)相關(guān)數(shù)據(jù)主要是內(nèi)容復(fù)雜異構(gòu)、文件小碎多、數(shù)據(jù)形態(tài)碎片化、數(shù)據(jù)格式各異的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)。結(jié)合當(dāng)前云計(jì)算和大數(shù)據(jù)技術(shù)，基于Hadoop大數(shù)據(jù)平臺(tái)技術(shù)，將水文地質(zhì)相關(guān)非結(jié)構(gòu)化的地質(zhì)數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)融合在大數(shù)據(jù)平臺(tái)上，以形成面向文本檢索、數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)和數(shù)據(jù)挖掘的“新模式”。構(gòu)建成抽象的基于Hadoop數(shù)據(jù)挖掘和處理的大數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，有效解決非結(jié)構(gòu)化地質(zhì)水文數(shù)據(jù)的組織、存儲(chǔ)、快速發(fā)現(xiàn)和使用問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)集成?；诖?，構(gòu)建王莊煤礦水文地質(zhì)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)。1)搜集近40年來(lái)不同工作目的施工的地質(zhì)及水文地質(zhì)勘探資料，對(duì)圖、文、表等各類數(shù)據(jù)資料按照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化處理。2)在此基礎(chǔ)上，建立王莊煤礦水文地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)，運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)化大數(shù)據(jù)技術(shù)，開發(fā)數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、管理、檢索、查詢、編輯維護(hù)、統(tǒng)計(jì)、輸出等功能。3)結(jié)合以往施工的水文地質(zhì)鉆孔，實(shí)現(xiàn)地面長(zhǎng)觀孔水位、井下巷道流量、水倉(cāng)水位和蓄水量、工作面水文、水壓以及水質(zhì)等多種綜合水文數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)及自動(dòng)傳輸。4)研究礦井水文地質(zhì)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)場(chǎng)采集、傳輸方式方法和軟硬件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)的王莊煤礦防治水大數(shù)據(jù)系統(tǒng)建設(shè)。

3數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)架及主要功能

為了滿足不同現(xiàn)場(chǎng)需求，信息管理子系統(tǒng)(MIS)基于分布式系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)由實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)軟件(Server)和WEB服務(wù)軟件(WebServer)組成。并且，為了容易和其他系統(tǒng)集成，該系統(tǒng)軟件提供了OPC接口功能。系統(tǒng)應(yīng)用部署示意見圖1。圖中，監(jiān)測(cè)主機(jī)是運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)軟件的計(jì)算機(jī)，通常情況下，也將數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器安裝在該計(jì)算機(jī)里;WEB服務(wù)器是運(yùn)行水文實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)WEB服務(wù)軟件的計(jì)算機(jī);局域網(wǎng)網(wǎng)頁(yè)瀏覽是在局域網(wǎng)內(nèi)用瀏覽器來(lái)訪問(wèn)水文實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)WEB服務(wù)的用戶，如圖中的用戶A和用戶B;遠(yuǎn)程網(wǎng)網(wǎng)頁(yè)瀏覽是通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)，用瀏覽器來(lái)訪問(wèn)水文實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)WEB服務(wù)的用戶，如圖中的用戶C和用戶D。圖1數(shù)據(jù)庫(kù)架構(gòu)示意信息管理子系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)維護(hù)、數(shù)據(jù)檢索、統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)據(jù)輸出與日常管理。數(shù)據(jù)維護(hù)主要指數(shù)據(jù)錄入、編輯與刪除;數(shù)據(jù)檢索主要便于用戶對(duì)特點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢;統(tǒng)計(jì)分析主要是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行臺(tái)賬統(tǒng)計(jì)、圖表分析;數(shù)據(jù)輸出包括數(shù)據(jù)多格式導(dǎo)出、打印等;日常管理主要針對(duì)安全保密性，包括用戶管理、權(quán)限管理等。數(shù)據(jù)庫(kù)的功能界面主要包括:1)信息管理主界面，主要進(jìn)行基礎(chǔ)信息的管理，包括基礎(chǔ)信息面板、基礎(chǔ)參數(shù)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)三個(gè)主要方面。2)數(shù)據(jù)錄入界面，主要為王莊煤礦各種水文地質(zhì)基礎(chǔ)資料，包括鉆孔信息、各類報(bào)告、圖表、圖紙(CAD、MAPGIS等格式)。3)用戶信息設(shè)置，該系統(tǒng)為授權(quán)登錄系統(tǒng)，用戶可通過(guò)授權(quán)賬號(hào)及密碼登錄，同時(shí)也可進(jìn)行密碼修改。4)數(shù)據(jù)查詢界面，該系統(tǒng)具有查詢功能，可進(jìn)行相關(guān)項(xiàng)目、圖紙、鉆孔等信息查詢，如在鉆孔信息查詢中，可通過(guò)輸入鉆孔編號(hào)、鉆孔類型、所屬項(xiàng)目、終孔日期、單位名稱等進(jìn)行鉆孔詳細(xì)信息的查詢。5)地圖服務(wù)器，地圖服務(wù)器采用登錄驗(yàn)證，通過(guò)一系列的數(shù)據(jù)源，包括矢量數(shù)據(jù)源和柵格數(shù)據(jù)源，形成地圖，通過(guò)建立新的數(shù)據(jù)源，可將源數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)庫(kù)中。并且通過(guò)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)地圖服務(wù)和日志提取。

4結(jié)語(yǔ)

信息化的水文地質(zhì)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)，采用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)信息處理技術(shù)，充分搜集分析內(nèi)容復(fù)雜、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)各異、數(shù)據(jù)形態(tài)碎片化、文件小碎多的煤礦水文地質(zhì)非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化標(biāo)準(zhǔn)化處理，通過(guò)開發(fā)數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)可視化數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)查詢、檢索、編輯維護(hù)、空間分析、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)輸出等功能。對(duì)加強(qiáng)水害預(yù)警，減小礦井水害威脅，提高礦井防治水技術(shù)水平與管理能力，以及煤礦的標(biāo)準(zhǔn)化、信息化建設(shè)具有重要意義。

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作者：孫光南 單位：潞安環(huán)能股份公司