浅谈王庄煤矿信息化水文地质动态数据库的建立

孙光南

(潞安环能股份公司 王庄煤矿，山西 长治 046031)

我国矿床水文地质条件复杂多样，水害是影响煤矿生产与安全的主要灾害之一，据统计，2004-2015年，我国煤矿发生水害事故654起，死亡2 833人，水害事故成为制约我国矿企安全高效生产的重要因素[1-2]。随着科学技术的发展，网络信息化的数据处理技术在煤矿安全生产中得到越来越广泛的应用，利用现代电子、通信、计算机和网络技术来捕捉矿井水文地质各种基础数据，结合采掘现状，对煤矿水害隐患及时进行预测预报，能够发挥很好的防灾减灾作用[3]。王庄煤矿是一座大型高产高效现代化矿井，核定生产能力达710万t/a，主采山西组3号煤层和太原组15号煤层，矿井本身水文地质条件属于中等，但在隐伏地质构造的影响下，矿井生产受到的水害威胁较大，除此之外，还受到顶板的砂岩裂隙水、太灰水以及老空水的威胁。因此，针对王庄煤矿水文地质基础数据，构建信息化的水文地质动态数据库，实现矿井水文地质资料的标准化、信息化管理，对提高王庄煤矿防治水技术水平，保证煤矿安全生产具有重要意义。

1 王庄煤矿基本水文地质条件

王庄煤矿位于辛安泉域中部襄垣至长治之间径流区，属辛安泉域中等-强径流区，岩溶地下水赋存运动规律受区域地下水系统的补、径、排条件制约，与区域地下水系统基本一致，结合井田水文地质条件分析，北部、西部边界为地下水侧向补给边界，东部边界为地下水排泄边界。井田内主要含水层包括第四系空隙含水层、二叠系砂岩裂隙含水层、太原组薄层灰岩岩溶裂隙含水层和奥陶系中统岩裂隙含水层，垂向上各主要含水层之间存在隔水层，且隔水性能良好，各含水层之间水力联系较弱。目前王庄煤矿所采 3号煤层大部分处于中奥灰含水层的区域水位以下，底板奥灰水突水系数为0.010～0.032 MPa/m，虽然突水系数<0.06 MPa/m，但在区域性断层中华-安昌断层及一些隐伏构造的影响下，可能会构成底板突水危险。15号煤层底板隔水层承受的水压为0.37～4.55 MPa，底板突水系数为0.038～0.216 MPa/m，尤其在受到中华-安昌断层影响的区域，突水危险大。除此之外，还受到顶板的砂岩裂隙水、太灰水以及老空水的威胁。

2 数据库的构建原理

水文地质相关数据主要是内容复杂异构、文件小碎多、数据形态碎片化、数据格式各异的非结构化数据和空间数据。结合当前云计算和大数据技术，基于Hadoop 大数据平台技术，将水文地质相关非结构化的地质数据和结构数据融合在大数据平台上，以形成面向文本检索、数据发现和数据挖掘的“新模式”。构建成抽象的基于Hadoop数据挖掘和处理的大数据处理平台，有效解决非结构化地质水文数据的组织、存储、快速发现和使用问题，实现空间数据和非空间数据集成。基于此，构建王庄煤矿水文地质动态数据库。

1) 搜集近40年来不同工作目的施工的地质及水文地质勘探资料，对图、文、表等各类数据资料按照相关规范进行标准化、规范化处理。

2) 在此基础上，建立王庄煤矿水文地质数据库，运用网络化大数据技术，开发数据库管理模块，实现数据库系统数据的存储、管理、检索、查询、编辑维护、统计、输出等功能。

3) 结合以往施工的水文地质钻孔，实现地面长观孔水位、井下巷道流量、水仓水位和蓄水量、工作面水文、水压以及水质等多种综合水文数据的监测及自动传输。

4) 研究矿井水文地质动态数据场采集、传输方式方法和软硬件系统，实现基于网络的王庄煤矿防治水大数据系统建设。

3 数据库构架及主要功能

为了满足不同现场需求，信息管理子系统(MIS)基于分布式系统架构设计。该系统由实时监测软件(Server)和WEB服务软件(WebServer)组成。并且，为了容易和其他系统集成，该系统软件提供了OPC接口功能。系统应用部署示意见图1。图中，监测主机是运行实时监测软件的计算机，通常情况下，也将数据库服务器安装在该计算机里；WEB服务器是运行水文实时监测系统WEB服务软件的计算机；局域网网页浏览是在局域网内用浏览器来访问水文实时监测系统WEB服务的用户，如图中的用户A和用户B；远程网网页浏览是通过互联网，用浏览器来访问水文实时监测系统WEB服务的用户，如图中的用户C和用户D。

图1 数据库架构示意

信息管理子系统包括数据维护、数据检索、统计分析、数据输出与日常管理。数据维护主要指数据录入、编辑与删除；数据检索主要便于用户对特点数据进行查询；统计分析主要是对数据进行台账统计、图表分析；数据输出包括数据多格式导出、打印等；日常管理主要针对安全保密性，包括用户管理、权限管理等。数据库的功能界面主要包括：

1) 信息管理主界面，主要进行基础信息的管理，包括基础信息面板、基础参数、数据统计三个主要方面。

2) 数据录入界面，主要为王庄煤矿各种水文地质基础资料，包括钻孔信息、各类报告、图表、图纸(CAD、MAPGIS等格式)。

3) 用户信息设置，该系统为授权登录系统，用户可通过授权账号及密码登录，同时也可进行密码修改。

4) 数据查询界面，该系统具有查询功能，可进行相关项目、图纸、钻孔等信息查询，如在钻孔信息查询中，可通过输入钻孔编号、钻孔类型、所属项目、终孔日期、单位名称等进行钻孔详细信息的查询。

5) 地图服务器，地图服务器采用登录验证，通过一系列的数据源，包括矢量数据源和栅格数据源，形成地图，通过建立新的数据源，可将源数据上传到数据库中。并且通过服务器实现地图服务发布和日志提取。

4 结 语

信息化的水文地质动态数据库，采用云计算、大数据信息处理技术，充分搜集分析内容复杂、数据结构各异、数据形态碎片化、文件小碎多的煤矿水文地质非结构化数据和空间数据，并对数据进行结构化标准化处理，通过开发数据库管理模块，实现数据库系统可视化数据管理、数据查询、检索、编辑维护、空间分析、数据统计、数据输出等功能。对加强水害预警，减小矿井水害威胁，提高矿井防治水技术水平与管理能力，以及煤矿的标准化、信息化建设具有重要意义。