全国液化、气化、焦化用煤煤质数据库建设

魏云迅， 陈冰凌， 李玉桂， 李聪聪， 杜 凡

( 1.中国煤炭地质总局, 北京 100038； 2.中国煤炭地质总局航测遥感局, 西安 710199； 3.陕西省地理空间信息工程技术研究中心，西安 710054)

0 引言

煤炭是我国最具优势的资源，也是重要的工业原料。中国的能源构成由资源特点和经济发展阶段所决定，在相当一段时期，煤炭仍然是我国的基础能源[1]。全国矿产资源规划(2016—2020年)明确指出，要“积极推进煤炭资源从燃料向燃料与原料并重转变，促进煤炭分级分质和清洁利用”[2]。近年来，随着我国煤炭绿色高效开发、清洁高效利用及信息化技术的发展，建立煤质基础数据库是我国煤炭产业发展的必然趋势。

前人在煤炭数据库建设方面做了一些研究，多以煤炭资料查询、煤炭资源调查、煤炭资源潜力、煤质等为主，很少涉及液化、气化、焦化用煤煤质数据库建设[3-8]。赵汀依托“全国特种煤资源综合评价与信息系统建设”地质矿产调查评价项目，以全国储量利用现状调查数据库、保障程度数据库以及国内外权威网站等相关数据为基础，运用大数据分析方法、GIS决策支持模型研发了特种煤信息系统[9-10]。Finkelman等回顾了美国的煤质数据情况，提出了建设煤质数据库的具体需求。张红英等提出了建立基于 C/S、B/S 体系结构相结合的煤质管理信息系统，设计了煤质管理网上处理的系统方案，并说明数据库设计及煤质管理系统的特色[11]。田文武针对煤矿企业对煤质管理业务的需求，设计开发了基于 C/S和 B/S混合结构的煤质预测预报与管理信息系统[12]。王洋等采用统计分析和聚类计算等方法，构建了针对特定区域电厂的煤质数据库的方法[13]。

1 系统设计与开发

在总结前人煤质数据库设计开发思路基础上，笔者从“特殊用煤资源潜力调查评价”项目数据库实际需求出发，以收集与采样测试的基础煤质数据为基础，利用地理信息系统技术、大型数据库等技术，在统一的液化、气化、焦化用煤资源信息标准与规范下[14]，收集、整理、统一液化、气化、焦化用煤数据属性格式，初步建立全国液化、气化、焦化用煤资源潜力调查评价数据库，为各级管理部门以及其他用户提供实时、有序的煤炭资源清洁利用数据及辅助决策支持。

1.1 总体框架

“全国液化、气化、焦化用煤煤质数据库”是以煤炭管理实际需求为基础，以信息网络为纽带，以标准、制度和安全体系为保障，实现全国煤质基础数据的综合管理，为生产、管理提供决策支持。系统分为数据采集层、数据管理层、系统应用层三个层次(图1)。

图1 系统总体结构Figure 1 Overall structure diagram of the system

1.2 功能结构及逻辑结构

1)功能结构。包含系统管理、图形发布、地图检索、特殊用煤检索、地图资源应用、煤层综合检索6个模块。

2)逻辑结构。系统采用浏览器/服务器(B/S，Browse/Server)结构构建。系统采集的各类数据通过大型数据库平台统一管理。中间件框架，利用WebService封装业务数据传输，用数据访问层封装与数据库数据传输，并管理与所有封装业务逻辑的EJB组件。

3)数据结构。按煤质指标综合分类、形成了集煤层、煤层基本信息、工业分析及发热量、常量及微量元素、煤灰成分、煤灰熔融性、黏结指数、热稳定性及煤对CO2的化学反应性、低温干馏、煤灰熔融性及热稳定性、煤岩特征、常量及微量元素、低温干馏、煤尘爆炸性等100多种指标。

1.3 主要建设内容

1)数据标准规范建设。按照全国煤质数据管理的技术特征，基于已有数据规范，根据统一的数据结构，对全国煤质数据进行规范管理，建立可行的数据采集、编码、储存规范，制定煤炭管理行业数据采集范围标准。建立数据模型和数据编码体系，建立完整性数据库，并对所收集到的数据建立数据审核机制并定期审核，并保证数据的准确性和安全性。

2)数据库建设。依据分布式数据存储，将煤炭产生、管理中的数据按照统一的数据标准和格式整理后，以数据库形式存储管理。

3)应用软件系统开发建设。基于WEBGIS技术实现全国煤质基础数据的在线查询、分析，形成空间综合管理平台。

4)系统运行平台环境建设。基于云技术，实现数据的存储、系统的发布。

2 应用场景

2.1 系统界面及系统管理

新用户输入正确的用户名、密码、手机号码等基本信息进行系统用户注册，注册后可通过账号及密码登录系统(图2)。

图2 系统登录界面Figure 2 Login interface of the system

2.2 视图管理

视图分为系统视图和专题地图。系统视图包括地图的放大、缩小、漫游、全图、距离量算、面积量算、地图清除、图层控制、图例显示、地图比例尺、地图资源切换等；专题地图主要包括钻孔分布图、矿区分布图(图3)、煤类分布图、天地图地图接入和天地图影像接入。

图3 (矿区分布专题图)主要矿区分布视图、视图主要矿区分布Figure 3 (Thematic map of mining area distribution) The distribution view of the main mining area and the distribution of the main mining area

2.3 检索及统计

地图检索：基于空间位置，包括点、线、面等信息，进行钻孔专题的检索，对检索的结果进行列表展示，同时关联至不同的煤层信息。

1)特殊用煤检索。根据煤质基础数据管理架构及特殊用煤指标体系，建立特殊用煤数据检索结构图，进行煤类统计、分析，并以列表的方式检索煤质信息。特殊用煤检索分为钻孔组合检索、直接液化用煤评价(图4)、气化用煤评价、炼焦用煤评价指标体系[14-15](表1)，其中气化用煤评价分为固定床气化用煤评价指标体系、流化床气化用煤评价指标体系、水煤浆气流气化用煤评价指标体、干煤粉气流床气化用煤评价指标体系等四类。

表1 煤质评价指标体系Table1 Evaluation index system of coal quality

图4 直接液化用煤评价检索界面Figure 4 Retrieval interface of the direct liquefaction coal

2)煤质检测数据统计。煤质检测数据统计依据行政区、规划矿区、工作程度、终孔日期、终孔深度等不同方面进行统计。

3 结语

1) 根据“特殊用煤资源潜力调查评价”项目要求，收集、整理、统一液化、气化、焦化用煤数据属性格式，建立了全国液化、气化、焦化用煤煤质数据库，以标准、制度和安全体系为保障，实现了煤质基础数据的综合管理，为各级管理部门及其他用户提供实时、有序的煤炭资源清洁利用数据及辅助决策支持。系统集成了空间数据库技术、WEBGIS技术、J2EE等多项技术，分为数据采集层、数据管理层、系统应用层三个层次和系统管理、图形发布、地图检索、特殊用煤检索、地图资源应用、煤层综合检索等6个模块。

2)新时代对煤炭地质工作提出了新的要求和挑战。2018年，煤炭地质云(CGC)1.0正式上线服务，开创了“互联网+煤炭地质”的全新时代[16]。目前，我国煤炭煤质数据分析研究基本仍以常规技术为主，煤炭地质信息化程度远远不足。要加大地理信息、“AI”、云计算、大数据等先进技术与煤炭地质工作的全面融合和同频共振，促进煤炭地质工作向绿色、智能、高效迈进，让地质数据在煤炭行业与国民经济的发展中发挥更大作用。