矿山工程开采的水文地质灾害预警系统设计

付金明，李国记

（1.河北省地矿局第四水文工程地质大队，河北 沧州 061000；2.河北省地质矿产勘查开发局，河北 石家庄 050000）

在城市化进程不断发展的前提下，对矿山资源的需求也愈发提升。在采矿过程中，由于水文地质灾害的因素，安全事故频发，极易危害到人们的生命及财产安全。为解决这一问题，可以通过检测方法来对灾害进行预警，但传统模式下的预警系统还只是停留在理论范畴，其实用性还未得到完善。所以，应该对水文地质灾害预警系统进行全方位的优化与改革，发挥其作用，以提高社会经济效益。

1 水文地质条件概述

水文地质条件是关于地下水形成、分布、变化规律等条件的整体概括，其中包含地下水补给、水质、水量、径流等方面，由于矿山开采工程规模庞大且繁杂，导致地下水位为在不断的发生变化。其实，地下水流动会受到地壳运动与矿山地质灾害等因素所影响。所以，在对地下水进行开采与使用的过程中，很有可能会引发矿山地质灾害。因此，在开展采矿工程前，应该要对水文地质条件进行检测与勘察，以保证施工安全[1]。

通常情况下，矿山工程大多在野外进行开采，所以水文地质条件会从根本上影响到矿山工程的整体化设计，也会制约工程施工质量，从而导致矿山地质开采工程的安全性与稳定性受到威胁。尤其是在施工过程中，地下水位不断变化，如果地下水位大幅度变化，则会存在发生安全隐患的风险。所以，在工程开展前，需要充分掌握与了解工程所处位置、环境与地下水位变化等信息，还需要明确地下水分布、水位标高、类型等信息，为矿山工程的顺利开展提供便利[2]。

2 矿山开采水文地质灾害类型

2.1 矿内成因

引发矿内灾害的常见因素为矿井火灾与瓦斯爆炸两种形式，其中瓦斯爆炸是由于矿山内部结构复杂、环境污染严重、且缺少通风，在持续高温的情况下极易发生瓦斯爆炸。从外，矿山内大部分煤体碳化程度较低，包含大量的水分，当水分自然挥发后，会导致煤体自燃，造成火灾。在矿山开采工程实施过程中如果发生爆炸或是火灾情况，很有可能造成人员伤亡，威胁到人们的生命及财产安全，所以，应该加强对水文地质灾害的防控[3]。

2.2 岩体变形

造成矿山岩体变形的根本原因是煤矿资源采空区域地面发生塌陷，一旦发生矿区塌陷会对城市工程建筑、公路等构成威胁。如果是矿区坑内岩爆炸，很有可能是因为地壳运动的变化，在挖掘过程中触碰到岩石的释放点，而导致岩体破碎，并向外喷射，最终爆炸，从根本上加剧了矿山开采的困难及危险程度[4]。

2.3 水位改变

由于矿区水位发生变化从而导致涌水灾害与矿坑突水灾害的发生。一旦引发灾害，其规模庞大、不易控制，且多为突发性灾害，难以预防。因为在施工阶段，没能对矿坑的涌水量准确预估，而在开采过程中出现透水断层，使大量的地下水进入到矿井中，从而导致事故的发生[5]。

3 面对矿山开采工程的水文地质灾害预警系统设计

3.1 监测平台的数据信息设置

借助灾害监测平台对数据信息进行分析与整理，并对其进行深入探索，再与水文地质灾害模型进行比较，以实现对水文地质灾害进行预测的根本任务，水文地质灾害预警系统设计主要分为两个方面：一方面是系统硬件设备，例如收集数据信息的感知设备与数据信息显示器等。另一方面是软件设备，例如解决水文地质灾害预算的相关方法，依照矿区内地理位置的差异，使用不同程度的水文地质灾害探测器，并对传感器所显示的数据做出检测，从而实现对水文地质灾害的预警设计[6]。

在对水文地质灾害预警系统进行设计时，其参数需要保留最高与最低数值。借助由传感器整理出显示在屏幕上的数据信息，再结合相关软件对数据做出系统化整理，再将整理完毕的数据信息录入到设备系统中，与原有的参考数值相比较，如果所显示的数据超过参数数值，则需要开启水文地质灾害预警，并采取相应的解决措施。反之则说明暂时并无发生水文地质灾害的风险。

3.2 系统运行环境及探测器设置

水文地质灾害预警系统中设置了突发情况的报警设备以及自然灾害与天气监测等设备。水文地质灾害分为多个特点，按照地板活动与当地人口密度分布等情况，地质灾害预警范围将以自动化形式进行搜索，以实现资源共享的根本目的。对数据信息进行探索与整理，使其满足地质灾害预警的条件。目前，水文地质灾害预警系统主要分为两个方面。其中一方面是集成式结构系统，另一方面则是互联网服务系统，为检测灾害提供了便利。

在水文地质灾害预警系统的局域网络中包含了数据信息的感知设备。为确保数据信息不会受外界因素所制约，保证从根本上实现资源共享的目的。在对水文地质灾害预警系统进行设置时，可以对层次结构进行完善，对系统硬件设备的安全进行维护，实现设备对数据信息的准确分析，以此判断矿山开采过程中是否存在发生灾难的可能，如果存在威胁，则会自动开启水文地质灾害预警。

3.3 水文地质灾害预警系统

水文地质灾害预警系统能够将矿区内的具体情况，通过视频与音频等形式直接反映，并对其变化规律做出分析与探索，对矿区开采范围内的地质灾害数据信息进行不断的更新，并在水文地质灾害系统平台中显示，便于对预警信息的了解与查询。

3.4 开发预警系统运行软件

矿山开采工程的水文地质灾害的预警系统设计主要分为两个方面，其中一方面是突发性灾害机制预测法，另一方面是灾害预警法。如果预警系统中所输入的程序较为简单，则预警报告所显示的结果也就相对简单，在此基础上将突发性预警系统加入其中，在操作流程不变的前提下，是数据运算更加系统规范化。突发预警系统是由板块型论证法、突发灾害系数法等元素组合而成。在水文地质灾害的预警系统中，需要大量的数据信息，其中网络数据所占比重较大。因此，水文地质灾害的预警系统的建设与使用对计算机设备有较高要求，拓展系统的信息储备量，避免由信息量过大而导致系统卡顿。

所以，可以在水文地质灾害的预警系统中加入处理数据信息的子系统，当设备超过信息承载量时，系统可以在后台对无用数据进行自动删减，以保证水文地质灾害的预警系统的正常运行。在对数据信息进行整理时，为区分数据类别，可建立专属的数据库。依照数据所显示的危害程度对水文地质灾害做出科学预测。所以，水文地质灾害数据库能够准确分析设备反映的信息，从而保证矿山开采工程的顺利进行。

4 防治水文地质灾害的原则

4.1 安全第一

在矿山开采工程中，预防水文地质灾害的主要任务是保障工作人员的生命安全。如果在做好防治措施下依然存在安全隐患，则需要对防治策略进行优化与整改。在对水文地质灾害进行防控时，应该尽可能避免水文地质的破坏对矿山开采人员生命安全所构成的威胁，保证施工人员在施工过程中远离危险物体。

4.2 因地制宜

从矿山开采工程的实际情况出发，使所设定的方针政策有科学、理论依据，能够真正做到因地制宜，在经过实地考察，对当地地形、气候、自然环境及水位地质条件等进行充分了解，且保证安全的基础上，开展工程建设。

4.3 敢于创新

由于矿山开采工程所在地理环境复杂，相关防治水文地质灾害的方法难以发挥作用。为解决这一问题，可以使用科学方法转变传统的治理观念，以多元化形式处理水文地质灾害，还可以对灾害治理方法进行优化与创新，预防和抵御灾害发生。

5 矿山地质施工中水文地质灾害的防治技术措施

5.1 针对地下水采取的防治措施

在矿山开采工程中，地下水防治工作的有效进行起决定性作用，因为矿山水文地质特征与水文地质条件存在差异性，所以导致影响矿床充水的原因也有所区别。因此在制定地下水治理预防计划时，应该对地下水水原状态及运行变化规律进行充分了解。在工程前期，需要掌握巷道涌水情况，采用适合的排水方法将地下水向外排放，使巷道涌水量在标准可控范围内，达到对水文地质灾害预防的效果。

5.2 针对矿体结构崩塌采取的防治措

在矿山开采施工阶段发生矿山整体结构崩塌属于自然现象，而由自然水文地质条件所造成的矿体结构瓦解，其发展速度相对缓慢。所以，在矿山开采过程中，可以使用勘测技术来检验矿区结构情况，能够起到风险预防的效果，也可以使用支护方法，提升矿体结构的层岩受力程度。反之，如果是由人为因素所导致的矿体结构坍塌，需要在矿山开采过程中，关注地下水的水位特征及水流流向，并对矿山开采范围内的水文地质条件进行实时监测，采取科学合理地解决措施，当安全事故发生时妥善处理。

5.3 针对露天滑坡采取的防治措施

露天滑坡属于矿山开采工程中的地质灾害类型，在对露天滑坡灾害进行治理时，应该采用针对性防治策略。如果在地表开采过程中出现工作面不合理，很有可能会引发滑坡风险，所以需要采用科学方法对工作面坡度进行调整。如果是对处理由地表水或是地下水而造成的矿山滑坡，需要在矿山坡顶与坡底位置加设排水沟，将地表积水向外排出，从而避免露天滑坡灾害的发生。

6 结束语

在矿山开采工程中，水文地质灾害起决定性制约作用，为有效预防与治理灾害的发生，需要根据治理方法与治理原则对水文地质灾害进行科学防治，结合矿山所在地区水文地质条件的具体状况，优化与创新传统的治理技术，以保证矿山开采工程在安全条件下开展施工，对具有差异性的水文地质灾害做出针对防治。在实际的工作中，矿山开采要做好前期的勘测工作，做好科学全面的进行分析，从而做到有效的防治。一方面是为保证工程的质量安全，另一方面是促进矿山开采工程的顺利发展。在对矿山开采工程的水文地质灾害预警系统的设计进行了研究的过程中，对系统进行了整体优化。而从矿区开采的未来展望来看，随着矿山资源的不断开发，矿山的开采需求量也会不断增高，所以，还需要对矿山开采工程的水文地质灾害预警系统进行优化与改革。