(1.山东能源冲击地压防治研究中心兖煤分中心，山东省邹城市，273500；2.山东爱拓软件开发有限公司，山东省泰安市，271000)
摘要山东能源集团有限公司冲击地压矿井数量多、地域分布广、地质条件复杂，为解决冲击地压防治工作形势严峻的问题，新山东能源集团有限公司整合了兖州煤业与原山能防冲中心力量，建设了冲击地压大数据综合监管平台。首先分析了冲击地压大数据综合监管平台在建设过程中存在的问题，针对这些问题通过信息网络化、数据传输方式与数据采集手段、高并发与快速响应、数据存储与空间信息处理、分布式协同服务器、WebGIS的方法和技术进行了解决；分析了平台综合应用技术后的架构；从煤矿防冲资料的完整性监管、工作面邻近距离监管、煤矿防冲日报监管、煤矿综合冲击指数监管、煤矿监测系统运行状态监管、数据集成状态监管、监测异常与煤矿处置情况监管及其他监管功能8个方面对平台的功能进行了介绍；通过案例分析了平台的实际应用效果；最后总结了平台的优势与创新点。
关键词山东能源集团；冲击地压；大数据；防冲平台；信息化监管机制
冲击地压已成为影响我国煤矿安全生产最为突出的灾害类型[1]。山东能源集团有限公司(以下简称“集团”)冲击地压矿井大多分布在山东、新疆、内蒙等地。其中，位于山东的煤矿多数已经进入深部开采[2]，冲击地压煤矿较多[3]，冲击地压防治工作形势严峻。
新山东能源防冲中心整合了兖州煤业与原山东能源防冲中心力量，进一步推进了冲击地压防治由基层矿井治理向集团统一战略升级的转变。
近年来，国家有关部门相继出台了多个冲击地压防治与监管制度[4]，规定了一整套规范的防治措施和流程，旨在规范和指导煤矿的冲击地压监测与防治工作。冲击地压可防可治，防冲中心依据职责，更应做好防冲措施管理和监督检查工作。
冲击地压大数据综合监管平台(以下简称“平台”)的建设是行业与时代发展相结合的必然结果。经过多年的实践总结，各种冲击地压监测与防治方法得到了推广应用；我国冲击地压防治法律法规体系也基本形成。在这样的行业变革下，冲击地压监管工作若不做出顺应行业与时代的变革，则注定无法实现科学合理的监管。
互联网与计算机技术日新月异，煤矿行业自动化、大数据等服务水平也迅速提升，冲击地压监管工作也必须走科学发展的道路[5]。集团在各煤矿与中心之间架设了工业内网，为煤矿系统集成、信息资源共享和智能系统建设创造了条件[6]。为贯彻“集中监督、全程监管、全员防治”的目标，建设冲击地压大数据综合监管平台，强化管理、落实监督、规范煤矿冲击地压防治，符合行业发展与互联网结合的新形态，能切实解决实际问题，是对传统监管方式的优化升级，在煤矿安全生产监管中也可发挥示范作用。
冲击地压大数据综合监管平台在建设过程中面临着诸多问题：
(1)煤矿监测系统多样，不同厂家的同类监测系统数据规范也不同，煤矿到上级部门的数据采集需要多级传输，面临多元异构数据的集成与信息网络化问题[7]；
(2)保障数据传输质量是平台建设的重中之重，平台的数据集成涉及煤矿、煤矿监测系统厂家、防冲中心等多个单位，数据传输环节多，容易出现薄弱环节，出现责任主体不容易明确和难以保障数据真实性的问题；
(3)平台监测信息应具备实时性，既要保证大数据的存储能力，还要保证大数据存储与高并发的快速处理能力，因此平台信息处理能力是一个重要问题；
(4)煤矿冲击地压监测信息具备空间属性，对监管监察过程中的数据分析十分重要，平台如何更好地合理利用是一个重要方面；
(5)平台应实现对煤矿防冲监测系统运行状态、煤矿日常防冲工作的实时在线监管，现有的冲击地压监管工作要与计算机网络结合，这也给监管平台建设带来了新模式，在监管内容的创新与监察方式的变革上还需要进行深入探索。
冲击地压大数据综合监管平台需要将煤矿数据集成至防冲中心服务器；防冲中心与各煤矿之间采用的是工业内网连接。因为煤矿数据不仅包括监测数据，还包括矿图、地质资料、冲击危险性评价等文件数据，种类较多，数据量较大，更新也较快。平台的用户包含了防冲中心与煤矿用户，且平台的业务应用较多，综合考虑，平台采用HTTP协议进行数据的网络传输。HTTP是Web应用的基础协议，可传送信息类别包括文本、声音、图像和视频等，以满足平台的需要[8]。
为了解决异构数据的集成与信息网络化问题，平台结合行业实际，设计了一套兼容各厂家监测数据的数据存储格式，不同格式监测数据进行统一存储管理。煤矿安全监控联网系统中采用最多的数据集成技术是FTP文件交换和Socket方式，Socket在实时性、可靠性、稳定性方面都有一定优势。平台采用Socket通信，制定一套全面完整的通讯接口，实现了平台网络数据传输。
为了保障数据传输质量，避免过多的角色参与导致的稳定性下降，避免后期平台数据采集方面的维护与监管出现的责任主体难以明确的现象，也为保障数据的真实可靠，平台针对下属煤矿所包含的监测系统专门配备了一套数据采集助手，包括KJ24、KJ743、KJ615、SOS、ARAMIS等。实现了采集助手直接从煤矿已有监测系统中读取数据传输到防冲中心服务器的数据传输模式。煤矿负责维护采集助手，保证数据传输正常和网络通畅，防冲中心负责监督煤矿数据传输维护工作，减少了参与角色，实现了责任主体明确的目的，也最大程度地保证了集成后的数据与煤矿监测系统中数据的一致性、真实性和有效性。
平台为了保证数据的实时性，利用Memcached对象缓存系统提高数据库的响应速度。Memcached主要用于动态Web应用，具有良好的分布式性能，对于数据库可以有效地提高它的响应速度并减少它的负载。平台是数据集成平台，提供监管业务应用，相同的查询访问一定十分频繁，而Memcached可有效地减轻数据库的负载，使系统运行效率提升[9]。
目前主流企业级数据库管理系统有很多，本平台选用了PostgreSQL数据库管理系统。PostgreSQL是一个功能非常强大的、源代码开放的客户/服务器关系型数据库管理系统，其配套的空间数据引擎PostGIS增强了空间数据库的存储管理能力[10]。
北京54坐标系，西安80坐标系为参心大地坐标系，WGS84坐标系为质心大地坐标系。平台统一采用WGS84坐标系，利用经纬坐标，附加高程确定元素的空间位置。国内矿图多采用西安80坐标系，WGS84坐标系与其他坐标的坐标系均可相互转换[11-12]。
MapReduce并行编程模型用于数目众多的机器处理海量数据，已经成为使用最为广泛的并行编程模型之一[13]。将其应用于数据挖掘、任务调度、利用分布式内存缓冲进行性能优化等方面的研究都较为成熟。平台使用了MapReduce处理海量数据查询、数据规律挖掘等任务，并配备了多台服务器，建立了服务器集群，使平台具备良好的大数据处理能力，可快速响应复杂的大数据查询处理任务。
WebGIS是Internet技术应用于GIS开发的产物，因其良好的扩展性、可跨平台使用等特性被普遍使用[14]。整个WebGIS系统由客户端、Web服务器、地图应用服务器和地图数据库[15]组成。平台客户端采用WebGIS的客户端作为展示全国地图、各煤矿位置的基础框架。还可以利用空间信息，将各煤矿矿图、采掘信息、监测信息进行一张图上的有机融合。WebGIS与PostGIS和统一的空间坐标相结合，为开展统一的数据综合应用打下基础。
冲击地压大数据综合监管平台在综合使用平台建设应用技术后，总体分为数据采集层、数据处理层和数据应用层三大部分。数据采集层由数据采集程序、信息上报客户端组成；数据处理层包括服务器集群、缓存服务器、空间GIS服务；数据应用层包括监管平台客户端、防冲中心大屏、信息推送系统和声光报警器。
数据采集程序用于实时采集煤矿监测系统类数据，比如应力、微震等；信息上报客户端主要用于获取进尺、矿图、防冲资料、防冲工程、煤矿防冲日报等现阶段无法自动采集的信息。
服务器集群用于存储海量数据，处理复杂的数据查询与任务指令；缓存服务器用于处理高并发，提供部分指令的快速响应；空间GIS服务一方面提供全国地图供平台客户端展示，另一方面提供空间数据的分析计算。
监管平台客户端为防冲中心人员提供各种应用功能；防冲中心大屏提供实时轮询监控监测的展示和视觉提醒工具；信息发送程序提供信息远程提醒；平台出现异常时，声光报警器提供声光报警。平台结构如图1所示。
图1平台结构
监管平台建设的目的是更科学有效地开展对煤矿防冲工作的监管工作。平台将计算机自动化与防冲中心实际工作相结合，提供主要监管功能。平台监管主界面情况如图2所示。
图2平台监管主界面
煤矿开采冲击倾向性的煤层，必须进行冲击危险性评价[16]。相应的，冲击地压煤矿的防冲设计、生产能力论证、防冲培训档案、防冲工程等记录台账等多类防冲档案都在监管之列，检查这些文件的完整性与内容的合理性是监管工作之一。
平台提供防冲档案管理功能，各矿通过信息上报客户端按要求上传相应文件资料。平台自动监管煤矿上传资料的完整性，当煤矿出现资料不完整等异常情况时，平台自动向煤矿和中心发出警示提醒。中心收到警示提醒后可核实情况，问责煤矿；煤矿收到警示提醒后可查看平台，及时补充资料。煤矿上传的防冲档案列表情况如图3所示。
图3煤矿上传的防冲档案列表
开采冲击地压煤层时，在应力集中区内不得布置同时进行采掘作业的2个工作面。开展采掘工作时，应确保2个回采工作面之间、回采工作面与掘进工作面之间、2个掘进工作面之间留有足够的间距，以避免应力叠加导致冲击地压的发生[17]。
平台具备监管各工作面之间距离的功能。利用空间服务器，根据进尺计算出各工作面之间的空间距离。当出现2个工作面之间的距离不符合系统预设的安全距离范围时，平台自动发出警示提醒。煤矿收到提醒后可立即根据现场情况调整，并向防冲中心反馈，防冲中心可根据反馈情况酌情处理。两回采面距离与邻近关系展示情况如图4所示。
图4两回采面距离与邻近关系展示
煤矿每日会记录防冲台账，形成防冲日报，包括工作面、进尺、应力与微震的监测情况、防冲工程的施工情况等信息，是煤矿防冲工作的重要组成部分。
煤矿通过平台上传防冲日报，防冲中心可在线检查防冲日报的内容。对于未按时上传日报的煤矿，平台自动发出警示提醒。煤矿收到提醒后可补发日报，或向中心说明情况。
煤矿冲击地压监测系统利用数学模型将复杂的冲击地压数据同化到同一层面上，建立冲击地压预警模型，进行冲击地压灾害监测、预警与事故分析，以此提高冲击地压监测预警水平和准确性的思路已经得到普遍认可。
煤矿保障监测系统实时运行、正常运行，是煤矿利用监测系统防治冲击地压的基础。煤矿监测系统的正常运行，也是监管部门重点检查的内容。
平台实时监测煤矿监测系统的运行情况，自动通过监测数据与仪表的运行状态实时判断井下仪表的运行情况。形成防冲中心对煤矿防冲监测的实时监管。
监测数据是平台自动监管检查、自动分析的基础。平台的监测数据采集程序安装在各个煤矿，只有保证监测数据采集程序的正常运行，才能保证煤矿到防冲中心的数据质量。
图6平台集成各矿数据状态迁徙图
当煤矿出现煤岩体应力监测[19]异常、大增幅或微震震级、频度[20]异常情况后，应当采取相应措施保障生产安全。
煤矿冲击地压控制应形成分阶段、分区域、分类型的冲击地压解危技术体系[21]。针对现有的防冲技术体系，平台支持监管煤矿钻屑法施工、预卸压工程施工、解危措施施工、煤矿采掘速度等。这些信息在煤矿防冲工作中有着十分重要的地位。平台提供了多类防冲信息的监管方案，基本实现了对煤矿防冲工作的全方面监管。
2020年11月12日20时37分下属矿井出现了采集程序断开网络链接的情况，系统随即形成了蓝色等级的断网警示事件，并向接收蓝色等级警示信息的6名该煤矿值班室人员发出短信提醒，最终该煤矿于2020年11月12日21时17分恢复联网。
2020年8月4日，防冲中心接到平台发出的下属煤矿微震监测异常警示提醒后。通过平台微震能频曲线发现，2020年7月29日至8月4日微震事件日总能量与发生频率线随采掘速度的提升有明显的增长趋势。防冲中心随即向煤矿发出督办通知书，说明情况，并要求限制工作面每日推进速度不得超过2m。
煤矿每日填报防冲日报上传，防冲中心每日检查，发现异常情况立即向煤矿核实。不仅可以发现煤矿防冲工作中的异常，也大大提升了煤矿对日常防冲工作的重视，提升了防冲工作在煤矿日常工作中的地位。
平台综合应用了Memcached、PostgreSQL、MapReduce等工具，组建了分布式大数据服务器集群，提供了科学合理高效的平台架构，为平台的大数据存储、高效的数据采集、各项系统服务和业务应用等发挥了很好的支撑作用。
平台应用空间地理信息一张图融合的思想理念，应用PostGIS、WebGIS和统一的WGS84坐标系，建立了具备高兼容性、高延展性、空间数据处理能力强大的地理信息空间服务。使得平台可根据真实的空间信息对数据加工分析，将数据的应用价值最大化。
平台的功能研发均从实际出发，为实时监管煤矿监测系统运行情况、采掘工作、日常防冲工作、防冲档案资料、防冲工程等提供了合理的解决方案。切实解决了防冲中心面临的监管困难，也给防冲工作带来了全新的内容。平台在节约人力物力和指导防冲工作方面取得了良好的应用效果。
山东能源冲击地压大数据综合监管平台的架构是对现有计算机技术的综合应用，切实解决了监管部门集成煤矿数据时面临的大数据、高并发、维护难等问题。平台以GIS空间地理信息为基础融合所有数据，是解决煤矿空间信息集成的便捷且有效的方法。
山东能源冲击地压大数据综合监管平台的建成是集团冲击地压防治与监管工作的一大进步，补充完善了对煤矿冲击地压的实时监测，为防冲中心提供了多种监管新方式，达到了降低煤矿冲击危险的效果。平台的建设在行业内起到了示范作用，为今后其他监管工作的智能化平台建设提供了参考。
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WANGChao1,ZHENGZhichao2,KONGChao2
(1.YanzhouCoalMiningBranchCenterofShandongEnergyResearchCenterofCoalMineRockBurstControl,Zoucheng,Shandong273500,China;2.ShandongAituoSoftwareDevelopmentCo.,Ltd.,Taian,Shandong271000,China)
KeywordsShandongEnergyGroup;rockburst;bigdata;rockburstcontrolplatform;informatizationmonitoringandmanagementmechanism
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引用格式：王超，郑志超，孔超.山东能源冲击地压大数据综合监管平台建设研究[J].中国煤炭，2021,47(7)∶31-38.doi:10.19880/j.cnki.ccm.2021.07.005
WANGChao,ZHENGZhichao,KONGChao.ResearchontheconstructionofbigdatacomprehensivesupervisionplatformforrockburstinShandongEnergyGroup[J].ChinaCoal,2021,47(7)∶31-38.doi:10.19880/j.cnki.ccm.2021.07.005
作者简介：王超(1982-)，男，汉族，山东兖州人，研究生学历，高级工程师，山东能源兖煤防冲中心主任，从事冲击地压防治方面的研究。E-mail：13791425990@163.com