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

付金明，李國(guó)記

（1.河北省地礦局第四水文工程地質(zhì)大隊(duì)，河北 滄州 061000；2.河北省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局，河北 石家莊 050000）

在城市化進(jìn)程不斷發(fā)展的前提下，對(duì)礦山資源的需求也愈發(fā)提升。在采礦過(guò)程中，由于水文地質(zhì)災(zāi)害的因素，安全事故頻發(fā)，極易危害到人們的生命及財(cái)產(chǎn)安全。為解決這一問(wèn)題，可以通過(guò)檢測(cè)方法來(lái)對(duì)災(zāi)害進(jìn)行預(yù)警，但傳統(tǒng)模式下的預(yù)警系統(tǒng)還只是停留在理論范疇，其實(shí)用性還未得到完善。所以，應(yīng)該對(duì)水文地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行全方位的優(yōu)化與改革，發(fā)揮其作用，以提高社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

1 水文地質(zhì)條件概述

水文地質(zhì)條件是關(guān)于地下水形成、分布、變化規(guī)律等條件的整體概括，其中包含地下水補(bǔ)給、水質(zhì)、水量、徑流等方面，由于礦山開(kāi)采工程規(guī)模龐大且繁雜，導(dǎo)致地下水位為在不斷的發(fā)生變化。其實(shí)，地下水流動(dòng)會(huì)受到地殼運(yùn)動(dòng)與礦山地質(zhì)災(zāi)害等因素所影響。所以，在對(duì)地下水進(jìn)行開(kāi)采與使用的過(guò)程中，很有可能會(huì)引發(fā)礦山地質(zhì)災(zāi)害。因此，在開(kāi)展采礦工程前，應(yīng)該要對(duì)水文地質(zhì)條件進(jìn)行檢測(cè)與勘察，以保證施工安全[1]。

通常情況下，礦山工程大多在野外進(jìn)行開(kāi)采，所以水文地質(zhì)條件會(huì)從根本上影響到礦山工程的整體化設(shè)計(jì)，也會(huì)制約工程施工質(zhì)量，從而導(dǎo)致礦山地質(zhì)開(kāi)采工程的安全性與穩(wěn)定性受到威脅。尤其是在施工過(guò)程中，地下水位不斷變化，如果地下水位大幅度變化，則會(huì)存在發(fā)生安全隱患的風(fēng)險(xiǎn)。所以，在工程開(kāi)展前，需要充分掌握與了解工程所處位置、環(huán)境與地下水位變化等信息，還需要明確地下水分布、水位標(biāo)高、類(lèi)型等信息，為礦山工程的順利開(kāi)展提供便利[2]。

2 礦山開(kāi)采水文地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型

2.1 礦內(nèi)成因

引發(fā)礦內(nèi)災(zāi)害的常見(jiàn)因素為礦井火災(zāi)與瓦斯爆炸兩種形式，其中瓦斯爆炸是由于礦山內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、環(huán)境污染嚴(yán)重、且缺少通風(fēng)，在持續(xù)高溫的情況下極易發(fā)生瓦斯爆炸。從外，礦山內(nèi)大部分煤體碳化程度較低，包含大量的水分，當(dāng)水分自然揮發(fā)后，會(huì)導(dǎo)致煤體自燃，造成火災(zāi)。在礦山開(kāi)采工程實(shí)施過(guò)程中如果發(fā)生爆炸或是火災(zāi)情況，很有可能造成人員傷亡，威脅到人們的生命及財(cái)產(chǎn)安全，所以，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)水文地質(zhì)災(zāi)害的防控[3]。

2.2 巖體變形

造成礦山巖體變形的根本原因是煤礦資源采空區(qū)域地面發(fā)生塌陷，一旦發(fā)生礦區(qū)塌陷會(huì)對(duì)城市工程建筑、公路等構(gòu)成威脅。如果是礦區(qū)坑內(nèi)巖爆炸，很有可能是因?yàn)榈貧み\(yùn)動(dòng)的變化，在挖掘過(guò)程中觸碰到巖石的釋放點(diǎn)，而導(dǎo)致巖體破碎，并向外噴射，最終爆炸，從根本上加劇了礦山開(kāi)采的困難及危險(xiǎn)程度[4]。

2.3 水位改變

由于礦區(qū)水位發(fā)生變化從而導(dǎo)致涌水災(zāi)害與礦坑突水災(zāi)害的發(fā)生。一旦引發(fā)災(zāi)害，其規(guī)模龐大、不易控制，且多為突發(fā)性災(zāi)害，難以預(yù)防。因?yàn)樵谑┕るA段，沒(méi)能對(duì)礦坑的涌水量準(zhǔn)確預(yù)估，而在開(kāi)采過(guò)程中出現(xiàn)透水?dāng)鄬樱勾罅康牡叵滤M(jìn)入到礦井中，從而導(dǎo)致事故的發(fā)生[5]。

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

3.1 監(jiān)測(cè)平臺(tái)的數(shù)據(jù)信息設(shè)置

借助災(zāi)害監(jiān)測(cè)平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析與整理，并對(duì)其進(jìn)行深入探索，再與水文地質(zhì)災(zāi)害模型進(jìn)行比較，以實(shí)現(xiàn)對(duì)水文地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行預(yù)測(cè)的根本任務(wù)，水文地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要分為兩個(gè)方面：一方面是系統(tǒng)硬件設(shè)備，例如收集數(shù)據(jù)信息的感知設(shè)備與數(shù)據(jù)信息顯示器等。另一方面是軟件設(shè)備，例如解決水文地質(zhì)災(zāi)害預(yù)算的相關(guān)方法，依照礦區(qū)內(nèi)地理位置的差異，使用不同程度的水文地質(zhì)災(zāi)害探測(cè)器，并對(duì)傳感器所顯示的數(shù)據(jù)做出檢測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水文地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)警設(shè)計(jì)[6]。

在對(duì)水文地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，其參數(shù)需要保留最高與最低數(shù)值。借助由傳感器整理出顯示在屏幕上的數(shù)據(jù)信息，再結(jié)合相關(guān)軟件對(duì)數(shù)據(jù)做出系統(tǒng)化整理，再將整理完畢的數(shù)據(jù)信息錄入到設(shè)備系統(tǒng)中，與原有的參考數(shù)值相比較，如果所顯示的數(shù)據(jù)超過(guò)參數(shù)數(shù)值，則需要開(kāi)啟水文地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警，并采取相應(yīng)的解決措施。反之則說(shuō)明暫時(shí)并無(wú)發(fā)生水文地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 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)中設(shè)置了突發(fā)情況的報(bào)警設(shè)備以及自然災(zāi)害與天氣監(jiān)測(cè)等設(shè)備。水文地質(zhì)災(zāi)害分為多個(gè)特點(diǎn)，按照地板活動(dòng)與當(dāng)?shù)厝丝诿芏确植嫉惹闆r，地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警范圍將以自動(dòng)化形式進(jìn)行搜索，以實(shí)現(xiàn)資源共享的根本目的。對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行探索與整理，使其滿足地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警的條件。目前，水文地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)主要分為兩個(gè)方面。其中一方面是集成式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，另一方面則是互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)系統(tǒng)，為檢測(cè)災(zāi)害提供了便利。

在水文地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)的局域網(wǎng)絡(luò)中包含了數(shù)據(jù)信息的感知設(shè)備。為確保數(shù)據(jù)信息不會(huì)受外界因素所制約，保證從根本上實(shí)現(xiàn)資源共享的目的。在對(duì)水文地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置時(shí)，可以對(duì)層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行完善，對(duì)系統(tǒng)硬件設(shè)備的安全進(jìn)行維護(hù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確分析，以此判斷礦山開(kāi)采過(guò)程中是否存在發(fā)生災(zāi)難的可能，如果存在威脅，則會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟水文地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警。

3.3 水文地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)

水文地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)能夠?qū)⒌V區(qū)內(nèi)的具體情況，通過(guò)視頻與音頻等形式直接反映，并對(duì)其變化規(guī)律做出分析與探索，對(duì)礦區(qū)開(kāi)采范圍內(nèi)的地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)信息進(jìn)行不斷的更新，并在水文地質(zhì)災(zāi)害系統(tǒng)平臺(tái)中顯示，便于對(duì)預(yù)警信息的了解與查詢(xún)。

3.4 開(kāi)發(fā)預(yù)警系統(tǒng)運(yùn)行軟件

礦山開(kāi)采工程的水文地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要分為兩個(gè)方面，其中一方面是突發(fā)性災(zāi)害機(jī)制預(yù)測(cè)法，另一方面是災(zāi)害預(yù)警法。如果預(yù)警系統(tǒng)中所輸入的程序較為簡(jiǎn)單，則預(yù)警報(bào)告所顯示的結(jié)果也就相對(duì)簡(jiǎn)單，在此基礎(chǔ)上將突發(fā)性預(yù)警系統(tǒng)加入其中，在操作流程不變的前提下，是數(shù)據(jù)運(yùn)算更加系統(tǒng)規(guī)范化。突發(fā)預(yù)警系統(tǒng)是由板塊型論證法、突發(fā)災(zāi)害系數(shù)法等元素組合而成。在水文地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)警系統(tǒng)中，需要大量的數(shù)據(jù)信息，其中網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)所占比重較大。因此，水文地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)警系統(tǒng)的建設(shè)與使用對(duì)計(jì)算機(jī)設(shè)備有較高要求，拓展系統(tǒng)的信息儲(chǔ)備量，避免由信息量過(guò)大而導(dǎo)致系統(tǒng)卡頓。

所以，可以在水文地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)警系統(tǒng)中加入處理數(shù)據(jù)信息的子系統(tǒng)，當(dāng)設(shè)備超過(guò)信息承載量時(shí)，系統(tǒng)可以在后臺(tái)對(duì)無(wú)用數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)刪減，以保證水文地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)警系統(tǒng)的正常運(yùn)行。在對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整理時(shí)，為區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)類(lèi)別，可建立專(zhuān)屬的數(shù)據(jù)庫(kù)。依照數(shù)據(jù)所顯示的危害程度對(duì)水文地質(zhì)災(zāi)害做出科學(xué)預(yù)測(cè)。所以，水文地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫(kù)能夠準(zhǔn)確分析設(shè)備反映的信息，從而保證礦山開(kāi)采工程的順利進(jìn)行。

4 防治水文地質(zhì)災(zāi)害的原則

4.1 安全第一

在礦山開(kāi)采工程中，預(yù)防水文地質(zhì)災(zāi)害的主要任務(wù)是保障工作人員的生命安全。如果在做好防治措施下依然存在安全隱患，則需要對(duì)防治策略進(jìn)行優(yōu)化與整改。在對(duì)水文地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行防控時(shí)，應(yīng)該盡可能避免水文地質(zhì)的破壞對(duì)礦山開(kāi)采人員生命安全所構(gòu)成的威脅，保證施工人員在施工過(guò)程中遠(yuǎn)離危險(xiǎn)物體。

4.2 因地制宜

從礦山開(kāi)采工程的實(shí)際情況出發(fā)，使所設(shè)定的方針政策有科學(xué)、理論依據(jù)，能夠真正做到因地制宜，在經(jīng)過(guò)實(shí)地考察，對(duì)當(dāng)?shù)氐匦巍夂颉⒆匀画h(huán)境及水位地質(zhì)條件等進(jìn)行充分了解，且保證安全的基礎(chǔ)上，開(kāi)展工程建設(shè)。

4.3 敢于創(chuàng)新

由于礦山開(kāi)采工程所在地理環(huán)境復(fù)雜，相關(guān)防治水文地質(zhì)災(zāi)害的方法難以發(fā)揮作用。為解決這一問(wèn)題，可以使用科學(xué)方法轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的治理觀念，以多元化形式處理水文地質(zhì)災(zāi)害，還可以對(duì)災(zāi)害治理方法進(jìn)行優(yōu)化與創(chuàng)新，預(yù)防和抵御災(zāi)害發(fā)生。

5 礦山地質(zhì)施工中水文地質(zhì)災(zāi)害的防治技術(shù)措施

5.1 針對(duì)地下水采取的防治措施

在礦山開(kāi)采工程中，地下水防治工作的有效進(jìn)行起決定性作用，因?yàn)榈V山水文地質(zhì)特征與水文地質(zhì)條件存在差異性，所以導(dǎo)致影響礦床充水的原因也有所區(qū)別。因此在制定地下水治理預(yù)防計(jì)劃時(shí)，應(yīng)該對(duì)地下水水原狀態(tài)及運(yùn)行變化規(guī)律進(jìn)行充分了解。在工程前期，需要掌握巷道涌水情況，采用適合的排水方法將地下水向外排放，使巷道涌水量在標(biāo)準(zhǔn)可控范圍內(nèi)，達(dá)到對(duì)水文地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防的效果。

5.2 針對(duì)礦體結(jié)構(gòu)崩塌采取的防治措

在礦山開(kāi)采施工階段發(fā)生礦山整體結(jié)構(gòu)崩塌屬于自然現(xiàn)象，而由自然水文地質(zhì)條件所造成的礦體結(jié)構(gòu)瓦解，其發(fā)展速度相對(duì)緩慢。所以，在礦山開(kāi)采過(guò)程中，可以使用勘測(cè)技術(shù)來(lái)檢驗(yàn)礦區(qū)結(jié)構(gòu)情況，能夠起到風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防的效果，也可以使用支護(hù)方法，提升礦體結(jié)構(gòu)的層巖受力程度。反之，如果是由人為因素所導(dǎo)致的礦體結(jié)構(gòu)坍塌，需要在礦山開(kāi)采過(guò)程中，關(guān)注地下水的水位特征及水流流向，并對(duì)礦山開(kāi)采范圍內(nèi)的水文地質(zhì)條件進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，采取科學(xué)合理地解決措施，當(dāng)安全事故發(fā)生時(shí)妥善處理。

5.3 針對(duì)露天滑坡采取的防治措施

露天滑坡屬于礦山開(kāi)采工程中的地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型，在對(duì)露天滑坡災(zāi)害進(jìn)行治理時(shí)，應(yīng)該采用針對(duì)性防治策略。如果在地表開(kāi)采過(guò)程中出現(xiàn)工作面不合理，很有可能會(huì)引發(fā)滑坡風(fēng)險(xiǎn)，所以需要采用科學(xué)方法對(duì)工作面坡度進(jìn)行調(diào)整。如果是對(duì)處理由地表水或是地下水而造成的礦山滑坡，需要在礦山坡頂與坡底位置加設(shè)排水溝，將地表積水向外排出，從而避免露天滑坡災(zāi)害的發(fā)生。

6 結(jié)束語(yǔ)

在礦山開(kāi)采工程中，水文地質(zhì)災(zāi)害起決定性制約作用，為有效預(yù)防與治理災(zāi)害的發(fā)生，需要根據(jù)治理方法與治理原則對(duì)水文地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行科學(xué)防治，結(jié)合礦山所在地區(qū)水文地質(zhì)條件的具體狀況，優(yōu)化與創(chuàng)新傳統(tǒng)的治理技術(shù)，以保證礦山開(kāi)采工程在安全條件下開(kāi)展施工，對(duì)具有差異性的水文地質(zhì)災(zāi)害做出針對(duì)防治。在實(shí)際的工作中，礦山開(kāi)采要做好前期的勘測(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。一方面是為保證工程的質(zhì)量安全，另一方面是促進(jìn)礦山開(kāi)采工程的順利發(fā)展。在對(duì)礦山開(kāi)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)行了研究的過(guò)程中，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了整體優(yōu)化。而從礦區(qū)開(kāi)采的未來(lái)展望來(lái)看，隨著礦山資源的不斷開(kāi)發(fā)，礦山的開(kāi)采需求量也會(huì)不斷增高，所以，還需要對(duì)礦山開(kāi)采工程的水文地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化與改革。