张贵永、张昇明
紫金矿业集团股份有限公司
摘要：矿山排土场易形成泥石流、滑坡等灾害，随着露天矿山的开采向深部发展，排土场的堆排高度和容积越来越大，发生灾害的概率和严重度也随之增加。而且，某些矿山企业将排土场建在村庄或矿区的上游地区，排土场灾害不仅仅对矿山的正常生产造成不良影响，也会对下游人民群众的生命、财产安全构成威胁。本文提出了包括GPS、测斜仪、雨量计、压力计等在内的排土场综合监测系统，设计了排土场灾害监测预警管理系统的结构，实现了系统的各项功能，并在试点矿山得到了成功应用。
关键词：矿山排土场；灾害监测；预警管理
1监测系统的组成
选取某矿山建立了排土场灾害监测预警管理系统。该系统包括硬件系统和软件系统两部分，硬件系统即监测系统由前端监测仪器、数据采集装置、供电系统、防雷系统、数据传输网络和监测预警中心组成。前端监测仪器负责监测排土各项灾害预警指标，数据采集装置采集和汇总监测数据后通过数据传输网络(有线或无线方式)传输到监测预警中心，监测预警中心对传输来的监测数据进行存储、分析，按照预警准则进行预警，供电系统和防雷系统确保排土场现场各设备的正常运行和免受雷击。
2监测预警管理系统的结构设计
2.1软件结构
排土场灾害监测预警中心包括数据库服务器、WEB服务器、数据计算服务器，每个矿山的排土场灾害监测预警管理系统可以实现实时监测预警功能，还能通过数据远传系统将监测数据发送到预警中心数据库服务器上，监测预警中心可以通过互联网实现多个矿山的远程监管，建立具有大数据的云平台服务。
矿山排土场灾害监测预警管理系统一方面需要将监测数据和预警计算结果向矿山企业内外的管理者发布，访问者不受场地和设备限制，因此需要采用浏览器/服务器软件结构，即B/S结构。另一方面，数据远传系统需要安装在实时计算服务器上，将现场数据集从数据库服务器的MySQL数据库中提取后，写入到监测数据库中。这个工作30min自动完成一次。同时，监测预警的计算程序，也需要安装在这个服务器上，通过定时器不断反复测算，并将计算结果保存在数据库中，这种工作追求的是实时性，反映了C/S的特点。因此，本系统必须采用混合结构方式，将B/S与C/S有机结合起来。从组件角度划分，排土场灾害监测预警管理系统软件包括:逻辑校验、业务逻辑、数据接口和数据源共4类组件。
2.2数据库设计
本系统的数据源有2部分:现场实时监测数据、管理数据，具体分为传感器与预警系统数据库、系统管理数据库。其中，传感器与预警系统数据库包括:监测排土场传感器信息表、各传感器数据表、预警设定表、单一预警表、综合预警表、应急措施表等14个表。系统管理数据库包括:用户管理、站点信息管理、用户单位管理等17个表。
2.3预警方式
2.3.1单一预警的判定
单一预警指标有表面位移、内部位移、降雨量等3个，采取独立预警的方式，即:(1)表面位移预警，用GPS监测，对每一个GPS的监测值进行预警判断，只要达到预警标准即发出预警;(2)内部位移采用测斜仪测定，一个边坡有4组，每组有3个内部测斜仪，对12个监测值均进行预警判断，只要达到预警标准即发出预警;(3)降雨量采用雨量计测定，一个边坡只有1个雨量计，单一值预警。单一预警准则根据岩土的物理力学特性及排土场的组成，采用FLAC3D软件进行数值模拟确定。
2.3.2综合预警的判定
综合预警指标有10个主指标、2个修正指标。主指标分别为:物料粘聚力、物料内摩擦角、台阶高度、平台宽度、降雨量、孔隙水压力、内部应力、地震烈度，其中内部位移、孔隙水压力、内部应力有多个监测值，其他指标只有单一值。多个值的预警准则
如下:(1)按照监测仪器的安装设计，将150m×30m边坡分为4组仪器监测，因此在同一时刻进行4组综合预警;(2)内部位移取本组中3个固定测斜仪的平均值;(3)孔隙水压力和岩土内部应力取本组1个仪器的值。
2个综合预警修正指标为土壤含水量、下游人员及财产情况，当达到一定值时，在综合计算的预警等级基础上增加一个等级。综合预警基于可拓理论，首先建立由10个主指标和2个修正指标组成的预警指标体系，采用G1法确定指标权重，再根据排土场标准、数值模拟及专家评分结果确定指标预警准则，最后根据监测数据和排土场参数计算确定预警等级。
2.4软件功能模块
系统的主要功能包括登录模块、系统管理模块、主界面展示模块、预警管理模块、测点信息管理模块、各类传感器数据监测模块、数据远传模块等7个。(1)登录模块:用户选择角色、输入登录信息后登录。(2)系统管理模块:包括用户管理、角色管理、功能分配、数据字典、预警模型设置模块。用户分为矿山用户和管理部门用户两个类型，每个类型又分为管理员和普通用户。矿山企业用户只能看到本矿山监测的数据，管理部门用户可以看到各个矿山排土场的监测数据信息。(3)主界面展示模块:通过抽取最新数据和预警计算，以地图和可视化方式展示软件主界面。(4)预警管理模块:按照给定的预警方法实现预警，得到、显示预警的等级。预警等级以红、橙、黄、蓝4种颜色来显示相应级别。当单一预警指标超过给定的阈值，或综合预警达到不同等级时，系统还能够以短信/邮件形式发给管理员，也能够以声光形式发出警报。(5)测点信息管理模块:对企业监测点和监测设备的参数与信息，能够进行管理和维护。(6)数据监测模块:监测传感器包括8种:地表位移、内部位移、降雨量、孔隙水压力、土压力、土壤含水率、温度和湿度。本模块针对每种传感器的监测要求，能够按照日期范围实现数据的查询，也能够以曲线图方式显示每种监测数据的变化趋势。(7)数据远传模块:每隔30min通过网络采集和传输排土场数据库中的监测数据。矿山企业保存这些数据及其预警结果到其独立的数据库中，监测预警中心将每一路监测数据和预警结果都保存在中心数据库中，均能实现长期存储和界面展示。
2.5运行界面及运行效果
管理系统的各项功能都通过友好的界面来实现，采取多源信息融合技术，实时显示数据信息。系统既能以数据表格的形式显示指定时间段的监测数据，也能采用图形显示监测数据的变化趋势。系统在运行时能实时进行单一预警，显示预警信息，并且每隔30min定时解算实现综合预警。该排土场灾害监测预警管理系统在某矿山投入试运行，除了断电和施工等人为原因外，系统都能正常可靠运行，故障率为4%。至2019年底，共有4次Ⅳ级蓝色综合预警，经现场检查和实际情况相符，预警准确率100%。根据预警结果，及时对排土场进行了处理，保证了矿山的安全生产。
3结语
(1)排土场灾害监测指标可分为短期监测指标和中长期监测指标，短期监测指标包括地表位移、内部位移、降雨量等，中长期监测指标还包括孔隙水压力、内部土压力、岩土含水率等。(2)排土场灾害监测预警中心包括数据库服务器、WEB服务器、数据计算服务器，监测预警管理系统采用B/S与C/S混合结构，实现单一预警和综合预警相结合。(3)该管理系统在某矿山排土场的实际应用表明，系统界面友好、运行稳定，能满足矿山排土场监测预警的需求，具有一定的推广应用价值。
参考文献
[1]基于多传感器信息融合的自然灾害预警模型研究[J].李涛,沈江.电子科技大学学报(社科版).2015(01)
[2]排土场灾害四色预警判据研究[J].栾婷婷,吕则恺,谢振华,胡守涛,幸贞雄,成朝正.金属矿山.2018(09)