礦山工程開采的水文地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

孟珊珊

（山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 濟(jì)南 250001）

隨著對(duì)礦山資源需求的增多，人們對(duì)礦山開采的安全程度也提出了新的要求。當(dāng)前，我國進(jìn)行采礦過程中，因?yàn)樗牡刭|(zhì)災(zāi)害原因，而形成的安全事故不斷的增多。針對(duì)這個(gè)問題，不僅是開采人員缺乏一定的安全意識(shí)，還包括對(duì)于水文地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)不足的原因。在面對(duì)地質(zhì)災(zāi)害時(shí)，可以通過監(jiān)測(cè)來達(dá)到預(yù)警的目的，通過使用各種預(yù)防措施，從而防止更多的破壞產(chǎn)生。但是，預(yù)警系統(tǒng)在傳統(tǒng)的工程中，只是一個(gè)理論階段，對(duì)于實(shí)用性還需要完善。實(shí)現(xiàn)礦山開采工程的水文地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)，對(duì)社會(huì)效益有極大的提升。

1 礦山開采水文地質(zhì)災(zāi)害類型

礦山工程的地質(zhì)災(zāi)害表現(xiàn)形式有許多種，其中可以分為三大類。

1.1 礦內(nèi)成因

礦內(nèi)災(zāi)害主要形成的因素有礦井火災(zāi)、瓦斯爆炸等。瓦斯爆炸的主要原因是因?yàn)閮?nèi)部環(huán)境比較惡劣，缺乏一定的通風(fēng)，從而是瓦斯距離導(dǎo)致爆炸而形成。另外，因?yàn)橐恍┟后w碳化的程度較低，其中所含的水分較多，所以當(dāng)水分蒸發(fā)后，而出現(xiàn)自燃情況，而產(chǎn)生火災(zāi)。在礦產(chǎn)資源的開發(fā)過程中的出現(xiàn)爆炸、火災(zāi)等情況，都比較致命，這種事件的發(fā)生了極容易導(dǎo)致人員傷亡，因此做好這類事故的防范措施十分重要。

1.2 巖體變形

巖體變形主要是因?yàn)椴煽諈^(qū)地面塌陷等。采取空區(qū)地面塌陷是因?yàn)榈V住被破壞而導(dǎo)致，這種情況的出現(xiàn)，會(huì)對(duì)建筑、道路等造成一定的破壞。坑內(nèi)巖爆炸則是坑內(nèi)圍巖遭受地殼應(yīng)力而被劇烈壓縮，當(dāng)采掘挖空后巖石地應(yīng)力面對(duì)釋放點(diǎn)，從而壓碎了巖體，并進(jìn)行噴射，形成爆炸，這種情況嚴(yán)重影響了礦山的安全開采。

1.3 水位改變

由水位改變而形成災(zāi)害有涌水災(zāi)害、礦坑突水災(zāi)害。這種災(zāi)害的規(guī)模大、突發(fā)性較強(qiáng)。主要出現(xiàn)這種原因是因?yàn)槠髽I(yè)在施工時(shí)，對(duì)礦坑的涌水量預(yù)估失誤，從而導(dǎo)致開采時(shí)貫穿透水?dāng)鄬樱儆霭岛拥龋沟玫叵路e水涌入到礦井之中，從而造成人員事故。

2 面對(duì)礦山開采工程的水文地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

通過利用災(zāi)害監(jiān)測(cè)平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集，然后進(jìn)行分析和研究，從而運(yùn)用水文地質(zhì)災(zāi)害模型進(jìn)行對(duì)比，從而達(dá)到對(duì)水文地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)的目的。形成預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容有兩個(gè)方面。第一，在硬件的設(shè)計(jì)上，包括信息收集的感知器和數(shù)據(jù)反饋的顯示屏。第二，軟件系統(tǒng)有處理水文地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)的算法以及系統(tǒng)。

在相應(yīng)的地點(diǎn)，災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)使用相應(yīng)的災(zāi)害探測(cè)器，然后在對(duì)傳感器所收集而來的信息進(jìn)行分析，從而形成整個(gè)框架結(jié)構(gòu)，已達(dá)到對(duì)水文地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行預(yù)測(cè)的目標(biāo)。在對(duì)警戒參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)要進(jìn)行最高和最低值的設(shè)置。通過將傳感器所收集來的數(shù)據(jù)在顯示器上實(shí)時(shí)反映，利用軟件對(duì)項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，然后再將整理所得的數(shù)據(jù)反映到設(shè)備中，與預(yù)先設(shè)置好的參數(shù)進(jìn)行比較，倘若數(shù)據(jù)過高，則啟動(dòng)預(yù)警，告知工作人員出現(xiàn)問題，從而讓其及時(shí)的采取措施進(jìn)行應(yīng)對(duì)。倘若參數(shù)處于最低值，那么數(shù)據(jù)便會(huì)被當(dāng)做無效數(shù)值。即當(dāng)前的水文地質(zhì)災(zāi)害，不會(huì)對(duì)該區(qū)域造成過大的傷害。

2.1 系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境及探測(cè)器設(shè)置

水文地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)有突發(fā)因素報(bào)警器、天氣預(yù)警管理站等設(shè)備。以下對(duì)集中地質(zhì)災(zāi)害特點(diǎn)進(jìn)行簡要的劃分。根據(jù)地板移動(dòng)，以及人口密度等情況，預(yù)警點(diǎn)以自動(dòng)化為主，通過搖感的形式，達(dá)到資源共享的目的，從而對(duì)信息進(jìn)行反饋，實(shí)現(xiàn)預(yù)警的條件。當(dāng)前所使用的系統(tǒng)有兩種，第一是集成式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，第二，是集客戶端瀏覽器和服務(wù)端口、檢測(cè)站點(diǎn)的三層結(jié)構(gòu)和服務(wù)器的雙層結(jié)構(gòu)。兩種模式，建成了礦山開采工程水文地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)的局域網(wǎng)。在這個(gè)局域網(wǎng)中有信息感知器、等網(wǎng)關(guān)設(shè)備。為了防止信息系統(tǒng)不被外界條件所影響，確保實(shí)現(xiàn)資源共享的目的，可以多添加一個(gè)層次結(jié)構(gòu)，對(duì)系統(tǒng)硬件安全進(jìn)行維持。災(zāi)害信號(hào)器作為預(yù)警系統(tǒng)的主要元件，能夠利用信號(hào)采集器對(duì)信號(hào)的收集進(jìn)行判斷，從而確定是否存在危險(xiǎn)的信號(hào)，倘若信號(hào)安全，則將數(shù)據(jù)儲(chǔ)存與數(shù)據(jù)庫中，如果存在危險(xiǎn)，便會(huì)啟動(dòng)預(yù)警。

2.2 開發(fā)預(yù)警系統(tǒng)運(yùn)行軟件

進(jìn)行預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包含突發(fā)性災(zāi)害機(jī)制預(yù)測(cè)法以及災(zāi)害預(yù)警法[1]。如果在預(yù)警系統(tǒng)中，使用較為單一的方法，那么預(yù)警結(jié)果可能較為簡單，所以在此系統(tǒng)上加上突發(fā)性預(yù)警系統(tǒng)，既能夠使得計(jì)算變得系統(tǒng)化，而且又沒有將操作難度提高。其中包含板塊型論證法、突發(fā)災(zāi)害系數(shù)法等作為關(guān)鍵元素。

在災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)中，需要表達(dá)的信息較多，其中有網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)等，所以，對(duì)于計(jì)算機(jī)嗎運(yùn)行環(huán)境有較高的要求，倘若在相同的時(shí)間中，過多的進(jìn)行信息的顯示，極其容易使系統(tǒng)出現(xiàn)卡頓的情況[2]。因此，可以將處理數(shù)據(jù)的子系統(tǒng)加入其中，當(dāng)遇到超負(fù)荷的數(shù)據(jù)時(shí)，可以根據(jù)系統(tǒng)的需求，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行刪除或緩存，從而保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。在進(jìn)行數(shù)據(jù)的管理時(shí)可以適當(dāng)?shù)慕?shù)據(jù)庫，當(dāng)前多以原始水文地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫為主，當(dāng)設(shè)備滿足對(duì)數(shù)據(jù)的搜集后，便能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的分析[3]。在文件的格式設(shè)置上，要保證格式的統(tǒng)一，一般設(shè)置為txt格式。在對(duì)數(shù)據(jù)庫的建立時(shí)，要遵循整體性的原則，通過Matlab等軟件格式，通過數(shù)據(jù)所反映的危害程度進(jìn)行劃分，其中可分為三層[4]，有危害層、輕度危害層以及中度危險(xiǎn)信號(hào)等。不同的層級(jí)間，相互獨(dú)立不干擾。所以建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，能夠?qū)崿F(xiàn)硬件設(shè)備數(shù)據(jù)收集的實(shí)時(shí)處理功能。

2.3 水文地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)

在對(duì)預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，要結(jié)合設(shè)計(jì)的需求，設(shè)計(jì)系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)的將圖像和音頻進(jìn)行反映，并對(duì)整體的變化規(guī)律進(jìn)行反映。并對(duì)整個(gè)地區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)能夠進(jìn)行更新、分析，在相應(yīng)的平臺(tái)上公布災(zāi)害信息，從而滿足信息的查詢。

2.4 仿真實(shí)驗(yàn)

為了保證預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)的有效性，需要統(tǒng)一地區(qū)進(jìn)行多次的實(shí)驗(yàn)，從而確保系統(tǒng)的科學(xué)性、嚴(yán)謹(jǐn)性。

3 面對(duì)礦山水文地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)防措施

礦山開采屬于一門特殊的工程，所以，想要預(yù)防好地質(zhì)災(zāi)害，就需要對(duì)礦山的實(shí)際情況進(jìn)行分析，并根據(jù)不同的情況進(jìn)行預(yù)防措施。根據(jù)礦山的地質(zhì)特點(diǎn)可以分為三個(gè)層次，分別是“重點(diǎn)防治區(qū)”、“次重點(diǎn)防治區(qū)”、“一般防治區(qū)”。

3.1 重點(diǎn)防治區(qū)

對(duì)于重點(diǎn)防治區(qū)，歸納了以下幾點(diǎn)內(nèi)容。首先，合理的對(duì)礦區(qū)的邊坡參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，加強(qiáng)對(duì)其的檢測(cè)力度，使用擋墻對(duì)邊坡的狀態(tài)進(jìn)行穩(wěn)固，倘若在開挖后，產(chǎn)生了變形，那么要停止施工，并請(qǐng)專業(yè)的工作人員進(jìn)行地質(zhì)勘察。面對(duì)渣場(chǎng)廢棄殘?jiān)龋龊眠吰缕露鹊脑O(shè)計(jì)，另外設(shè)置攔渣壩，對(duì)泥石流災(zāi)害進(jìn)行防治，另外，增強(qiáng)對(duì)渣場(chǎng)的利用率，防治廢渣亂擺亂放。科學(xué)的進(jìn)行排水設(shè)置的構(gòu)建，做好監(jiān)測(cè)記錄的工作。

3.2 次重點(diǎn)防治區(qū)

在進(jìn)行礦山生活區(qū)的建設(shè)時(shí)，會(huì)形成大量的殘?jiān)瑥亩霈F(xiàn)滑坡等情況，如果不對(duì)這些垃圾進(jìn)行處理，那么未來很可能會(huì)出現(xiàn)滾石、飛石等災(zāi)害。

在進(jìn)行公路輔助性的建設(shè)工作時(shí)，為了保證對(duì)礦山行使有效的保護(hù)，要設(shè)置合理的邊坡參數(shù)。并對(duì)其進(jìn)行加固。在邊坡周圍建設(shè)排水溝，確保地表水的排放。對(duì)與廢棄殘?jiān)龋薪M織的進(jìn)行堆放。

3.3 一般防治區(qū)

一般的防治區(qū)域內(nèi)，沒有工程開采的主要場(chǎng)所，該區(qū)域所要防止的災(zāi)害主要有水土流失，產(chǎn)生這種的情況的原因是因?yàn)榈乇韼r體的破碎，所以，對(duì)與這個(gè)地區(qū)，要進(jìn)行明令禁止，越界開采，減少人為活動(dòng)，做好植物的水分養(yǎng)護(hù)工作。

4 結(jié)語

綜上所述，上述對(duì)礦山開采所面臨的地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行了分析，并提出了解決措施，一些預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在實(shí)際的工作中，開采企業(yè)要做好前期的勘測(cè)工作，做好科學(xué)全面的進(jìn)行分析，從而做到有效的防治。一來是為了保護(hù)礦山，二來是為了保證企業(yè)能夠在開采中順利的進(jìn)行。本文簡要的對(duì)礦山開采工程的水文地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，通過對(duì)軟硬件兩方面的開法，從而實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的優(yōu)化。未來，隨著礦山資源的不斷開發(fā)，礦山的開采量不斷增高，所以，對(duì)于預(yù)警系統(tǒng)的研究十分重要。希望本文對(duì)開采人員的安全，以及資源的開發(fā)能夠提供些許的幫助。