基于WEB的煤矿水害远程监测及预警研究

吴涛

（中国煤炭地质总局 水文地质工程地质环境地质勘查院，河北 邯郸056004）

0 引 言

在水文地质条件复杂的矿区，煤矿水害时有发生，是威胁煤矿安全生产的主要因素之一。根据煤矿水害成因，大致可以将煤矿水害分为煤层顶板涌水引起的水害、底板承压水突水引起的水害、断层-陷落柱导水引起的水害以及老空水突水引起的水害等。水文地质条件复杂的矿井水害类型也复杂，水害的监测预警已成为日常工作重点和难点。随着计算机技术的发展，监测设备及5G技术的广泛应用，依托云计算和大数据技术建设水文地质数据库，矿井水害可以实现远程的实时监测，对煤矿数字化、智能化管理具有重要意义。同时，煤矿水害远程监测及预警已成为煤矿安全生产的技术保障之一。

1 水害远程监测与预警关键技术

1.1 功能结构

基于WEB的煤矿水害监测与预警系统由云壳（大数据平台）、功能层（交互层）、云体（大数据体）组成，如图1所示。

大数据平台（云壳）由静态数据和动态数据组成。静态数据由井田位置、资源、生产开采条件概况以及地质数据、水文地质数据等多方面数据构成，动态数据包括开采状态数据和实时监测数据。功能层（交互层）由水害实时监测模块、分析预警模块、专家咨询模块组成。

大数据体（云体）由监测设备管理模块、地下水水位（水压）监测模块、地下水水质分析模块、采空积水动态管理模块、采掘动态管理模块、数据管理模块及传输通讯模块等组成。

1.2 框架结构

煤矿水害远程监测与预警系统整体架构可分为6个基础层级，如图2所示。

图2 总体架构Fig.2 Overall architecture

（1）基础层。基础层是煤矿水害远程监测与预警系统的保障层，由监测设备、网络通讯设备、存储设备、显示设备等构成，是整个系统的硬件组成部分，为系统提供良好的运行基础。

（2）数据层。数据层是数据资源的保障，将数据资源按数据结构组织方式分为基础的结构型资源和非结构型资源。非结构型资源通过基础内容管理模式进行管理维护，供用户查询浏览；结构型数据，采用关系型数据库进行管理。采用关系型数据Oracle11g和FTP分布式文件存储方式。

（3）软件支撑层。软件支撑层是整体应用系统建设的基础保障，采用ArcGIS、ADO.NET、MVC、WinFORM、数据库、Html5等技术，搭建系统基础支撑组件，为系统相关功能模块快速搭建提供支撑。

（4）应用管理层。应用管理层承接软件应用管理层和展现层逻辑接口，将实际应用划分成用户管理、数据管理、数据检索、数据导入、数据导出等逻辑应用，模块化进行相关的管理。应用管理层采用.NET Framework框架、ArcGIS平台支撑软件开发。

（5）展现层。展现层将整体应用功能通过门户系统进行展现，可以实现相关系统的应用和资源的浏览查询、管理维护操作。技术实现层外网B/S程序采用asp.net、mvc、html5、ajax技术；内网C/S系统采用Winform、Devexpress技术实现。

（6）用户层。用户层面向煤矿水害远程监测预警系统最终用户，采用B/S模式，可分为内网用户和外网用户，内网用户访问信息管理及专家决策子系统，外网用户访问网络发布子系统。

2 水害远程监测与预警系统功能

2.1 监测数据管理

监测数据管理从能力上看，能够实现水量监测、水温监测、水位监测、水压监测、变形量监测、水质监测6类动态数据存储和管理。为了实现大量动态数据监测、提高检索效率，把6类动态监测数据分别管理，并且以时间字段进行索引。从功能上，监测数据管理实现了水量监测、水温监测、水位监测、水压监测、变形量监测、水质监测数据动态显示、按时间查询、数据列表显示、数据曲线显示、曲线图导出、数据导出等。

2.2 专家决策

专家决策功能基于基础数据，利用专家决策模型，叠加动态监测数据进行预警。预警的模式有阈值预警、异常预警、趋势预警等。在功能上实现了水量、水温、水位、水压、变形量、水质监测预警阈值设置及计算。

2.2.1 超限报警

利用监测设备对矿井水位、水压、流量等参数进行监控，当达到设定参数上、下限时，预警系统报警，如图3所示。

图3 超限报警Fig.3 Overrun alarm

2.2.2 变化率预警

利用监测设备对矿井水位、水压、流量等参数的变化率进行监控，当在规定的时间内某一变化较大时，发出信号，预警系统报警，如图4所示。

图4 变化率报警Fig.4 Rate of change alarm

2.2.3 变化趋势报警

利用监测设备对矿井水位、水压、流量等参数的变化趋势进行监控，当某一参数出现持续增长或者持续下降的趋势时，发出预警信号，预警系统报警，如图5所示。

图5 变化趋势报警Fig.5 Changing trend alarm

3 结 语

煤矿水害远程监测与预警是智慧矿山建设重要组成部分。随着5G技术的应用，矿井水害远程监测将被广泛应用到生产中。基于WEB的煤矿水害远程监测预警系统可以实时动态监测，通过浏览器可以实时查看监测数据。通过对历时数据的动态分析，根据分析结果设置预警值，可以实现水害的监测预警功能。通过设置不同的权限可以实现不同管理层相关数据的查询与分析。通过网络和通讯系统的推送，达到煤矿水害实时监测与预警的目的。