多灾源地下矿山开采过程灾害监测及预警技术研究

2015-05-06招远市河西金矿山东招远265400

山东工业技术 2015年3期

程　虎（招远市河西金矿,山东　招远　265400）

多灾源地下矿山开采
过程灾害监测及预警技术研究

程虎
（招远市河西金矿,山东招远265400）

地下矿山的开采环境复杂而特殊，也存在着各种潜在的危害，而且会造成毁灭性的的破坏。在这样的情况下，构建科学、可靠的灾害监测和预警系统十分必要，本文首先分析了多灾源地下矿山开采的环境及特点，并简要概述了灾害监测监控技术和预测预报理论，最后论述了总体构建监测和预警系统的要求。

多灾源地下矿山;监测;预警

1　简要分析多灾源地下矿山的开采

对于地下矿山，其最大的特点就是开采的环境狭小且闭塞，又因为地质结构复杂，存在各种不可预知的危险因素，所以开采工作是充满危险性和不可预知性的。目前，易采矿产不断耗尽，针对这样的现实情况，我国转移开采目标，逐渐开始对深部矿体、松软破碎矿岩体等地质环境复杂且充满隐患的矿体，进行开采。

以深部矿体的开采为例，对其可能存在的隐患进行分析。对深部矿体进行深井开采时，因为周围环境例如地热、地质和水文条件等的影响，使得整个开采的过程一直处于一种特殊的环境，即高井深、高地温、高应力和高岩溶水压，这四高将直接或间接的引发其他潜在危险的出现。

对于多灾源地下矿山开采的主要特点，可以概括为以下三个方面：（1）在多灾源地下矿山开采过程中，如前文分析，开采的环境恶略，会受到各种自然灾害和人为因素的共同影响，所以其第一个明显的特点就是灾害出现的可能性大。

（2）其次，在开采过程中，一旦一个环节出现问题，引发灾害，将会引发一系列的灾害发生。例如高地温、高低压等因素会引发岩爆、突水等灾害的发生，在深井下，通风不畅导致有毒害的气体不能及时的扩散出去，对井下工作人员的工作大大折扣，也严重的损害了工作人员的身体健康。

（3）由于地下矿井开采的特殊性，一旦灾害发生，将会带来不堪设想的后果。

2　构建灾害监测和预警系统

2.1灾害监测监控技术

（1）传感技术。我国传感器的发展较发达国家较慢，在以前，传感器只可以对单一对象进行检测、仅可实现简单的处理功能、难以维护的有线传输方式，经过长期的不断突破，现已取得极大地进步，逐渐的实现了智能化、微型化和多功能化，并且可以与微型计算机进行直接的通信。

传感器的种类众多，以监测和监控对象的不同，可以分为如下三类：1）气体浓度传感器，监测对象为有毒害的气体，例如CH4、H2S、CO等；2）参数传感器，用来监测围岩、矿体的位移、压力的变化、工作环境的温度、水仓的水位和水温的变化以及设备的电流、电压、速度的变化；3）开关量传感器：用来监控设备的开关机、机电设备的馈电状态、风门的开关状态等。

（2）无线通讯技术。随着无线通讯技术的迅猛发展，在矿山的监测监控系统中，无线传输方式已逐渐代替传统的优先传输方式。

现对一些应用广泛的无限通讯技术进行简单的概述。

蓝牙，其主要功能是进行近距离的语言和数据的传输。蓝牙是基于TDMA原理的点对点和点对多点的无线连接方式，设备简单、性能优良、操作便捷，很大程度的提高了通信的效率。

Wi-Fi技术，可以分为点对点模式和基本模式两种运作的模式，无线网卡和无线网卡间的通信属于点对点模式，无线网络规模扩充或无线和有线网络并存属于基本模式。在室外，Wi-Fi的可使用范围是300m,在办公环境中，最长为100m，凭借优良的性能和便捷的通信方式，Wi-Fi技术得到广泛的应用。

无线传感器网络，属于一种新型的无线通讯网络，低功耗、低成本、网络拓补可动态变化都是其显著的特点，除此之外，在无线传感器网络中，单个节点或者局部节点出现故障，不会使得整体的网络出现瘫痪，传感器节点的广泛分布，也很好的增大了监测的网络覆盖面积。

2.2预测预报理论

为实时的掌控深井下作业的状态，人们逐渐对矿山开采过程中的环境和设备进行监测和监控。由于监测数据庞杂，要对其进行科学、有效的利用，必须根据预测预报理论，对各类数据进行科学的建模，实现预警的功能，实现对矿山灾害的预防。

根据经验和预警对象的监测数据，进行建模，预测预警对象在未来时刻的变化情况，目前，对于矿山灾害预测预报的理论很多，现对其中两种进行概述。

（1）回归分析预测法。依据回归分析理论，分析预测目标变量和有内在关联的一个或几个变量之间的关系，在此基础之上，建立回归模型，预测目标变量的变化规律和趋势。该方法根据经验对目标变量进行预测，未考虑目标变量的突变性，具有惯性原理的思维方法，因此这种方法很难实现精准的预测。

（2）突变理论。1972年，法国科学家ReneThorn提出突变理论，该理论克服了回归分析预测法的线性特性，展现了解决非线性突变问题的优良优势，被广泛应用于各个学科，在灾害的预测方面也得到了很好地应用。

3　总体构建监测和预警系统

在进行整体的构建监测和预警系统时，应该综合的考虑多灾源地下矿山的特殊性和复杂性，主要考虑以下方面内容：首先要实现对多灾源地下矿山进行全方位、多角度的全面监控；其次，多灾源地下矿山灾害发生可能性大且后果严重，因此一定要采用最先进的监控预警技术；最后，对于检测和预警系统，可靠性和实时性是最基本也是最重要的要求。