打开文本图片集

摘  要：本文分析了目前地下金属矿山在采动灾害监测预警及防治方面的研究成果及存在的问题，并研究基于Hadoop大数据处理平台的虚拟现实交互系统在矿山生产过程中的作用，进而研究该系统在地下金属矿山采动灾害监测预警及防治工作的应用价值，从而提出解决采动灾害监测预警及防治工作的具体措施与方法。

关键词：采动灾害；监测预警；Hadoop；虚拟现实交互系统

矿山地质灾害产生的主要原因是开采工作的进行破坏了岩体原有平衡体系，从而使得某些位置产生了应力集中，进而造成了岩体大规模破坏，具体表现为滑坡、冒顶、片帮、岩爆等动力学灾害。为将矿山灾害扼杀在“摇篮”中，一些矿山企业开始试图引进微震、GPS等手段，对采场进行实时监测，并结合室内物理试验，试图找到灾害发生的前兆特征，在此基础上利用一些数学方法对采场的稳定性情况进行推演，进而实现灾害预警的目的。然而，目前矿山所依据的预警软件的算法只能计算出灾害发生的可能性与危害程度，并不能制定出灾害防治的实施方案。另外，对生产负责人的业务能力要求很高，需要经验非常丰富的研究人员才能在头脑中构想岩体可能发生的变形形式，并对可能发生的地质灾害制定应对方案。因此，矿山企业需要研制一套系统，该系统可以实时模拟巷道岩壁的受力状态、预测可能发生形变的位置、预测可能发生地质灾害的类型及破坏等级，并根据巷道中传感器与三维激光扫描仪反馈的实时数据提出几种治理方案。生产负责人只需依据技术上可行、经济上合理的方案选择原则，选择合适的应对方案即可。通过虚拟现实交互系统，生产负责人还可以自己设计应对方案，并根据系统反馈的治理效果，修正与完善设计方案，并在现场按照该设计方案进行施工。

一、基于Hadoop的大数据处理平台虚拟现实交互系统功能与可行性研究

基于Hadoop大数据处理系统为平台，构建可预警监测地下金属矿山采动灾害的虚拟现实交互系统，该系统将现场岩壁实时力学数据及现场模拟画面呈现给生产技术人员，使技术人员设计出行之有效的应对措施，提高了技术人员处理应急事务的能力与质量。

Hadoop大数据处理系统、虚拟现实交互系统、地质灾害监测系统、云计算平台、5G网络传输技术、高精度传感器及三维激光扫描仪相结合，运用到金属矿山地质灾害监测预警中，拟解决现有矿山地质灾害监测预警系统的一系列问题。

目前为止，Hadoop大数据处理系统属于一个开源、安全稳定、可扩展、低成本的分布式计算存储系统，是处理数据最快、最准确、兼容性最好的大数据处理系统；虚拟现实交互技术发展的也较为成熟，矿山企业在某些环节上正在使用；5G网络传输技术目前在矿山应用也较为广泛；因此，以上技术应用到矿山灾害监测预警系统中在技术上是完全可行的。

二、目前地下金属矿山在采动灾害监测预警及防治方面存在的问题

1、预警系统稳定性较差

目前的采动灾害监测预警系统依然采用4G网络传输，网络传输信号不够稳定，在深部水平巷道中，网络信号比较微弱，所以当传感器监测到巷道岩壁发生变形时，并不能及时的把信号传输到地表的中央处理器；如果信号较弱，有时甚至信号中途中断，导致地表根本接收不到信号，也就不能有效的监测到地下巷道岩壁发生的变形。

2、预警系统无法制定防治方案

目前矿山所依据的预警软件的算法只能计算出灾害发生的可能性与危害程度，并不能制定出灾害防治的实施方案。当安置在巷道岩壁表面的传感器监测到巷道岩壁的微弱变形时，会及时的将形变信息传输回位于地表的监测中心，监测中心会将电信号解析为形变曲线，当形变量触发到形变安全值时，系统会及时报警，并会提醒到工作人员巷道可能会发生的危险。由于系统只提供了可能发生的危害及危害程度，并不能制定解决方案，所以需要安全工程师根据形变曲线，以及远程监控室查看到的岩壁实时状态，判断岩壁是否有发生片帮、垮塌、岩爆等地质灾害现象，从而制定出相应的解决方案。

3、过度依靠安全工程师的业务能力

由于地质灾害监测系统无法制定灾害防治方案，需要依靠安全工程师的理论水平与实践经验来制定方案，这就对生产负责人的业务能力要求很高，需要经验非常丰富的研究人员才能在头脑中构想岩体可能发生的变形形式，才能对可能发生的地质灾害制定出应对方案。

三、地下金属矿山采动灾害监测预警系统的改进措施

1、提升灾害监测预警系统的稳定性

矿山企业需要研制一套系统，该系统可以实时模拟巷道岩壁的受力状态、预测可能发生形变的位置、预测可能发生地质灾害的类型及破坏等级，并根据巷道中传感器与三维激光扫描仪反馈的实时数据提出几种治理方案。生产负责人只需依据技术上可行、经济上合理的方案选择原则，选择合适的应对方案即可。通过虚拟现实交互系统，生产负责人还可以自己设计应对方案，并根据系统反馈的治理效果，修正与完善设计方案，并在现场按照该设计方案进行施工。

2、拓展灾害监测预警系统的功能

大数据处理系统、虚拟现实交互系统、地质灾害监测系统、云计算平台、5G网络传输技术、高精度传感器及三维激光扫描仪相结合，运用到金属矿山地质灾害监测预警中，拟解决现有矿山地质灾害监测预警系统的一系列问题。

3、引入虚拟现实交互系统，减小对安全工程师的依赖

矿山所依据的预警软件的算法只能计算出灾害发生的可能性与危害程度，并不能制定出灾害防治的实施方案。另外，对生产负责人的业务能力要求很高，需要经验非常丰富的研究人员才能在头脑中构想岩体可能发生的变形形式，并对可能发生的地质灾害制定应对方案。

四、结论

本文分析了目前地下金属矿山在采动灾害监测预警及防治方面的研究成果及存在的问题，并研究基于Hadoop大数据处理平台的虚拟现实交互系统在矿山生产过程中的作用，进而研究该系统在地下金属矿山采动灾害监测预警及防治工作的应用价值，从而提出解决采动灾害监测预警及防治工作的具体措施与方法。

参考文献：

[1] 徐晓冬，朱万成，张鹏海，李相熙，李旭，王慧.金属矿山采动灾害监测预警云平台搭建与初步应用[J].金属矿山，2021，（04）：160-171.

[2] 张声辉.露天边坡爆破地震波在不同倾角结构面处的传播规律[D].江西理工大学，2018.

[3] 郑永强.大孤山铁矿岩石动态特性与爆破振动实验研究[D].辽宁科技大学，2013.

[4]蔡美峰，薛鼎龙，任奋华.金属矿深部开采现状与发展战略[J].工程科学学报，2019 ，41（4）：417-426.

[5]蒋星星，李春香.2013--2017年全国煤矿事故统计分析及对策[J].煤炭工程，2019，51（1）：101-105.

[6] 马春驰，李天斌，张航，等.基于EMS微震参数的岩爆预警方法及探讨[J].岩土力学，2018，39（2）：765-774.

[7] 王安，杨真，张农，等.矿山工业4.0与“互联网+矿业”：内涵、架构与关键问题[J].中国矿业大学学报（社会科学版），2017， 19（2）：54-60.

[8] 杨真，郭昌放，王静宜，等.由数据驱动的智慧矿山建设研究[J].中国煤炭，2019，45（11）：41-48.

[9] 朱栋梁.虚拟云平台在东曲矿无人值守建设中的应用[J].山西焦煤科技， 2015（S1）：117-119..

[10] 窦林名，王盛川，巩思园，等.冲击矿压风险智能判识与监测预警云平台[J].煤炭学报，2020 ，45（ 6）：2248-2255.

作者简介：张笑成（1989-），男，学士，从事金属矿床地下开采采动灾害研究

中图分类号：TD824      文献标识码：A