凡口鉛鋅礦區(qū)地下水自動(dòng)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)開發(fā)

歐陽仕元 時(shí)永桂 曹文生

(1.深圳市中金嶺南有色金屬股份有限公司凡口鉛鋅礦，廣東 韶關(guān) 512325；2.山東科瑞特自動(dòng)化裝備有限責(zé)任公司，山東 泰安 271000)

凡口鉛鋅礦區(qū)地下水自動(dòng)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)開發(fā)

歐陽仕元1時(shí)永桂2曹文生1

(1.深圳市中金嶺南有色金屬股份有限公司凡口鉛鋅礦，廣東 韶關(guān) 512325；2.山東科瑞特自動(dòng)化裝備有限責(zé)任公司，山東 泰安 271000)

凡口鉛鋅礦礦山帷幕截流工程完成后，地下水流場(chǎng)發(fā)生了變化。為及時(shí)掌握地下水動(dòng)態(tài)，預(yù)防突水事故，為采區(qū)防治水工程設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)，礦山開發(fā)了地下水自動(dòng)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集傳輸、數(shù)據(jù)處理分析、地下水動(dòng)態(tài)預(yù)警和三維可視化4個(gè)部分組成，系統(tǒng)對(duì)礦區(qū)地下水水位、流量、水質(zhì)等參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)統(tǒng)計(jì)、分析和處理，及時(shí)反映地下水的儲(chǔ)藏、運(yùn)移、補(bǔ)排特征和動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，進(jìn)行預(yù)警。應(yīng)用表明，系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、成果輸出等準(zhǔn)確反映了礦區(qū)地下水流場(chǎng)變化情況，預(yù)警信息可靠。

觀測(cè)站 監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù) 預(yù)警閾值 可視化

凡口鉛鋅礦屬富水性強(qiáng)、補(bǔ)給充足、涌水量大的水文地質(zhì)條件復(fù)雜型礦山[1]。該礦采取地面和井下綜合防治措施，確保了安全采礦40多a。隨著采區(qū)外擴(kuò)及礦區(qū)帷幕截流工程[2]的建成，地下水流場(chǎng)[3]發(fā)生了根本變化，在采區(qū)外形成了高水位區(qū)，對(duì)近帷幕地段礦體的安全開采造成影響。密切監(jiān)測(cè)地下水動(dòng)態(tài)，研究礦體開采對(duì)帷幕造成的影響，確保帷幕長(zhǎng)期有效運(yùn)行，防范采區(qū)突水風(fēng)險(xiǎn)，是礦山水文地質(zhì)工作的重點(diǎn)。該礦借助現(xiàn)代化儀器和監(jiān)測(cè)手段[4]，建立了地下水自動(dòng)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，對(duì)地下水的儲(chǔ)藏、運(yùn)移、補(bǔ)排特征及水位、流量、水質(zhì)動(dòng)態(tài)變化等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)統(tǒng)計(jì)、分析和處理。該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)、地下水動(dòng)態(tài)預(yù)警系統(tǒng)和三維可視化系統(tǒng)4個(gè)部分。應(yīng)用情況表明，系統(tǒng)運(yùn)行狀況良好，數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確，監(jiān)控效果明顯，成果輸出真實(shí)有效，及時(shí)反映了礦區(qū)地下水運(yùn)移規(guī)律，發(fā)布預(yù)警信息[5]，為防治水工程設(shè)計(jì)、預(yù)防礦坑突水提供了可靠依據(jù)。

1 自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)置

1.1 監(jiān)測(cè)內(nèi)容

系統(tǒng)監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要包括4個(gè)方面：

(1)監(jiān)測(cè)礦區(qū)地下水位。對(duì)地下水水位進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)，了解地下水動(dòng)態(tài)，根據(jù)觀測(cè)結(jié)果，繪制等水位線圖，分析流場(chǎng)變化，判定地下水補(bǔ)排、運(yùn)移及向礦坑充水方式和通道。

(2)監(jiān)測(cè)礦坑涌水量。對(duì)礦區(qū)含水層涌水量進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)，根據(jù)觀測(cè)結(jié)果繪制流量實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)圖，分析含水層充水量，了解礦坑充水量或判定突水變化。

(3)監(jiān)測(cè)地下水水質(zhì)。主要觀測(cè)地下水pH值和濁度2個(gè)指標(biāo)，了解地下水含砂量及水質(zhì)特征，及時(shí)掌握水環(huán)境[6]變化，判定地下水補(bǔ)給源情況。

(4)監(jiān)測(cè)降雨量。觀測(cè)降雨天數(shù)和實(shí)時(shí)降雨量，根據(jù)觀測(cè)結(jié)果分析降雨與礦坑涌水量變化的關(guān)系，判定降雨對(duì)地下水垂向補(bǔ)給關(guān)系和補(bǔ)給量。

1.2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括4個(gè)部分：

(1)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。主要由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、水位遙測(cè)儀、雨量遙測(cè)儀、流量監(jiān)測(cè)儀、在線濁度儀和在線pH值傳感器以及通訊分站和電源等設(shè)備組成[7]。

(2)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。數(shù)據(jù)接收各種監(jiān)測(cè)儀器自動(dòng)測(cè)量采集的數(shù)據(jù)并永久保存，根據(jù)需要自動(dòng)形成水位、流量、渾濁度以及其他所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的日?qǐng)?bào)表，月報(bào)表和年報(bào)表，查詢歷史數(shù)據(jù)，繪制歷史曲線等。

(3)地下水動(dòng)態(tài)預(yù)警系統(tǒng)?；诘叵滤畡?dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，自動(dòng)捕捉判斷異常數(shù)據(jù)，分析處理異常數(shù)據(jù)[8]。同時(shí)自動(dòng)分析判斷相關(guān)聯(lián)的其他異常點(diǎn)。自動(dòng)分析判斷各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的異常變化，出現(xiàn)異常立即預(yù)警，及時(shí)捕捉、處理異常信息，以防突發(fā)涌水事故。

(4)三維可視化系統(tǒng)。構(gòu)建含水層三維結(jié)構(gòu)模型[9]，實(shí)現(xiàn)地下水動(dòng)態(tài)三維可視化，地下水水質(zhì)動(dòng)態(tài)變化曲線，展現(xiàn)地下水與礦體賦存層位及采區(qū)的關(guān)系[4]。

1.3 數(shù)據(jù)采集傳輸

數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)分為地面部分和井下部分。

(1)地面部分：包括監(jiān)控主機(jī)、調(diào)度室終端、水工科管理中心、相關(guān)職能終端以及降雨量自動(dòng)記錄儀和46個(gè)水文孔的水位自動(dòng)測(cè)量。采集后的降雨量和地下水位數(shù)據(jù)通過移動(dòng)GSM手機(jī)卡短信發(fā)送到監(jiān)控主機(jī)。采集的水質(zhì)、流量數(shù)據(jù)則通過工業(yè)以太網(wǎng)傳輸(如圖1)。

(2)井下部分：在-40 m中段分別在內(nèi)外水倉和新南截流巷3處布置站點(diǎn)；安裝監(jiān)測(cè)儀，監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括地下水涌水量、渾濁度和pH值。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過井下工業(yè)環(huán)網(wǎng)傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控主機(jī)、調(diào)度室終端和水工科管理中心。

圖1 觀測(cè)站數(shù)據(jù)采集傳輸態(tài)勢(shì)

2 監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的布置

2.1 地表監(jiān)測(cè)站

(1)雨量監(jiān)測(cè)站。布置在開闊的房頂，通過雨量遙測(cè)儀[10]進(jìn)行監(jiān)測(cè)。雨量計(jì)采用的是0.2 mm精度的余量傳感器，數(shù)據(jù)采集部分采用GSM無線短信傳輸；當(dāng)降雨時(shí)儀器打到預(yù)定的設(shè)置啟動(dòng)工作，數(shù)據(jù)自動(dòng)發(fā)送。

(2)鉆孔水位觀測(cè)站。在礦區(qū)受采礦排水影響的11 km2范圍內(nèi)施工了70余個(gè)觀測(cè)鉆孔，選擇46個(gè)孔建立自動(dòng)監(jiān)測(cè)站，其余為人工手動(dòng)觀測(cè)站。46個(gè)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站中帷幕內(nèi)布置11個(gè)，帷幕外布置35個(gè)。采用YHYC200水位遙測(cè)儀自動(dòng)測(cè)量記錄地下水水位，并遠(yuǎn)程傳輸，借助GSM/GPRS移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，預(yù)約定時(shí)測(cè)量、定時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)。采用太陽能和鋰電池組供電(如圖2)。孔內(nèi)線纜長(zhǎng)度根據(jù)觀測(cè)孔深度、地下水動(dòng)態(tài)情況設(shè)置。礦區(qū)鉆孔線纜長(zhǎng)度30～150 m，水下最大量50.4 m，最小量10.8 m，余量最大26.6 m，余量最小0.8 m。

圖2 地下水水位野外觀測(cè)站

(3)監(jiān)控主站。井下監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過工業(yè)環(huán)網(wǎng)上傳到地面監(jiān)控主機(jī)。監(jiān)控主站包括監(jiān)控主機(jī)、輸出電視屏、SQL Server 2005數(shù)據(jù)庫、KRTV3.5實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)軟件。在水工科管理中心，輸出設(shè)備由4塊電視屏組成客戶端，分別顯示井下監(jiān)控界面、井上監(jiān)控界面、三維可視化界面和井下視頻可視化界面(如圖3)。

圖3 輸出顯示終端

2.2 井下監(jiān)測(cè)站

井下監(jiān)測(cè)站包括-40 m外水倉、-40 m內(nèi)水倉和新南截流巷3個(gè)站點(diǎn)。監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括水量、水的渾濁度和pH值。信號(hào)通過井下工業(yè)以太網(wǎng)信息傳輸平臺(tái)傳至地面。

(1)-40 m內(nèi)水倉監(jiān)測(cè)站。嚴(yán)格按照巴歇爾槽的規(guī)格尺寸和要求，采用2 mm厚的不銹鋼鋼板加工焊接而成。該堰槽的測(cè)點(diǎn)最大量程為5 070 m3/d。

(2)新南截流巷監(jiān)測(cè)站。新南截流巷監(jiān)測(cè)站包括流量監(jiān)測(cè)、水質(zhì)濁度監(jiān)測(cè)和pH值在線監(jiān)測(cè)。安裝堰口寬度為1 m的巴歇爾槽，最大水頭高度30 cm，最大量程為 69 000 m3/d。

(3)-40 m外水倉監(jiān)測(cè)站。-40 m外水倉監(jiān)測(cè)站包括流量監(jiān)測(cè)、水質(zhì)濁度監(jiān)測(cè)和在線pH值監(jiān)測(cè)。安裝的巴歇爾槽堰口寬度為30 cm，最大水頭高度30 cm，最大量程為9 300 m3/d。

2.3 井下監(jiān)測(cè)設(shè)備配置

(1)流量監(jiān)測(cè)儀。采用YHL100-Z礦用本安型流量監(jiān)測(cè)儀，配套GML100礦用本安型流量傳感器和KDW28-18礦用隔爆兼本安不間斷電源[11-12]，用于自動(dòng)測(cè)量、記錄和實(shí)時(shí)傳輸?shù)V井涌水量。

(2)在線濁度儀。對(duì)涌水水質(zhì)進(jìn)行流通式[10]現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)檢測(cè)并實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。

(3)在線pH計(jì)。進(jìn)行自動(dòng)、連續(xù)測(cè)量礦井涌水酸堿度并遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)。采用測(cè)量電極和顯示器分體式結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場(chǎng)顯示中文界面菜單，實(shí)時(shí)傳輸，配置高低限報(bào)警信號(hào)輸出。

(4)通訊分站。采用KJ628-F礦用本安型數(shù)據(jù)傳輸分站，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離傳輸。

(5)信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置。采用KJ628-J礦用本安型信號(hào)轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集器與上位機(jī)交互通信。

(6)電源箱。采用KDW81 礦用隔爆兼本安電源箱，輸出穩(wěn)定的直流電壓。

(7)排污泵。采用ZW型自吸式無堵塞排污泵。自吸高度4.5～6.0 m。

(8)行燈變壓器。由BK控制變壓器、LS3-2型主令開關(guān)及保護(hù)外殼組成，由主令開關(guān)接通和分?jǐn)唷?/p>

3 數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)

數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)包括：歷史數(shù)據(jù)查詢、歷史曲線繪制、日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表、年報(bào)表、水文簡(jiǎn)報(bào)、流量統(tǒng)計(jì)報(bào)表、降雨量統(tǒng)計(jì)報(bào)表、手動(dòng)數(shù)據(jù)錄入、水位流量聯(lián)動(dòng)分析、降雨量水位聯(lián)動(dòng)分析、降雨量流量聯(lián)動(dòng)分析等。對(duì)自動(dòng)采集傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、處理和分析，實(shí)時(shí)發(fā)布預(yù)警信息。

3.1 歷史數(shù)據(jù)查詢

點(diǎn)擊“歷史數(shù)據(jù)查詢”出現(xiàn)查詢界面，按站點(diǎn)和時(shí)間進(jìn)行查詢。所有數(shù)據(jù)可導(dǎo)出EXCEL表格，根據(jù)需要進(jìn)行修改、編輯。

3.2 歷史曲線繪制

點(diǎn)擊“歷史曲線”選中需要查詢站點(diǎn)，確定起止時(shí)間，便可繪制該站點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的歷史曲線。

3.3 報(bào)表處理

(1)日?qǐng)?bào)表。選取起止時(shí)間，便可查詢、導(dǎo)出EXCEL或者PDF報(bào)表。日?qǐng)?bào)表生成的計(jì)算方法:日?qǐng)?bào)表的報(bào)表基數(shù)以小時(shí)為時(shí)間單位，即每1 h報(bào)1個(gè)數(shù)。水位和流量是將每小時(shí)內(nèi)所有的數(shù)據(jù)剔除異常數(shù)據(jù)后求平均，作為該小時(shí)內(nèi)的測(cè)量值；如果數(shù)據(jù)每小時(shí)不夠1個(gè)，就將所有數(shù)據(jù)按照時(shí)間列表。降雨量是將每小時(shí)內(nèi)的統(tǒng)計(jì)值進(jìn)行累加，得出的和作為該小時(shí)的數(shù)據(jù)。

(2)月報(bào)表。選取所要查詢的月份，便可生產(chǎn)月報(bào)表，導(dǎo)出EXCEL報(bào)表，同時(shí)可根據(jù)需要修改。月報(bào)表生成的計(jì)算方法：月報(bào)表的報(bào)表基數(shù)是以天為時(shí)間單位，即每天報(bào)1個(gè)數(shù)。水位和流量將當(dāng)天的數(shù)據(jù)剔除異常數(shù)據(jù)后，求得全天數(shù)據(jù)的平均數(shù)作為本天數(shù)據(jù)。降雨量是將當(dāng)天所有的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行累加，作為當(dāng)天數(shù)據(jù)。

(3)年報(bào)表。選中年份，再選取站點(diǎn)，確認(rèn)產(chǎn)生報(bào)表，可導(dǎo)出EXCEL表格，根據(jù)需要修改。年報(bào)表生成的計(jì)算方法：年報(bào)表的報(bào)表基數(shù)是以月為時(shí)間單位，即每月報(bào)1個(gè)數(shù)，將當(dāng)月的數(shù)據(jù)剔除異常數(shù)據(jù)后，求得全月數(shù)據(jù)的平均數(shù)作為本月數(shù)據(jù)。降雨量除外，降雨量是將當(dāng)月內(nèi)所有的統(tǒng)計(jì)量進(jìn)行累加，作為當(dāng)月監(jiān)測(cè)值。

(4)水文簡(jiǎn)報(bào)。根據(jù)礦山的水文簡(jiǎn)報(bào)設(shè)計(jì)了報(bào)表格式，內(nèi)容包括礦坑排水量、降雨量、沉泥庫壩體滲流量及各個(gè)站點(diǎn)的數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊確認(rèn)可導(dǎo)出EXCEL表格進(jìn)行編輯和打印。

(5)流量統(tǒng)計(jì)報(bào)表。點(diǎn)擊流量統(tǒng)計(jì)報(bào)表，選擇日期，生成報(bào)表。每個(gè)中段的流量自動(dòng)統(tǒng)計(jì)，導(dǎo)出EXCEL表格、打印。-40 m的數(shù)據(jù)由設(shè)備自動(dòng)監(jiān)測(cè)取得，其余中段的流量通過人工輸入時(shí)間，利用水泵功率計(jì)算得出。

(6)雨量統(tǒng)計(jì)報(bào)表。點(diǎn)擊降雨量統(tǒng)計(jì)表，選擇日期，生成報(bào)表。內(nèi)容包括降雨的天數(shù)、每天的降雨量、降雨最大出現(xiàn)日等，導(dǎo)出EXCEL表格、打印。降雨量沒有日?qǐng)?bào)月報(bào)，只有年報(bào)。

(7)手動(dòng)數(shù)據(jù)錄入。手動(dòng)錄入分水位數(shù)據(jù)錄入和流量數(shù)據(jù)錄入。點(diǎn)擊手動(dòng)錄入，選擇所要手動(dòng)添加的類型站點(diǎn)，根據(jù)提示進(jìn)行錄入即可，可添加、修改、刪除。

(8)異常數(shù)據(jù)的剔除。異常數(shù)據(jù)的剔除方法：以5 min(可根據(jù)需要修改)為時(shí)間段，將該時(shí)間段內(nèi)的所有數(shù)據(jù)求平均，將高出或低于該平均數(shù)20%的數(shù)據(jù)全部剔除掉。

(9)原數(shù)據(jù)庫導(dǎo)入。原數(shù)據(jù)庫采用DBASEIII編寫，已使用20 a。分析研究老數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，找出原數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，編寫數(shù)據(jù)抽取軟件，將原數(shù)據(jù)庫中的記錄逐條讀取，再變換成新數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，寫入新數(shù)據(jù)庫保存。

(10)累計(jì)流量的計(jì)算。日流量等于日平均瞬時(shí)流量×24。月流量等于該月中每天日流量的累加。年流量等于該年中每天日流量的累加。

(11)等水位線計(jì)算方法。根據(jù)鉆孔水位監(jiān)測(cè)值變化自動(dòng)繪制等水位線。等水位線的計(jì)算根據(jù)鉆孔的水位利用內(nèi)差法和外推法2種方法計(jì)算出某點(diǎn)的水位，再使用多點(diǎn)曲線繪制水位線。

4 地下水動(dòng)態(tài)預(yù)警

4.1 水情聯(lián)動(dòng)分析系統(tǒng)

(1)降雨量水位聯(lián)動(dòng)分析。通過降雨量與鉆孔水位的曲線分析，對(duì)災(zāi)害的發(fā)生提前進(jìn)行預(yù)防、判斷或采取防范措施。

(2)水位流量聯(lián)動(dòng)分析。通過鉆孔的水位與井下涌水量曲線分析比較，對(duì)井下突水災(zāi)害的發(fā)生進(jìn)行提前判斷、預(yù)防。

(3)降雨量流量聯(lián)動(dòng)分析。通過降雨量與井下涌水量曲線分析比較，了解地表水對(duì)地下水補(bǔ)給量的變化，判斷帷幕的運(yùn)行狀況，掌握數(shù)據(jù)異常情況。

4.2 水文動(dòng)態(tài)預(yù)警設(shè)置

水文動(dòng)態(tài)預(yù)警首先應(yīng)設(shè)置預(yù)警閾值[13]。分析研究歷年水文地質(zhì)數(shù)據(jù)，結(jié)合礦山安全生產(chǎn)、規(guī)劃發(fā)展及設(shè)備運(yùn)行等情況，確保閾值設(shè)定科學(xué)合理，做到萬無一失，保證有效預(yù)警。不同預(yù)警項(xiàng)的預(yù)警方式不同，設(shè)置藍(lán)色為正常狀態(tài)，黃色為警覺狀態(tài)，橙色為預(yù)警狀態(tài)，紅色為報(bào)警狀態(tài)。

(1)降雨量預(yù)警方式。以礦區(qū)近10 a的降雨量大小對(duì)礦井涌水的影響程度的記錄為依據(jù)，確定降雨量預(yù)警門限：

降雨量≤80 mm，狀態(tài)顯示為藍(lán)色，正常；

降雨量80～120 mm，狀態(tài)顯示為黃色，提示加強(qiáng)防洪防汛檢查；

降雨量120～150 mm，狀態(tài)顯示為橙色，提示重點(diǎn)區(qū)域值班監(jiān)視；

降雨量≥150 mm，狀態(tài)顯示為紅色，全礦進(jìn)入應(yīng)急響應(yīng)狀態(tài)。

(2)新南截流巷流量預(yù)警方式。礦井近10 a最大的日涌水量是53 640 m3，2013年8月23日涌水量為12 500 m3；根據(jù)歷史記錄確定-40 m新南截流巷預(yù)警門限(如圖4)。

圖4 新南截流巷預(yù)警方式設(shè)置

涌水量≤10 000 m3，狀態(tài)顯示為藍(lán)色，正常；

涌水量10 000～12 000 m3，狀態(tài)顯示為黃色，提示加強(qiáng)防洪防汛檢查；

涌水量12 000～16 000 m3，狀態(tài)顯示為橙色，-40 m水泵房做好應(yīng)急準(zhǔn)備；

涌水量≥16 000 m3，狀態(tài)顯示為紅色，檢查是否有大規(guī)模塌陷或凡口河垮塌，進(jìn)入應(yīng)急響應(yīng)狀態(tài)。

(3)-40 m水倉流量預(yù)警方式。設(shè)置方式同上。

流量≤1 600 m3，狀態(tài)顯示為藍(lán)色，正常；

流量1 600～2 400 m3，狀態(tài)顯示為黃色，提示加強(qiáng)防洪防汛檢查；

流量2 400～3 200 m3，狀態(tài)顯示為橙色，-40 m水泵房做好應(yīng)急準(zhǔn)備；

流量≥3 200 m3，狀態(tài)顯示為紅色，檢查是否有大規(guī)模塌陷或凡口河道垮塌，進(jìn)入應(yīng)急響應(yīng)狀態(tài)。

(4)鉆孔水位預(yù)警方式。鉆孔水位的預(yù)警根據(jù)單位時(shí)間內(nèi)水位的變化率[13]，同時(shí)結(jié)合降雨量大小設(shè)置報(bào)警門限。共設(shè)置藍(lán)色、黃色、橙色和紅色4種狀態(tài)。以1 h為時(shí)間單位，水位變化率設(shè)置以下幾種狀態(tài)：

變化率≤30 cm/h，狀態(tài)顯示為藍(lán)色，正常；

變化率30～50 cm/h，狀態(tài)顯示為黃色，加強(qiáng)該鉆孔及相關(guān)區(qū)域的防水檢查；

變化率50～80 cm/h，狀態(tài)顯示為橙色，重點(diǎn)檢查相關(guān)區(qū)域是否有大量地表水下灌造成局部突水風(fēng)險(xiǎn)；

變化率≥80 cm/h，狀態(tài)顯示為紅色，進(jìn)行緊急處理，檢查帷幕完好性，是否存在大范圍突水風(fēng)險(xiǎn)。

5 三維可視化系統(tǒng)

利用三維定位理論[14]和信息集成模型理論[15]構(gòu)建含水層三維結(jié)構(gòu)模型[16]，包括地層結(jié)構(gòu)、含(隔)水層結(jié)構(gòu)、鉆孔結(jié)構(gòu)、帷幕結(jié)構(gòu)及部分巷道結(jié)構(gòu)等(如圖5)，以及地面建筑物三維立體模型，實(shí)現(xiàn)地下水動(dòng)態(tài)三維可視化。

圖5 水文地質(zhì)三維模型

建立的三維數(shù)字化模塊，只要確定切面的起點(diǎn)和終點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)任意方向自動(dòng)剖切剖面圖，形象直觀的看到該剖切面上地層構(gòu)造和地下水水位的實(shí)時(shí)狀態(tài)。從剖切的463223線水文地質(zhì)剖面圖(如圖6)可見，礦山截流帷幕工程內(nèi)外出現(xiàn)了明顯的水位差。隨著監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的變化，圖中水位線也隨著上下移動(dòng)。若水位差在逐漸變小，同時(shí)流量和水質(zhì)也發(fā)生變化，則應(yīng)考慮帷幕的有效性，及時(shí)采取措施。

圖6 463223線水文地質(zhì)剖面

6 結(jié) 語

(1)針對(duì)礦區(qū)水文地質(zhì)條件的變化和帷幕安全運(yùn)行的要求，及時(shí)開發(fā)建立礦區(qū)地下水自動(dòng)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，開創(chuàng)了有色金屬礦山水文地質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)和防治水技術(shù)的先河，提升了礦山的地下水防治監(jiān)測(cè)水平。

(2)根據(jù)礦山地下水補(bǔ)排、運(yùn)移特征，有針對(duì)性的設(shè)置預(yù)警項(xiàng)和預(yù)警閾值，符合實(shí)際，科學(xué)合理，能有效預(yù)報(bào)地下水異常，為防范突水風(fēng)險(xiǎn)提供依據(jù)。

(3)系統(tǒng)運(yùn)行情況反映，數(shù)值觀測(cè)準(zhǔn)確，傳輸可靠，設(shè)備運(yùn)行正常，效果良好，直觀地反映了礦山的水文地質(zhì)條件和地下水運(yùn)移規(guī)律，滿足礦山對(duì)水害防范管理的需要。

(4)系統(tǒng)從數(shù)據(jù)采集傳輸?shù)捷斎胼敵龅冉缑嬷庇^明了，使復(fù)雜變?yōu)楹?jiǎn)單快捷，便于操作管理，使礦山水文地質(zhì)工作從手動(dòng)操作逐步向智能自動(dòng)化轉(zhuǎn)變，大大減輕了作業(yè)強(qiáng)度。

(5)根據(jù)礦山發(fā)展，需進(jìn)一步完善系統(tǒng)舊數(shù)據(jù)的鏈接，規(guī)范三維可視化圖界面、等水位線等圖件的設(shè)計(jì)、制作功能等；根據(jù)水文地質(zhì)情況變化和安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)管理需要，進(jìn)一步調(diào)整融合聯(lián)動(dòng)分析和預(yù)警方式。

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(責(zé)任編輯 徐志宏)

Development of Automatic Monitoring and Pre-warning System for Groundwater in Fankou Lead-zinc Mine

Ouyang Shiyuan1Shi Yonggui2Cao Wensheng1

(1.FankouLead-zincMine，ShenzhenZhongjinLingnanNonfemetCo.，Ltd.，Shaoguan512325，China;2.ShandongKeruiteAutomationEquipmentCo.，Ltd.,Taian271000，China)

After the completion of Fankou Lead-zinc Mine curtain intercepting projects，groundwater flow field has been changed.In order to promptly grasp the ground water tendency and prevent from flooding accident，the automatic monitoring and pre-warning system for groundwater in the mine is developed to provide the scientific basis for the water conservancy project design.The system consists of 4 parts of data acquisition and transmission，data processing and analysis，groundwater dynamic early-warning and 3D visualization.The system carries out the real-time monitoring automatic statistics analysis and processing on the groundwater level，flow and water quality parameters，which can timely reflect the storage，transportation，supply and drainage characteristics and dynamic changes of groundwater to realize early warning.The application shows that the run state，data monitoring，and result output of the system accurately reflect the changes of groundwater flow in mining area，and the early warning is reliable.

Observation station，Monitoring system，Real time data，Threshold value of pre-warning，Visualization

2015-01-28

廣東省教育廳產(chǎn)學(xué)研結(jié)合引導(dǎo)項(xiàng)目(編號(hào)：2011B090400007)。

歐陽仕元(1964—)，男，高級(jí)工程師。

TD745

A

1001-1250(2015)-04-267-06