矿山开发环境监测系统研究

王桂华

摘要：为更加合理地评估矿山开发对周边自然环境的影响，根据实际情况开发了本矿山环境监测系统。该系统具有环境评价与预测功能，以实时的、全局性的、高精度地感知数据为基础，科学合理地建立了一套评价指标体系，并根据相关测量数据对矿山周边的环境质量进行检测。监测系统为有效、科学地对使矿山的可持续开发和环境恢复治理提供了重要的数据。

关键词：矿山开发；环境监测；系统评价

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）14-3412-02

1 绪论

煤炭是我国主要的生产和消费能源，由于经济的发展，我国对能源的需求更大，而煤炭是我国主要的能源。煤炭消费占到能源总消费的70%以上。煤炭工业在经济建设中占有很重要的地位。

在煤矿资源为国家经济做出贡献的同时，随着科学技术的发展，使矿山的开采更加的机械化，而工业化的矿山开采对环境造成的污染却没有减少，制约了社会经济可持续发展。

矿山环境问题是指矿业活动和环境之间相互作用而产生的问题，我国煤矿主要影响矿山环境问题的矿业活动有煤矿采掘、选煤及煤矸石堆放三个部分[1]，我国煤矿矿山环境问题主要涉及气体环境、土壤环境和水环境。露天矿和井下矿的开采会造成空气环境污染[2]，另外，煤矸石的长期堆放过程中也会自燃产生CO2等气体造成气体环境问题；选煤过程废水、废渣会污染周围的土地、水域和大气；废料堆、矿渣堆、垃圾堆等需要有大面积场地堆置，从而导致对土地的过量占用和对堆置场原生态系统的破坏[3]。

在法律上，对于那种“先开发后治理”的模式已经不满足对矿山生态环境的保护，为了实现矿山环境的治理与保护，我国已经启动了对煤矿的环境保护立法。

地理信息系统GIS发展快速，现代应用广泛。而矿山环境信息具有空间性（据统计有85%以上的环境信息与空间位置有关）、系统性、时效性、多源性等特征，且对数据结果的可视化程度要求较高。

GIS的强大数据管理和三维可视化功能，我们研究提出了基于物联网的三维矿山环境实时监测与智能管理系统，该系统采用物联网技术，适用于区域广阔、条件恶劣的煤矿，能够实现自组织组网并感知矿山环境信息，把感知数据实时地传递给上层管理系统，结合GIS技术，实现矿山环境信息的三维显示。还具有环境评价与预测功能，在感知数据的基础上，建立科学合理的评价指标体系从而实现区域经济健康开发与周边环境良好保护的共同发展。

本系统的成功开发及应用，对煤矿行业的环境保护、经济可持续发展具有重要的作用，将会为煤炭行业带来较为显著的社会和经济效益，本系统也为环保工作提供了参考依据。

2 矿山开发环境监测国内外研究现状

物联网的研究和发展是我国政府高度重视的。2009年，温家宝总理在江苏无锡考察时就已提出“感知中国”的战略构想。2011-2012“两会”工作报告再次分别指出：促进物联网示范应用和加快物联网试点示范工作步伐。这些充分表明发展物联网产业将成为一项具有国家战略意义的重要决策。

在国外，自20世纪60年代以来，各主要煤矿生产国的政府都十分重视对矿产资源开发的监管工作。在1969年，美国组织了有关矿山环境与灾害监测项目，在防灾减灾方面取得了明显的效果。在欧洲，以法国地质调查局为主要代表的一些欧洲国家的公司和研究单位共同进行MINEO工程，对环境造成的影响进行评价和监测。当今矿产资源开发与矿山环境保护的一体化就是国际矿业发展的一个重要趋势。

3 矿山开发环境监测主要研究内容

本系统以淮北矿区为研究目标进行系统分析。数据采集的目的是矿山环境信息，通过基于ZigBee的无线传感器网络进行近距离的数据传输，通过3G技术进行远程的数据传输，并构建矿山环境等级评价模型，采用服务器/客户端的模式，把环境数据存储在服务端，工作人员可以使用本系统的终端进行矿山信息的查询、分析、比较、统计、环境质量评价和预测等操作。

系统的主要研究内容包括了以下几个内容。

1） 通过对ZigBee无线传感器网络数据采集系统的研究。

2） 环境参数采集的传感器选型。针对矿山环境的特点，选择合适的传感器来监测土壤、空气以及水环境信息。

3） 太阳能电池的使用。矿区环境供电困难，一般采用电池供电，本项目中，研究了电池加太阳能的供电方法，可供节点长期工作。

4） 基于3G的数据远程传输技术的研究。设计网关节点，实现ZigBee网络和3G网络的无障碍通信，并存储数据信息，3G网络作为承载网，最终接入Internet网络，把监测的环境信息传送到管理中心。

5） 对矿山环境评价建立数据模型并进行研究。通过构建矿山环境评价模型，从而对矿山环境的现状进行分级量化评价，为决策者提供参考，并能够根据已知信息对未来进行预测。

6） 三维矿山的研究。利用GIS技术，实现矿山地貌在的三维可视化。

7） 智能管理系统的研究。设计实现用户界面友好的管理软件，实现矿区地图浏览、监测点管理、矿山环境信息查询以及环境质量评价报告等功能，为矿区的环境治理工作提供方便及依据。

4 系统主要功能设计

1） 矿山环境信息档案

通过对矿山环境的数据采集，建立相关的档案并集成数据查询功能。

2） 矿山环境数据维护和更新

研究设计了实时地环境监测系统，通过在矿山收集到的环境变化信息进行及时准确地汇总，保证属性数据保持同步的变化，从而根本的改变目前矿山开发与环境信息依旧手工更新的现状。

3） 矿山环境信息查询及三维地形显示

该系统的使用对象可以是环保部门或者煤矿企业，也适用于其他矿产矿山环境的信息监测。矿区地形环境能够在本系统中以卫星影像的方式显示，并在影响的相应位置布置监测节点，与实际的地理位置成映射关系，鼠标单击监测节点就可实时查看矿区监测点附近的环境信息。

4） 矿山环境等级评价功能

系统以矿山环境数据为基础，根据相关的环境评价指标体系构建的环境评价模型，最后计算出区域内的矿山的环境等级。

5） 系统设置

系统提供了相关的设置功能，包括参数设置、界面设置、输入与输出格式设计等功能，为用户的使用提供了便利。

5 结束语

通过本系统的开发及应用，在煤矿行业的环境保护与可持续发展等方面具有重要作用，将会为煤炭行业带来较为显著的社会效益和经济效益，同时，本系统也为环保部门的环保工作提供了参考依据。

参考文献：

[1] 刘方，王明，刘倩. 矿山地质环境评价与预测研究[J].地球能源与环境，2013（3）：192-195.

[2] 刘金涛，冯文凯. 矿山地质环境评价软件的开发[J]. 地质灾害与环境保护，2012，22（3）： 100-104.

[3] 李旭. 基于GIS平台的矿山地质环境评价系统设计与实现[D]. 北京交通大学，2012.

[4] 李华昌，栾和林，姚文. 矿山环境污染及监测技术的新认识[J]. 冶金分析，2008，28（2）：1094-1098.endprint