多災(zāi)源地下礦山開采過程災(zāi)害監(jiān)測及預(yù)警技術(shù)研究

程　虎（招遠(yuǎn)市河西金礦,山東　招遠(yuǎn)　265400）

多災(zāi)源地下礦山開采
過程災(zāi)害監(jiān)測及預(yù)警技術(shù)研究

程虎
（招遠(yuǎn)市河西金礦,山東招遠(yuǎn)265400）

地下礦山的開采環(huán)境復(fù)雜而特殊，也存在著各種潛在的危害，而且會造成毀滅性的的破壞。在這樣的情況下，構(gòu)建科學(xué)、可靠的災(zāi)害監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)十分必要，本文首先分析了多災(zāi)源地下礦山開采的環(huán)境及特點(diǎn)，并簡要概述了災(zāi)害監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)和預(yù)測預(yù)報(bào)理論，最后論述了總體構(gòu)建監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)的要求。

多災(zāi)源地下礦山;監(jiān)測;預(yù)警

1　簡要分析多災(zāi)源地下礦山的開采

對于地下礦山，其最大的特點(diǎn)就是開采的環(huán)境狹小且閉塞，又因?yàn)榈刭|(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，存在各種不可預(yù)知的危險(xiǎn)因素，所以開采工作是充滿危險(xiǎn)性和不可預(yù)知性的。目前，易采礦產(chǎn)不斷耗盡，針對這樣的現(xiàn)實(shí)情況，我國轉(zhuǎn)移開采目標(biāo)，逐漸開始對深部礦體、松軟破碎礦巖體等地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜且充滿隱患的礦體，進(jìn)行開采。

以深部礦體的開采為例，對其可能存在的隱患進(jìn)行分析。對深部礦體進(jìn)行深井開采時，因?yàn)橹車h(huán)境例如地?zé)?、地質(zhì)和水文條件等的影響，使得整個開采的過程一直處于一種特殊的環(huán)境，即高井深、高地溫、高應(yīng)力和高巖溶水壓，這四高將直接或間接的引發(fā)其他潛在危險(xiǎn)的出現(xiàn)。

對于多災(zāi)源地下礦山開采的主要特點(diǎn)，可以概括為以下三個方面：（1）在多災(zāi)源地下礦山開采過程中，如前文分析，開采的環(huán)境惡略，會受到各種自然災(zāi)害和人為因素的共同影響，所以其第一個明顯的特點(diǎn)就是災(zāi)害出現(xiàn)的可能性大。

（2）其次，在開采過程中，一旦一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，引發(fā)災(zāi)害，將會引發(fā)一系列的災(zāi)害發(fā)生。例如高地溫、高低壓等因素會引發(fā)巖爆、突水等災(zāi)害的發(fā)生，在深井下，通風(fēng)不暢導(dǎo)致有毒害的氣體不能及時的擴(kuò)散出去，對井下工作人員的工作大大折扣，也嚴(yán)重的損害了工作人員的身體健康。

（3）由于地下礦井開采的特殊性，一旦災(zāi)害發(fā)生，將會帶來不堪設(shè)想的后果。

2　構(gòu)建災(zāi)害監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)

2.1災(zāi)害監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)

（1）傳感技術(shù)。我國傳感器的發(fā)展較發(fā)達(dá)國家較慢，在以前，傳感器只可以對單一對象進(jìn)行檢測、僅可實(shí)現(xiàn)簡單的處理功能、難以維護(hù)的有線傳輸方式，經(jīng)過長期的不斷突破，現(xiàn)已取得極大地進(jìn)步，逐漸的實(shí)現(xiàn)了智能化、微型化和多功能化，并且可以與微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行直接的通信。

傳感器的種類眾多，以監(jiān)測和監(jiān)控對象的不同，可以分為如下三類：1）氣體濃度傳感器，監(jiān)測對象為有毒害的氣體，例如CH4、H2S、CO等；2）參數(shù)傳感器，用來監(jiān)測圍巖、礦體的位移、壓力的變化、工作環(huán)境的溫度、水倉的水位和水溫的變化以及設(shè)備的電流、電壓、速度的變化；3）開關(guān)量傳感器：用來監(jiān)控設(shè)備的開關(guān)機(jī)、機(jī)電設(shè)備的饋電狀態(tài)、風(fēng)門的開關(guān)狀態(tài)等。

（2）無線通訊技術(shù)。隨著無線通訊技術(shù)的迅猛發(fā)展，在礦山的監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)中，無線傳輸方式已逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的優(yōu)先傳輸方式。

現(xiàn)對一些應(yīng)用廣泛的無限通訊技術(shù)進(jìn)行簡單的概述。

藍(lán)牙，其主要功能是進(jìn)行近距離的語言和數(shù)據(jù)的傳輸。藍(lán)牙是基于TDMA原理的點(diǎn)對點(diǎn)和點(diǎn)對多點(diǎn)的無線連接方式，設(shè)備簡單、性能優(yōu)良、操作便捷，很大程度的提高了通信的效率。

Wi-Fi技術(shù)，可以分為點(diǎn)對點(diǎn)模式和基本模式兩種運(yùn)作的模式，無線網(wǎng)卡和無線網(wǎng)卡間的通信屬于點(diǎn)對點(diǎn)模式，無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴(kuò)充或無線和有線網(wǎng)絡(luò)并存屬于基本模式。在室外，Wi-Fi的可使用范圍是300m,在辦公環(huán)境中，最長為100m，憑借優(yōu)良的性能和便捷的通信方式，Wi-Fi技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，屬于一種新型的無線通訊網(wǎng)絡(luò)，低功耗、低成本、網(wǎng)絡(luò)拓補(bǔ)可動態(tài)變化都是其顯著的特點(diǎn)，除此之外，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，單個節(jié)點(diǎn)或者局部節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，不會使得整體的網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)癱瘓，傳感器節(jié)點(diǎn)的廣泛分布，也很好的增大了監(jiān)測的網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積。

2.2預(yù)測預(yù)報(bào)理論

為實(shí)時的掌控深井下作業(yè)的狀態(tài)，人們逐漸對礦山開采過程中的環(huán)境和設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測和監(jiān)控。由于監(jiān)測數(shù)據(jù)龐雜，要對其進(jìn)行科學(xué)、有效的利用，必須根據(jù)預(yù)測預(yù)報(bào)理論，對各類數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)的建模，實(shí)現(xiàn)預(yù)警的功能，實(shí)現(xiàn)對礦山災(zāi)害的預(yù)防。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和預(yù)警對象的監(jiān)測數(shù)據(jù)，進(jìn)行建模，預(yù)測預(yù)警對象在未來時刻的變化情況，目前，對于礦山災(zāi)害預(yù)測預(yù)報(bào)的理論很多，現(xiàn)對其中兩種進(jìn)行概述。

（1）回歸分析預(yù)測法。依據(jù)回歸分析理論，分析預(yù)測目標(biāo)變量和有內(nèi)在關(guān)聯(lián)的一個或幾個變量之間的關(guān)系，在此基礎(chǔ)之上，建立回歸模型，預(yù)測目標(biāo)變量的變化規(guī)律和趨勢。該方法根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對目標(biāo)變量進(jìn)行預(yù)測，未考慮目標(biāo)變量的突變性，具有慣性原理的思維方法，因此這種方法很難實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的預(yù)測。

（2）突變理論。1972年，法國科學(xué)家ReneThorn提出突變理論，該理論克服了回歸分析預(yù)測法的線性特性，展現(xiàn)了解決非線性突變問題的優(yōu)良優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于各個學(xué)科，在災(zāi)害的預(yù)測方面也得到了很好地應(yīng)用。

3　總體構(gòu)建監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)

在進(jìn)行整體的構(gòu)建監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)時，應(yīng)該綜合的考慮多災(zāi)源地下礦山的特殊性和復(fù)雜性，主要考慮以下方面內(nèi)容：首先要實(shí)現(xiàn)對多災(zāi)源地下礦山進(jìn)行全方位、多角度的全面監(jiān)控；其次，多災(zāi)源地下礦山災(zāi)害發(fā)生可能性大且后果嚴(yán)重，因此一定要采用最先進(jìn)的監(jiān)控預(yù)警技術(shù)；最后，對于檢測和預(yù)警系統(tǒng)，可靠性和實(shí)時性是最基本也是最重要的要求。

4　結(jié)束語

目前，我國面臨大宗礦種儲量嚴(yán)重不足與經(jīng)濟(jì)發(fā)展對其要求不斷增多的矛盾，且不斷出現(xiàn)礦山開采事故，對這一高危險(xiǎn)行業(yè)，我們需增加對其安全性的關(guān)注，并提出科學(xué)合理的解決措施。通過本文對多災(zāi)源地下礦山開采過程災(zāi)害監(jiān)測和預(yù)警技術(shù)的研究，希望對本行業(yè)的發(fā)展進(jìn)步有一定的參考價(jià)值。

[1]崔秀敬.多災(zāi)源地下礦山開采過程災(zāi)害監(jiān)測及預(yù)警技術(shù)研究[D].中南大學(xué),2012.

[2]王少軍.礦山遙感調(diào)查的理論及方法研究[D].中國地質(zhì)大學(xué),2013.

[3]李朝安.山區(qū)鐵路沿線泥石流監(jiān)測與預(yù)警研究[D].西南交通大學(xué),2012.

程虎（1986-），男，山東聊城人，本科，助理工程師，研究方向：采礦。