王 皓，董書寧，喬 偉，姬亞東，朱開鵬，周振方，寧殿艷，尚宏波

礦井水害防控遠程服務云平臺構建與應用

王 皓1,2，董書寧1,2，喬 偉1,2，姬亞東1,2，朱開鵬1,2，周振方1,2，寧殿艷1,2，尚宏波1,2

(1. 中煤科工集團西安研究院有限公司，陜西 西安 710077； 2. 陜西省煤礦水害防治技術重點實驗室，陜西 西安 710077)

煤礦水害嚴重制約煤炭資源安全高效開發(fā)。針對我國煤礦開采面臨的典型頂板、底板和老空水害問題，現(xiàn)階段礦井水害防治主要開展水害危險性評價、涌水量預測、水害監(jiān)測預警及水害探查與治理等工作，智能化程度不高。為了解決煤礦企業(yè)現(xiàn)場水害防治不同階段研究與決策的智能化需求，通過將煤礦水害防治與“大數(shù)據(jù)”“數(shù)字化礦山”“互聯(lián)網(wǎng)+”“云服務平臺”等新理念、新技術進行融合，設計開發(fā)了基于多源數(shù)據(jù)融合的礦井水害防控遠程服務云平臺，實現(xiàn)水文地質(zhì)信息管理、水害風險分析評價、水害防治方案設計、水害監(jiān)測數(shù)據(jù)分析與智能預警、水災事故輔助決策以及隨時隨地多部門多端協(xié)同，構建形成“互聯(lián)網(wǎng)+水害防治智慧服務”新模式。礦井水害防控遠程服務云平臺實現(xiàn)了煤礦水害防治方案的科學、快速、精準制定，提高了礦井水害防治技術工作管理水平，為煤礦安全高效開采提供可靠的技術平臺支撐。

水害防治；智慧服務；數(shù)字化；多源數(shù)據(jù)；云平臺

煤炭在我國一次能源結構中占主體地位，但同時我國也是世界上礦井水文地質(zhì)條件最為復雜的國家，頻發(fā)的煤礦水災事故嚴重制約了煤炭工業(yè)的快速和高質(zhì)量發(fā)展。近年來，在業(yè)界同仁的共同努力下，全國煤礦水害事故數(shù)量及死亡人數(shù)總體呈下降趨勢，但水害事故對煤礦企業(yè)造成的經(jīng)濟損失和人員傷亡依然不容忽視[1-2]。

當煤礦企業(yè)發(fā)生水災事故或生產(chǎn)安全受水害威脅時，煤礦企業(yè)通常會第一時間從國內(nèi)水害防治專業(yè)機構邀請專家趕赴現(xiàn)場，通過會議交流、資料查閱、現(xiàn)場取證、模擬計算等形式進行煤礦水患分析、水災應急搶險、水災治理、事故成因診斷等專業(yè)工作[3]。然而，專家消耗在路上的時間太多，嚴重地降低了工作效率；且國內(nèi)專業(yè)的水害防治技術專家人數(shù)有限，精力有限，難以同時滿足煤礦企業(yè)水害防治的各類需求。行業(yè)和市場對技術服務保障工作的迫切要求，促使服務模式和服務方式進行創(chuàng)新和升級。

目前，國內(nèi)外已有多個領域開發(fā)并推出了基于網(wǎng)絡的遠程服務平臺，包括網(wǎng)絡在線客服平臺、遠程教育平臺、遠程醫(yī)療平臺、遠程會議平臺、計算機遠程維護平臺，以及部分煤礦管理機構建立的安全生產(chǎn)遠程監(jiān)管平臺、自然資源部建立的遠程鉆井設計與隨鉆分析平臺等[4-5]。此類遠程服務平臺具有如下優(yōu)點：①整合專業(yè)的技術和服務解決方案；貼近用戶需求，是多元、專業(yè)和高效的遠程技術服務平臺；②方便快捷的服務方式：用戶通過遠程協(xié)助軟件連接專家，專家可以瞬間“到達”用戶身邊，為用戶解決各類技術故障，達到與專家上門服務相同的效果；③物美價廉：采用先進的遠程技術軟件，無需出門就能高效地解決問題，在節(jié)約時間成本的同時，也降低了使用成本，還可享受到專業(yè)高效滿意的服務。然而，我國目前尚未建立用于煤礦水害防治的遠程服務平臺，無法滿足煤礦水害防治實時、高效的新需求。將礦井水害防治主要工作由線下“遷移”到線上，充分發(fā)揮信息技術和智能算法優(yōu)勢，提高診斷分析效率，是礦井水害防治領域發(fā)展的必然趨勢。筆者基于“大數(shù)據(jù)”“數(shù)字化礦山”“互聯(lián)網(wǎng)+”等新理念新技術，構建礦井水害防控遠程服務云平臺，旨在為煤礦水害防治提供科學可靠的技術平臺支撐。

1 礦井水害防治主要工作

目前，針對我國煤礦開采面臨的典型底板、頂板和老空水害問題，開展的水害防控工作有水害危險性評價、礦井涌水量預測、水害監(jiān)測預警及水害探查與治理等[6]。

1.1 水害危險性評價

底板水害危險性評價方面，“五圖—雙系數(shù)”法與脆弱性指數(shù)法應用較為廣泛，其中，“五圖—雙系數(shù)”法是通過構建底板保護層破壞深度等值線圖、底板保護層厚度等值線圖、煤層底板以上水頭等值線圖、有效保護層厚度等值線圖及綜合形成帶壓開采評價圖，并通過計算煤層開采底板帶壓系數(shù)和突水系數(shù)，綜合評價水害危險性[7]。脆弱性指數(shù)法則是基于底板突水主控因素，利用GIS進行空間數(shù)據(jù)信息分析處理的水害危險性評價方法[8]。

頂板水害危險性評價方面，武強院士提出了“三圖—雙預測”法[9]，通過構建充水含水層富水性分區(qū)圖、頂板垮裂安全性分區(qū)圖及頂板涌(突)水條件綜合分區(qū)圖，并計算工作面回采期間的涌水量，進行危險性評價。另外，通過綜合沉積和構造控水要素，進行富水性分區(qū)的方法在鄂爾多斯聚煤盆地蒙陜接壤礦區(qū)、寧東鴛鴦湖礦區(qū)進行了應用[10](圖1)。

圖1 陜北某礦頂板突水條件綜合分區(qū)

1.2 礦井涌水量預測

近年來形成了一些行之有效的技術方法，一是在地下水滲流理論基礎之上發(fā)展起來的解析法和數(shù)值法，解析法主要包括大井法、動–靜儲量法等，數(shù)值法主要是基于有限元或有限差分原理，利用Feflow或Visual Modflow 等數(shù)值軟件進行模擬計算；二是以回歸分析等數(shù)理統(tǒng)計理論為基礎，發(fā)展形成的經(jīng)驗公式法、水文地質(zhì)比擬法、-曲線外推法等；三是建立在質(zhì)量守恒定律基礎上的水均衡法。目前，現(xiàn)場較廣泛應用的有動靜儲量法[11]、數(shù)值法和水文地質(zhì)比擬法等。

1.3 水害監(jiān)測預警

“十三五期間”，研發(fā)形成了多頻連續(xù)電法充水水源監(jiān)測技術和井–地–孔聯(lián)合微震導水通道監(jiān)測技術[12-13]，實現(xiàn)了煤層采動頂板導水裂隙帶發(fā)育高度的實時動態(tài)監(jiān)測，以及煤層采動底板破壞深度的動態(tài)監(jiān)測[14-15]，如圖2所示。另外，老空水監(jiān)測方面，應力應變傳感器監(jiān)測煤柱穩(wěn)定性等技術方法得到了應用[16]。綜合以上目前常用的水害監(jiān)測技術，實現(xiàn)礦井頂板、底板和老空水的監(jiān)測預警。

圖2 煤礦底板水害光纖光柵+多頻連續(xù)電法、井–孔微震監(jiān)測布置原理

1.4 水害探查與治理

在頂板水害超前治理方面，一般是在工作面回采前，通過施工頂板探放水鉆孔，超前疏放充水水源，避免回采期間工作面發(fā)生集中涌水[17]；在底板水害超前治理方面，利用物探、鉆探方法進行原生導水通道的探查與治理，利用定向水平長鉆孔進行隔水層加固或含水層改造，使原本處于開采危險區(qū)的煤層經(jīng)過治理，達到安全開采的條件[18-19](圖3)。

圖3 煤層底板超前區(qū)域治理鉆探–注漿布置原理

煤礦突水事故發(fā)生后，如果突水點、突水通道能夠明確，可通過突水通道的注漿封堵，完成水災治理；如果突水通道不明確，可通過選取一段合理的井下巷道(過水巷道)進行封堵，達到快速堵水的目的。目前，內(nèi)置保漿袋的動水大通道快速封堵技術是一種較為先進的過水巷道封堵技術[20]，陷落柱止水塞建造技術、斷層注漿技術等在突水通道治理中效果相對明顯。

2 礦井水害防控遠程服務云平臺架構

通過對礦井水害防治工作的梳理和分析，可見其往往涉及多個專業(yè)，需要多部門協(xié)作，且技術性強、復雜度高，需要通過數(shù)字化、標準化技術手段，全面提升礦井水害防治工作的專業(yè)化水平。

2.1 礦井水害防控多源數(shù)據(jù)融合

在礦井水害防治工作的不同階段，需要收集分析的數(shù)據(jù)及處理方法既有相關性也有差異性，傳統(tǒng)單一數(shù)據(jù)處理方法在處理這類數(shù)據(jù)時具有一定局限性。需結合實際業(yè)務需求，針對多個來源的數(shù)據(jù)通過識別、關聯(lián)、估計、優(yōu)化組合等方式進行融合處理，消除數(shù)據(jù)在時空維度上的冗余性、互斥性和不確定性，形成較單一數(shù)據(jù)來源更精細、更準確、更可靠的分析結果。

常用的多源數(shù)據(jù)融合方法包括按照業(yè)務邏輯依次使用不同的數(shù)據(jù)進行分析的階段性融合方法，基于正則化特征關聯(lián)方法和深度學習方法進行分析的關聯(lián)融合方法，以及基于概率學模型的方法和基于語義信息的融合方法等。

而礦井水害防控多源數(shù)據(jù)具有兩大主要特征：一是數(shù)據(jù)與具體業(yè)務邏輯的關聯(lián)度較高，需按照礦井水害防治工作不同階段的業(yè)務邏輯和分析目標，采用階段性融合方法依次選擇相應的數(shù)據(jù)源進行特征提取和關聯(lián)分析；二是數(shù)據(jù)具有明顯的時空屬性特征，大部分數(shù)據(jù)都具有時間序列標識，而在空間屬性方面既包括空間的距離(在三維空間分布上的坐標及距離信息)，還包含空間的層次(地域、礦區(qū)、煤礦、工作面等語義信息)。根據(jù)數(shù)據(jù)分析用途，可采用基于語義信息的融合方法劃分數(shù)據(jù)所屬類別，針對某一區(qū)域進行多數(shù)據(jù)源的融合分析；也可采用基于概率學模型的方法或深度學習方法直接對多個區(qū)域進行類比分析，挖掘多源數(shù)據(jù)中的隱性關系。

為實現(xiàn)上述礦井水害防控多源數(shù)據(jù)融合，需構建水文地質(zhì)信息、采掘生產(chǎn)信息、鉆探工程信息、水情水害監(jiān)測數(shù)據(jù)等9個專業(yè)領域的數(shù)據(jù)管理模型，建立不同層面上的數(shù)據(jù)管理機制和保障體系，結合領域知識和業(yè)務邏輯研究專用的數(shù)據(jù)管理、挖掘分析、機器學習等診斷分析算法，搭建從數(shù)據(jù)的采集、管理、分析、挖掘到可視化的一體化云平臺，為礦井水害防控和遠程診斷分析提供決策支撐。

2.2 云平臺架構設計

在梳理礦井水害防治業(yè)務邏輯，構建多源數(shù)據(jù)管理模型的基礎上，結合煤礦企業(yè)現(xiàn)場水害防治實際需求和數(shù)字化、智能化新技術，設計了基于多源數(shù)據(jù)融合的礦井水害防控遠程服務云平臺(圖4)，實現(xiàn)了水文地質(zhì)信息管理、水害風險分析評價、水害防治方案設計、水害監(jiān)測預警和水災事故應急響應隨時隨地多部門多端協(xié)同，構建了“互聯(lián)網(wǎng)+水害防治智慧服務”新模式。平臺自下向上分別由設施層(IaaS)、平臺層(PaaS)和應用層(SaaS)組成，實現(xiàn)了礦井水害防治工作多流程各環(huán)節(jié)數(shù)字化、智能化，并通過基礎設備服務、平臺算法服務和軟件應用服務為不同業(yè)務需求提供支撐。

圖4 礦井水害防控遠程服務云平臺架構

設施層主要包括高性能計算平臺、地球物理勘探裝備、鉆探工程裝備、水情水害監(jiān)測裝備、遠程視頻協(xié)同設備等物理設備資源。其中，高性能計算平臺由信息應用服務器、數(shù)值計算服務器、三維計算GPU服務器、共享存儲、網(wǎng)絡管理設備和服務器虛擬化軟件組成，向平臺層和其他應用系統(tǒng)提供高性能計算資源；地球物理勘探裝備、鉆探工程裝備、水情水害監(jiān)測裝備則向平臺層和其他用戶提供技術支撐和數(shù)據(jù)接口；遠程視頻協(xié)同設備支持多端視頻會議和遠程協(xié)助服務。

平臺層由2部分組成。集成數(shù)據(jù)中心構建一套礦井水害防控標準化、一體化數(shù)據(jù)庫，容納水文地質(zhì)信息、采掘生產(chǎn)信息、鉆探工程信息、水情水害監(jiān)測數(shù)據(jù)等9個專業(yè)領域數(shù)據(jù)。模型算法部分則根據(jù)業(yè)務劃分和底層數(shù)據(jù)格式，研發(fā)水文地質(zhì)臺賬管理、鉆孔數(shù)據(jù)自動識別入庫、二維圖件一鍵成圖、三維地質(zhì)快速建模、水文地質(zhì)分區(qū)評價、鉆探/物探方案自動化布設等22項關鍵技術和算法；并預留擴展接口和服務接口，能夠為多個平臺提供技術支撐。

應用層在模型算法的基礎上，結合煤礦企業(yè)現(xiàn)場水害防治實際需求，形成和水文地質(zhì)信息管理、水害風險分析評價、水害防治方案設計、水害監(jiān)測預警、水災事故應急響應和遠程視頻多端協(xié)同6大核心業(yè)務功能；涵蓋礦井水害防控日常防治、監(jiān)測預警和應急響應全過程多環(huán)節(jié)，為煤礦企業(yè)和從業(yè)人員搭建了專業(yè)化高質(zhì)量管理協(xié)作平臺。

3 平臺關鍵技術功能

3.1 水文地質(zhì)信息管理

水文地質(zhì)信息管理系統(tǒng)能夠實現(xiàn)煤礦水文地質(zhì)基礎信息數(shù)據(jù)的統(tǒng)一入庫，主要包括《煤礦防治水細則》中要求的15類臺賬標準化數(shù)字化管理、6類基礎圖件標準化數(shù)字化管理、12類專業(yè)報告標準化數(shù)字化管理，能夠對鉆孔柱狀圖數(shù)字化智能識別、平面圖數(shù)字化智能識別等。同時，能夠對入庫的圖表進行編輯審核、圖表動態(tài)可視化。數(shù)據(jù)入庫遵循煤炭行業(yè)專業(yè)劃分標準，能夠及時將各類數(shù)據(jù)進行分類、歸類管理，方便后期進行不同維度、不同范圍查詢管理。

水文地質(zhì)信息管理系統(tǒng)主要分為2部分：數(shù)據(jù)庫建設和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)建設(圖5)。

數(shù)據(jù)庫建設主要包括建立煤田勘探、礦井建設、礦井生產(chǎn)中所獲取地質(zhì)與水文地質(zhì)數(shù)據(jù)表，測量數(shù)據(jù)表，勘探成果數(shù)據(jù)表，水災現(xiàn)場測量與現(xiàn)場取證數(shù)據(jù)表，礦井生產(chǎn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)表、地質(zhì)及水文地質(zhì)模型數(shù)據(jù)表等，完成對礦區(qū)水文地質(zhì)信息的建表立庫。

數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)主要功能包括數(shù)據(jù)錄入、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、報表生成(按固定格式生成礦井水文地質(zhì)基礎臺賬)等。已入庫數(shù)據(jù)，采用數(shù)據(jù)庫接口開發(fā)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動同步，未入庫的數(shù)據(jù)開發(fā)數(shù)據(jù)錄入接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一批量入庫。其中，數(shù)據(jù)錄入按照水文地質(zhì)數(shù)據(jù)專業(yè)分類，采用文件批量導入方式，降低錄入工作量，并提供人性化的數(shù)據(jù)導入提示及修改提示，支持數(shù)據(jù)行的手動輸入與刪除。提供方便的煤田、礦區(qū)、煤層、巷道等不同級別的定位查詢，并提供方便智能搜索功能，進行不同程度的精確、模糊查詢。

圖5 水文地質(zhì)信息管理系統(tǒng)

3.2 水害風險分析評價

水害風險分析評價主要包括數(shù)據(jù)查看、充水源分析、充水途徑分析、礦井涌水模型預測、技術報告生成5個功能模塊(圖6)，能夠實現(xiàn)基于“三圖雙預測”“五圖雙系數(shù)”等方法的研究區(qū)富水性分區(qū)評價、突水危險性分區(qū)、涌(突)水預測等。

3.2.1 充水水源

利用礦井水文地質(zhì)條件、主要含水層水位變化情況、水質(zhì)分析，結合突水位置及突水特征，分析礦井充水水源；利用礦井沉積、地層巖性、地化環(huán)境、水分析化驗、含水層位等數(shù)據(jù)，再根據(jù)突水位置及突水特征，可視化研究、對比分析充水水源。能夠實現(xiàn)對常見的煤礦砂巖裂隙水、灰?guī)r水、采空區(qū)積水、老窯水(老空水)、第四系沖積含水層水、地表水等水源的分析。

3.2.2 充水途徑分析

根據(jù)頂?shù)装逯饕畬痈凰?、老空區(qū)分布狀況、地表水體的水文地質(zhì)數(shù)據(jù)、礦井地質(zhì)構造分布特征及發(fā)育情況，結合井巷工程施工進展情況，分析礦井充水途徑。

3.2.3 礦井涌水量模型

根據(jù)礦井水文地質(zhì)條件類型、礦井水文地質(zhì)條件復雜程度、礦井開發(fā)經(jīng)濟技術條件、礦山疏干排水設計、礦井生產(chǎn)能力、防治水措施綜合確定礦井涌水量。礦井涌水量預測主要包括：①水文地質(zhì)條件研究分析；②水文地質(zhì)模型概化，概化已知狀態(tài)下礦區(qū)水文地質(zhì)條件，給出未來開采井巷的內(nèi)部邊界條件，預測未來開采條件的外部邊界；③建立涌水量預測數(shù)學模型，軟件可實現(xiàn)數(shù)學模型算法的集成，使研究人員能夠快速選擇對應的計算方法建立相應的數(shù)學模型；④求解數(shù)學模型，軟件根據(jù)用戶選擇的一個或多個數(shù)學模型，進行模型計算預測，給出評價預測結果。

3.2.4 技術報告生成

根據(jù)專家業(yè)務研究和系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)，按照技術分析報告的章節(jié)，自動提取后臺數(shù)據(jù)及相關數(shù)學分析模型，人工進行補充描述，最終實現(xiàn)分析報告的自動生成。

圖6 水害風險分析評價

3.3 水害防治方案設計

基于礦井水文地質(zhì)基礎資料，開展礦井水文地質(zhì)類型劃分，確定礦井水害類型。針對不同水害類型，平臺提供相應的水害防治方案。

鉆探方面主要包括常規(guī)鉆探放水鉆孔設計、長距離定向鉆探放水鉆孔設計、地面超前區(qū)域治理注漿改造鉆孔設計、井下超前區(qū)域治理注漿改造鉆孔設計。基于三維地質(zhì)模型與井巷模型，并結合鉆場、鉆孔位置、靶點分布、目標位置及構造特征等主要參數(shù)，平臺能夠自動生成上述各類鉆孔三維布設方案，并輸出平面和剖面圖，能夠實時讀取鉆孔軌跡數(shù)據(jù)，能夠在CAD軟件中實時查看，如圖7所示。

圖7 防治水定向鉆孔自動布設

物探方面主要根據(jù)礦井水文地質(zhì)分區(qū)圖和危險性評價圖，結合物探裝備適用情景、探測監(jiān)測距離、布設密度等參數(shù)，根據(jù)特定算法自動生成物探裝備布設方案，并在三維模型中展示。綜合鉆探設計及物探裝備布設，實現(xiàn)礦井水害防治方案的科學、快速、精準制定。

3.4 水害監(jiān)測預警

水害監(jiān)測預警主要包括水情監(jiān)測預警、微震–電法耦合監(jiān)測預警。

水情監(jiān)測預警主要功能包括3個方面。水位/水溫預警值設定：各礦的管理員針對本礦的鉆孔設置水位/水溫預警閾值，并同時可設置預警信息的短信/微信接收人員，預警發(fā)生時，相關人員可以及時接收到系統(tǒng)發(fā)送的消息提醒，采取相應的解決措施。水位/水溫突變預警：監(jiān)測單位時間內(nèi)的數(shù)據(jù)變化，出現(xiàn)異常突變進行預警。水位/水溫預警歷史：實時預警和歷史預警，可以填寫原因分析并解除預警。

微震–電法耦合監(jiān)測預警整合了基于云服務的煤礦水害監(jiān)測大數(shù)據(jù)智能預警平臺主要技術[21]，實時動態(tài)接入“井–地–孔”聯(lián)合微震監(jiān)測系統(tǒng)和多頻連續(xù)電法監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測結果；以底板“下三帶”理論為基礎，利用時序大數(shù)據(jù)挖掘技術與計算機深度學習算法對電法、微震多元時序監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析和處理，采用指標預警和模型預警方法計算出監(jiān)測數(shù)據(jù)空間展布和預警級別，平臺能夠對預警信息進行分級可視化，進而為煤層底板水害監(jiān)測預警提供支撐。

3.5 水災事故應急響應

當發(fā)生水災事故時，該平臺會以前期建立的三維地質(zhì)模型與三維井巷模型為基礎，根據(jù)礦井水文地質(zhì)條件、礦井充水特征、突水點位置、突水形式和突水水源特征，并結合突水蔓延推演結果，通過高效路徑搜索算法，尋找出從人員定位點到安全逃生點之間的避災路徑集合，并根據(jù)礦井內(nèi)巷道起伏、順風逆風、設備裝置阻礙等影響因素賦予巷道網(wǎng)絡結構不同權重，使得系統(tǒng)能夠在最短的時間內(nèi)優(yōu)選出避災逃生路徑。培訓人員可根據(jù)場景內(nèi)的路徑提示，操作虛擬角色進行避災逃生。

在對煤礦實際數(shù)據(jù)建模的基礎上，平臺可完整復原煤礦井巷系統(tǒng)，使礦井人員應對不同突水點、不同工種、不同位置下的仿真場景應急逃生演練，熟練掌握本礦井的應急預案，減少人員損失，為水害事故救援方案科學快速制定提供依據(jù)。

3.6 遠程視頻多端協(xié)同

遠程視頻多端協(xié)同系統(tǒng)具有廣泛的兼容性，整個系統(tǒng)能夠提供方便靈活的即時業(yè)務，用戶可隨時召開不同類型、規(guī)模的會議。系統(tǒng)具有5G的接入，可以隨時實現(xiàn)5G移動視頻終端接入視頻會議，滿足突發(fā)事件的應急搶險和現(xiàn)場匯報的視頻接入，如圖8所示。遠程視頻多端協(xié)同系統(tǒng)能夠為煤礦提供遠程、實時、可視、互動的水害防治技術服務和應急指導。

圖8 多方視頻會議協(xié)同界面

4 平臺應用

以內(nèi)蒙古某煤礦為例，構建礦井水害防控遠程服務云平臺(圖9)。首先，采用水文地質(zhì)信息管理系統(tǒng)，錄入礦井涌水量觀測成果、氣象資料、地表水文觀測成果、鉆孔水位動態(tài)觀測成果、抽(放)水試驗成果、礦井突水點、水質(zhì)分析成果、封孔不良鉆孔資料、礦井和周邊煤礦采空區(qū)相關資料、防水閘門(墻)觀測資料、物探成果驗證等15類臺賬；錄入礦井采掘工程平面圖、井上下對照圖、礦井綜合水文地質(zhì)圖、區(qū)域地質(zhì)地貌圖等6類基礎圖件；錄入地質(zhì)勘探報告、水文地質(zhì)補充勘探報告、水文地質(zhì)類型劃分報告等12類專業(yè)技術報告。最終將建立的防治水基礎臺賬、基礎圖件及專業(yè)技術報告進行統(tǒng)一入庫與管理，實現(xiàn)該煤礦防治水工作中的基礎臺賬、圖件、技術報告等信息的標準化、數(shù)字化管理。在該平臺中可以隨時查看該礦的礦井涌水量，實時繪制涌水量柱狀圖與曲線圖，如圖10所示。

圖9 礦井水害防控遠程服務云平臺界面

圖10 水文地質(zhì)信息管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)錄入

基于數(shù)字化的煤礦防治水基礎信息，開展礦井三維地質(zhì)建模以及水文地質(zhì)信息三維建模分析，進行水害動態(tài)分區(qū)評價，實現(xiàn)水害問題的多端協(xié)同(煤礦現(xiàn)場人員、煤炭企業(yè)管理人員、研究機構專家等)遠程診斷分析?；诘V井三維地質(zhì)模型(圖11)，采用平臺中的水害防治方案設計模塊，針對性開展底板灰?guī)r水害探查治理定向長鉆孔工程設計、巷道掘進超前探放水工程設計，以及底板水害連續(xù)電法和井–地–孔微震聯(lián)合監(jiān)測方案設計等水害防控措施，實現(xiàn)了煤礦水害防治方案的科學、快速、精準制定。

圖11 礦井三維地質(zhì)模型

礦井突水災害發(fā)生后，能夠掌握礦井水在巷道中的蔓延規(guī)律，可以為應急救援工作提供科學決策依據(jù)。基于礦井三維地質(zhì)模型，為該礦井構建了三維井巷模型，進行礦井突水水流數(shù)值模擬分析計算，圖12顯示數(shù)值計算過程中突水水流的蔓延情況，其中灰色表示無水巷道，藍色表示礦井水的蔓延范圍，紅色表示突水點位置，該計算分析能夠為確定最優(yōu)的搶險救援解決方案提供一定的支持。

圖12 突水蔓延數(shù)值計算分析

5 結論

a.針對我國煤礦開采面臨的典型頂板、底板和老空水害問題，通過水害危險性評價、水害預測預警以及水災治理3個方面，梳理和分析現(xiàn)階段礦井水害防治的主要工作。

b.結合煤礦企業(yè)現(xiàn)場水害防治實際需求和數(shù)字化、智能化新技術，設計基于多源數(shù)據(jù)融合的礦井水害防控遠程服務云平臺，實現(xiàn)水文地質(zhì)信息管理、水害風險分析評價、水害防治方案設計、水害監(jiān)測預警、水災事故應急響應以及隨時隨地多部門多端協(xié)同，構建“互聯(lián)網(wǎng)+水害防治智慧服務”新模式。

c. 在內(nèi)蒙古某煤礦開展礦井三維地質(zhì)建模及水文地質(zhì)信息三維建模分析，進行水害動態(tài)分區(qū)評價，實現(xiàn)水害問題的多端協(xié)同(煤礦現(xiàn)場人員、煤炭企業(yè)管理人員、研究機構專家等)遠程診斷分析，實現(xiàn)了煤礦水害防治方案的科學、快速、精準制定。

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Construction and application of remote service cloud platform for mine water hazard prevention and control

WANG Hao1,2, DONG Shuning1,2, QIAO Wei1,2, JI Yadong1,2, ZHU Kaipeng1,2, ZHOU Zhenfang1,2, NING Dianyan1,2, SHANG Hongbo1,2

(1. Xi’an Research Institute Co. Ltd., China Coal Technology and Engineering Group Corp., Xi’an 710077, China; 2. Shaanxi Key Laboratory of Prevention and Control Technology for Coal Mine Water Hazard,Xi’an 710077, China)

Coal mine water disaster restricts the safe and efficient development of coal resources seriously. Aiming at the typical problems of roof, floor and goaf mine water disaster at present, three aspects of mine water prevention and control in China has been carried out including water hazard assessment, water inflow prediction, water hazard early warning, and water hazard detection and control, etc. However, the intelligence of these prevention and control work is relatively low. In order to solve this problem, this paper developed a multi-data fusion remote service cloud platform for mine water disaster prevention and control combining with the integration of new concepts and technologies such as big data, digital mine, internet plus. The new mode Internet plus water disaster prevention and control service is constructed by means of interest management, flood risk analysis and evaluation, water disaster prevention and control plan design, water hazard monitoring data analysis and intelligent early warning, flood accident auxiliary decision-making and whenever and wherever possible, multi department and multi terminal collaboration. In addition, the remote service cloud platform for mine water disaster prevention and control has realized the scientific, rapid and accurate formulation of coal mine water disaster prevention scheme, improved the management level of mine water disaster prevention technology. This will provide reliable technical platform support for safe and efficient coal mining.

water hazard control; intelligent service; digitalization;multi-source data; cloud platform

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語音講解

TD67；TD745

A

1001-1986(2021)01-0208-09

2020-11-17；

2021-01-25

國家重點研發(fā)計劃課題(2017YFC0804102，2017YFC0804103)；中煤科工集團西安研究院有限公司科技創(chuàng)新基金重點項目(2018XAYZD11)；天地科技股份有限公司科技創(chuàng)新基金項目(2018-TD-QN052)

王皓，1981年生，男，江蘇連云港人，博士，研究員，碩士生導師，從事水文地質(zhì)與礦井水害防治方面的研究. E-mail：wanghao@cctegxian.com

董書寧，1961年生，男，陜西藍田人，博士，研究員，博士生導師，從事水文地質(zhì)與工程地質(zhì)方面的研究工作. E-mail：dongshuning@ cctegxian.com

王皓，董書寧，喬偉，等. 礦井水害防控遠程服務云平臺構建與應用[J]. 煤田地質(zhì)與勘探，2021，49(1)：208–216. doi：10.3969/j.issn.1001-1986.2021.01.022

WANG Hao，DONG Shuning，QIAO Wei，et al. Construction and application of remote service cloud platform for mine water hazard prevention and control[J]. Coal Geology & Exploration，2021，49(1)：208–216. doi: 10.3969/j.issn.1001- 1986.2021.01.022

(責任編輯 周建軍)