监测预警技术在矿山地质灾害治理中的应用研究

魏建华

（甘肃省地质矿产勘查开发局第四地质矿产勘查院，甘肃 酒泉 735000）

我国是一个矿产资源非常丰富的国家，再加上经济的快速发展，使得现阶段对于矿产资源的需求量持续增加，尤其是我国社会正处于一个以大量开发利用资源为主要特征的工业化进程中，所以急需进行大力的矿山资源开发与开采工作[1]。但是在此过程中由于市场竞争压力的不断增加，矿山企业片面追求经济利益的最大化，开采设备与技术相对滞后等多种原因，导致矿山地质灾害发生频率逐年上升，从而导致开采环境与平台不断恶化，二者之间具有相互影响，而这种恶性循环使得我国矿山行业发展陷入了一定的困境。尤其是近些年来矿山冒顶、突水、地表塌陷等地质灾害问题的日益严重，造成了大量的经济损失，更有甚者造成了一定的伤亡，严重制约了国家工业化的进一步发展[2]。

为了有效治理矿山地质灾害，需要利用相关方法对矿山地质灾害进行监测与预警，所以本文主要研究了监测预警技术在矿山地质灾害治理中的应用，以期解决矿山地质灾害治理过程中存在的难题，减少和降低了地质灾害损失，提升相关的社会效益、环境效益以及经济效益。

1 监测预警技术在矿山地质灾害治理中的应用

为了提升矿山地质灾害治理效果，设计了一种矿山地质灾害监测预警系统，该系统主要由现场监测模块、网络传输模块、监控中心模块和Web发布模块构成，具体结构如图1所示。

图1 矿山地质灾害监测预警系统结构

在该系统运行过程中，将具有移动通信功能的现场监测设备布置在预先设计好的监测点，利用该设备采集矿山地质灾害信息，包括滑坡、崩塌、泥石流、采空塌陷、不稳定斜坡等。在此基础上，利用移动GSM网络将采集到的信息以短消息的方式发送至监控中心模块，在该中心对采集到的信息进行分析与处理后，将所有信息存储至数据库中。监控中心主要通过对于网络传输模块所采集的信息进行解析，实现矿山地质灾害远程监测与预警，并根据现场信息通过Web发布模块及时发布监测信息，从而有效降低矿山地质灾害发生与扩大的可能性，提升矿山地质灾害治理能力[3]。

1.1 现场监测模块

将具有移动通信功能的现场监测设备布置在预先设计好的监测点，利用该仪器采集相关的监测信息，具有包括以下几方面的内容：

（1）裂缝位移监测：将位移传感器一端固定在滑坡体上，另一端固定在非滑坡体上，将两者的差值作为裂缝位移作为监测点相对位置监测信息。

（2）地下水位监测：将水位传感器布置在预先设计好的监测位置，利用该传感器采集地下水位监测信息。

（3）深部位移监测：在某一滑坡体的内部钻孔，并将角度传感器测斜管埋入该钻孔内，在滑坡体产生位移的情况下，测斜管角度也会因其而发生改变，从而获取滑坡体的水平位移监测信息。

（4）土壤含水率监测：利用湿度传感器对土壤含水率进行监测，以此获取实时的土壤含水率监测信息。

1.2 网络传输模块

在上述基础上，利用网络传输模块GSM引擎子模块实现监测信息的网络传输。子模块当接收到监测设备发送来的监测信息后，主要是通过向串口发送接收消息指令以此实现监测信息的接收，这种指令为AT命令。其中，监测信息是以短消息的形式发送的，这种类型的消息是系统为用户提供的一种新型的数字业务，并将所有短消息通过无线控制信道进行传输，并在短消息中心可以实现信息的高效存储和收发。AT命令及其具体功能描述如表1所示。

表1 常用的AT命令及其具体功能描述

1.3 数据监控中心模块

数据监控中心模块是矿山地质灾害监测预警系统最为重要的模块，该模块承担着监测信息的接收、处理和转发以及报警等多项任务。该模块由通信协议子模块、数据库子模块、收发服务子模块、图形显示子模块、预警子模块组成。

（1）通信协议子模块。由于监测信息中包含监测点位置信息以及设备采集信息等多种类型，所以使得监测信息实时传输难度加大，因此本文对通信协议子模块进行了重点设计，具体通信协议格式如表2所示。

表2 通信协议格式

（2）数据库子模块。结合相关研究成果，本文主要从概念与逻辑两方面出发对数据库子模块进行设计。其中采用ER实体联系法设计数据库概念模型，并根据数据完整性与独立性原则设计数据库逻辑。

（3）收发服务子模块。在对收发服务子模块设计过程中，其首要任务就是对串口进行初始化，并检查系统是否正常与GSM子模块建立了通信连接，在保证通信连接正常的情况下接收新的短消息。当接收到监测信息后，将所有信息统一存储至数据库中，若是分析出接收的数据有危险信息，则需要及时对其进行预警，并及时通知相关人员，以此进行矿山地质灾害治理。

（4）图形显示子模块。以接收到的矿山地质灾害监测信息为基础，将不同类型的监测信息以图形的形式在计算机中显示出来，以便可以更为直观地了解矿山地质灾害监测信息的变化。

（5）预警子模块。该子模块是实现矿山地质灾害预警的主要功能模块，主要通过预先设计好的联系方式向相关人员发送预警信息以及声音预警，使得相关工作人员可以及时明确矿山地质灾害类型与位置，采取相应的矿山地质灾害治理措施，以期降低矿山地质灾害损失。

1.4 Web发布模块

在当前的矿山地质灾害监测预警中，只有在监控中心模块才可以实现监测信息的实时观看，但是该模块所承担的功能太多，造成监控数据浏览不方便，所以为了解决这一问题，本文系统在设计过程中采用Web技术构建矿山地质灾害监测信息发布平台，以此实现矿山地质灾害监测信息的远程浏览，以此可以实时监测矿山地质灾害，提升矿山地质灾害监测预警时效性。

2 实验设计

为了验证本文所设计矿山地质灾害监测预警系统的实际应用效果，进行了实验设计，具体的实验环境设计如表3所示。

表3 实验环境设计

将传统矿山地质灾害监测预警系统以及本文所设计的矿山地质灾害监测预警系统进行比较，通过比较不同评价指标，以验证不同系统的综合性能，具体的比较结果如下。

2.1 系统响应速度比较

系统响应速度是验证系统的综合性能的重要指标之一，所以比较了传统矿山地质灾害监测预警系统以及本文所设计的矿山地质灾害监测预警系统的响应速度，比较结果如表4所示。

表4 系统响应速度比较

分析表4中的数据可知，传统矿山地质灾害监测预警系统响应速度平均值为2.43s，本文所设计的矿山地质灾害监测预警系统响应速度平均值为0.46s，远远低于传统系统，说明该系统响应速度快，可以实现矿山地质灾害快速监测与预警。

2.2 预警准确率比较

在上述实验的基础上，利用仿真软件设置多种类型的矿山地质灾害，并利用矿山地质灾害监测预警系统对其进行监测与预警，则预警准确率比较结果如表5所示。

表5 预警准确率比较

分析表5中的数据可知，传统矿山地质灾害监测预警系统的预警准确率平均值为82.5%，本文所设计的矿山地质灾害监测预警系统的预警准确率平均值为96.7%，远远高于传统系统，说明该系统预警准确率高，可以实现矿山地质灾害的高精准监测与预警。

3 结论

随着我国矿山开采事业的不断深入，矿山地质灾害发生频率不断增加，例如岩爆、矿坑突水、地表塌陷、冒顶片帮等，使得矿山地质灾害类型趋于多样化与复杂化，所以加大了矿山地质灾害监测预警及其治理难度，所以本文为了提升矿山地质灾害治理效率与能力，本文主要研究了监测预警技术在矿山地质灾害治理中的应用，在此过程中设计了一种矿山地质灾害监测预警系统。利用该系统进行矿山地质灾害监测与预警，从而有效降低矿山地质灾害发生与扩大的可能性，提升矿山地质灾害治理能力。但是本文系统在设计过程中并未对监测信息进行预处理，后续还需要以该问题作为切入点对矿山地质灾害监测预警进行完善，从而可以进一步提升矿山地质灾害治理能力与水平。