基于大数据的矿山排水预警管理系统

技术领域

本发明涉及矿山排水技术领域，具体为基于大数据的矿山排水预警管理系统。

背景技术

矿山排水是指在矿山开采过程中，由于地下水和降雨等原因，使得矿山内部积水过多，需要通过排水的方式将水排出矿山。矿山排水的主要目的是保障矿山生产的正常进行和矿工的安全，同时也是为了保护环境和周围的生态系统。因此，实现对矿山排水的预警管理，则显得至关重要。

但在现有的对矿山排水的预警管理的方式中，无法及时发现排水设施的故障问题，导致无法对矿山排水设施进行及时修复，进而无法保证排水设施的正常运行，更无法保证矿山的安全生产。

且无法做到对矿山排水的水质状态的预警分析，造成对环境和生产的不良影响，还无法对矿山的排水档位进行及时的调整，故无法及时排出矿山内部积水，导致地质灾害，如坍塌、滑坡等，从而危及矿工的生命安全。

为了解决上述缺陷，现提供一种技术方案。

发明内容

本发明的目的在于提供基于大数据的矿山排水预警管理系统，以解决上述背景提出的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：基于大数据的矿山排水预警管理系统，包括：数据采集单元、云数据库、矿山排水设施分析单元、矿山排水水质分析单元、矿山积水排放分析单元、排水综合预警管理单元和显示终端；

所述数据采集单元用于采集目标矿山的内部积水的水位高度、降雨量，以及采集目标矿山排水的各水质参数项的监测数据值，和采集目标矿山的排水量、排水速度和各排水设施的运转状态信息，并将各类型信息发送至云数据库中存储；

所述云数据库还用于存储排水量档位判定表，存储设施排水状态判定表，存储目标河流的流量状态判定表；

所述矿山积水排放分析单元用于对目标矿山的内部积水的水位高度、降雨量进行监测，由此对目标矿山的排水档位进行定位分析，据此得到目标矿山的内部积水的排水档位，并将其发送至排水综合预警管理单元；

所述矿山排水水质分析单元用于对目标矿山排水的各水质参数项进行监测，由此对目标矿山排水的水质状态进行分析，据此生成水质异常信号或水质合格信号，并将水质异常信号发送至排水综合预警管理单元；

所述矿山排水设施分析单元用于对目标矿山的排水量、排水速度和各排水设施的运转状态信息进行监测，由此对目标矿山的各排水设施的运转状态进行分析，据此生成排水井设施堵塞指令、排水管道设施损坏指令、水泵设施故障指令或水库设施泄露指令，并将各类型指令发送至预警管理单元；

所述排水综合预警管理单元用于对接收到的目标矿山的内部积水的排水档位，以及对接收到的目标矿山的水质判定类型信号和各排水设施的反馈指令，并由此进行预警管理分析处理，并通过显示终端对目标矿山的水质情况、排水设施情况和排水情况进行显示说明。

优选地，所述对目标矿山的排水档位进行定位分析，其具体分析过程如下：

通过水位计实时测量目标矿山内部积水的水位高度，设置目标矿山内部积水的水位高度的液位对比阈值，并将目标矿山内部积水的水位高度与预先设定的液位对比阈值进行比较分析，当目标矿山内部积水的水位高度大于等于预先设定的液位对比阈值时，则触发内部积水排水指令；

依据触发的内部积水排水指令，实时监测目标矿山的降雨量，将其记作rf，并调取目标矿山内部积水的水位高度，将其记作wlh，将目标矿山的降雨量和内部积水的水位高度进行综合分析，依据设定的计算模型fn＝μ×wlh+(1+rf)，由此得到目标矿山的排水系数fn，其中，μ为转换因子系数，且μ为大于0的自然数；

将目标矿山的排水系数与存储在云数据库中的排水量档位判定表进行对照匹配分析，由此得到目标矿山的内部积水的排水档位，且每个目标矿山内部积水的水位高度均有一个排水档位与其对应，且排水档位包括高排水档位、中排水档位、低排水档位。

优选地，所述对目标矿山排水的水质状态进行分析，其具体分析过程如下：

实时获取目标矿山排水的各水质参数项的监测数据值，且各水质参数项包括酸碱项、溶解氧项、总悬浮颗粒物项、化学需氧量项、氨氮项、总磷项、总氮项、重金属项，并将目标矿山排水的各水质参数项的监测数据值与存储在云数据库中的水质状态赋值表进行对照匹配分析，由此得到目标矿山排水的各水质参数项的监测数据值对应的赋值分数，且监测到的目标矿山排水的各水质参数项的监测数据值均有一个赋值分数与其对应，并将其记作sum

将目标矿山排水的各水质参数项的监测数据值对应的赋值分数进行求和，依据公式：排水水质分值＝酸碱项的赋值分数+溶解氧项的赋值分数+总悬浮颗粒物项的赋值分数+化学需氧量项的赋值分数+氨氮项的赋值分数+总磷项的赋值分数+总氮项的赋值分数+重金属项的赋值分数，得到目标矿山排水的排水水质分值；

设置目标矿山排水的排水水质分值的水质对比阈值，并将目标矿山排水的排水水质分值与预先设定的水质对比阈值进行比较分析，当排水水质分值大于等于预先设定的水质对比阈值时，则生成水质异常信号，反之，当排水水质分值大小于预先设定的水质对比阈值时，则生成水质合格信号。

优选地，所述对目标矿山的各排水设施的运转状态进行分析，其具体分析过程如下：

实时监测目标矿山排水的排水量和排水速度，并将其分别标定为wd和ds，并将两项数据进行计算分析，依据设定的计算模型doc＝λ1×wd+λ2×ds，由此得到目标矿山的设施排水运转系数doc，其中，λ1、λ2分别为排水量和排水速度的权重因子系数，且λ1、λ2均为大于0的自然数，而权重因子系数用于均衡各项数据在公式计算中的占比权重，从而促进计算结果的准确性；

将目标矿山的设施排水运转系数与存储在云数据库中的设施排水状态判定表进行对照匹配分析，由此得到目标矿山的设施排水运转状态，且得到的每个得到目标矿山的设施排水运转系数均对应一个设施排水运转状态，且设施排水运转状态包括设施正常排水状态和设施异常排水状态；

依据生成的设施异常排水状态，实时监测目标矿山的各排水设施的运转状态信息，其中，目标矿山的排水设施包括排水井、排水管道、水泵、水库，并由此对目标矿山的各排水设施依次进行故障监控预警分析处理，据此生成排水井设施堵塞指令、排水管道设施损坏指令、水泵设施故障指令或水库设施泄露指令。

优选地，所述对目标矿山的各排水设施依次进行故障监控预警分析处理，其具体分析过程如下：

S1：实时监测目标矿山的排水井的运转状态信息中的水位差值、排水流量、水杂含量值和异响值，并将其分别标定为sc、pl、zl和yx，并将四项数据进行计算分析，依据设定的计算模型

S2：实时监测目标矿山的排水管道的运转状态信息中的水压下降值和管振值，并将其分别标定为sy和zd，并将两项数据进行归一化分析，依据设定的计算模型crk＝γ1×sy+γ2×zd，由此得到目标矿山排水管道的破裂系数crk，其中，γ1和γ2分别为水压下降值和管振值的归一因子，且γ1和γ2均为大于0的自然数，设置排水管道的破裂系数的破裂阈值，并将排水管道的破裂系数与预设的破裂阈值进行比较分析，当排水管道的破裂系数大于等于预设的破裂阈值时，则生成排水管道设施损坏指令，反之，当排水管道的破裂系数小于预设的破裂阈值时，则执行S3；

S3：实时监测目标矿山的水泵的运转状态信息中的电变值、温度值、泵量值和泵振值，并将其分别标定为dbl、tl、bl和bzl，并将四项数据进行归一化分析，依据设定的计算模型gzx＝ε1×dbl+ε2×tl+ε3×bl+ε4×bzl，由此得到目标矿山水泵的运行系数gzx，其中，ε1、ε2、ε3和ε4分别为电变值、温度值、泵量值和泵振值的归一因子，且ε1、ε2、ε3和ε4均为大于0的自然数，设置水泵的运行系数的故障阈值，并将水泵的运行系数与预设的故障阈值进行比较分析，当水泵的运行系数大于等于预设的故障阈值时，则生成水泵设施故障指令，反之，当水泵的运行系数小于预设的故障阈值时，则执行S4；

S4：实时监测目标矿山的水库的运转状态信息中的水位急降值、围土湿度值和壳温变化值，并将其分别标定为wlt、tsd和kwb，并将三项数据进行归一化分析，依据设定的计算模型xlx＝ω1×wlt+ω2×tsd+ω3×kwb，由此得到目标矿山的水库的泄漏系数xlx，其中，ω1、ω2、ω3分别为水位急降值、围土湿度值和壳温变化值的归一因子，且ω1、ω2、ω3均为大于0的自然数，设置水库的泄漏系数的泄露阈值，并将水库的泄漏系数与预设的故障阈值进行比较分析，当水库的泄漏系数大于等于预设的泄露阈值时，则生成水库设施泄露指令，反之，则返回S1，并获取下一时段的目标矿山的各排水设施的运转状态信息。

优选地，所述预警管理分析处理的具体分析过程如下：

将生成的目标矿山的内部积水对应的排水档位发送至显示终端进行显示说明，并通过控制排水阀执行对应的档位等级；

将生成的水质异常信号发送至显示终端进行显示说明，并同时触发停止排放指令和应急措施指令，依据触发的停止排放指令并指派相关的人员对目标矿山的污染源进行封堵操作；

依据触发的应急措施指令，并指派相关的人员向污染物中加入适量药剂、调整酸碱值、增加溶解氧等操作；

依据生成的排水井设施堵塞指令并指派相关的人员对排水井进行排堵操作；

依据生成的排水管道设施损坏指令并指派相关的人员对排水管道进行维修或更换操作；

依据生成的水泵设施故障指令并指派相关的人员对水泵进行维修或更换操作；

依据生成的水库设施泄露指令并加强水库的防渗措施。

本发明的有益效果：

本发明，通过数据分析和处理的方式对矿山的积水状态进行实时监测和预警，并通过匹配相应排水档位，实现对矿山排水的管理和控制，并实现矿山最佳排水效果；

通过数据标定、模型计算和数据比对的方式，对矿山排水的水质状态进行判定分析，并做到及时发现矿山排水异常情况，从而避免矿山排水对环境和生产造成不良影响；

通过逐一监测矿山的各排水设施的运转状态信息，实现对矿山各排水设施管理和维护，实现对矿山排水的全面监管和管理，提高矿山排水的安全性和稳定性，保障矿山生产和环境保护的双重目标。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明的系统框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1所示，本发明为基于大数据的矿山排水预警管理系统，包括：数据采集单元、云数据库、矿山排水设施分析单元、矿山排水水质分析单元、矿山积水排放分析单元、排水综合预警管理单元和显示终端。

需要指出的是，数据采集单元、矿山排水设施分析单元、矿山排水水质分析单元、矿山积水排放分析单元分别与云数据库连接，矿山排水设施分析单元、矿山排水水质分析单元、矿山积水排放分析单元分别与排水综合预警管理单元连接。

数据采集单元用于采集目标矿山的内部积水的水位高度、降雨量，以及采集目标矿山排水的各水质参数项的监测数据值，和采集目标矿山的排水量、排水速度和各排水设施的运转状态信息，并将各类型信息发送至云数据库中存储。

云数据库还用于存储排水量档位判定表，存储设施排水状态判定表，存储目标河流的流量状态判定表。

矿山积水排放分析单元用于对目标矿山的内部积水的水位高度、降雨量进行监测，由此对目标矿山的排水档位进行定位分析，具体分析过程如下：

通过水位计实时测量目标矿山内部积水的水位高度，设置目标矿山内部积水的水位高度的液位对比阈值，并将目标矿山内部积水的水位高度与预先设定的液位对比阈值进行比较分析，当目标矿山内部积水的水位高度大于等于预先设定的液位对比阈值时，则触发内部积水排水指令；

依据触发的内部积水排水指令，实时监测目标矿山的降雨量，将其记作rf，并调取目标矿山内部积水的水位高度，将其记作wlh，将目标矿山的降雨量和内部积水的水位高度进行综合分析，依据设定的计算模型fn＝μ×wlh+(1+rf)，由此得到目标矿山的排水系数fn，其中，μ为转换因子系数，且μ为大于0的自然数，而转换因子系数用于将计算模型中的所有数据项的物理量转换成同一物理量的数据系数；

将目标矿山的排水系数与存储在云数据库中的排水量档位判定表进行对照匹配分析，由此得到目标矿山的内部积水的排水档位，且每个目标矿山内部积水的水位高度均有一个排水档位与其对应，且排水档位包括高排水档位、中排水档位、低排水档位；

并将得到的目标矿山的内部积水的排水档位发送至排水综合预警管理单元进行预警管理分析处理，具体的：

将生成的目标矿山的内部积水对应的排水档位发送至显示终端进行显示说明，并通过控制排水阀执行对应的档位等级，以实现目标矿山最佳排水效果。

矿山排水水质分析单元用于对目标矿山排水的各水质参数项进行监测，由此对目标矿山排水的水质状态进行分析，具体分析过程如下：

实时获取目标矿山排水的各水质参数项的监测数据值，且各水质参数项包括酸碱项、溶解氧项、总悬浮颗粒物项、化学需氧量项、氨氮项、总磷项、总氮项、重金属项，并将目标矿山排水的各水质参数项的监测数据值与存储在云数据库中的水质状态赋值表进行对照匹配分析，由此得到目标矿山排水的各水质参数项的监测数据值对应的赋值分数，且监测到的目标矿山排水的各水质参数项的监测数据值均有一个赋值分数与其对应，并将其记作sum

将目标矿山排水的各水质参数项的监测数据值对应的赋值分数进行求和，依据公式：排水水质分值＝酸碱项的赋值分数+溶解氧项的赋值分数+总悬浮颗粒物项的赋值分数+化学需氧量项的赋值分数+氨氮项的赋值分数+总磷项的赋值分数+总氮项的赋值分数+重金属项的赋值分数，得到目标矿山排水的排水水质分值；

设置目标矿山排水的排水水质分值的水质对比阈值，并将目标矿山排水的排水水质分值与预先设定的水质对比阈值进行比较分析，当排水水质分值大于等于预先设定的水质对比阈值时，则生成水质异常信号，反之，当排水水质分值大小于预先设定的水质对比阈值时，则生成水质合格信号；

并将水质异常信号发送至排水综合预警管理单元进行预警管理分析处理，具体的：

将生成的水质异常信号发送至显示终端进行显示说明，并同时触发停止排放指令和应急措施指令，依据触发的停止排放指令并指派相关的人员对目标矿山的污染源进行封堵操作，以防止污染物进一步排放和扩散。

矿山排水设施分析单元用于对目标矿山的排水量、排水速度和各排水设施的运转状态信息进行监测，由此对目标矿山的各排水设施的运转状态进行分析，具体分析过程如下：

实时监测目标矿山排水的排水量和排水速度，并将其分别标定为wd和ds，并将两项数据进行计算分析，依据设定的计算模型doc＝λ1×wd+λ2×ds，由此得到目标矿山的设施排水运转系数doc，其中，λ1、λ2分别为排水量和排水速度的权重因子系数，且λ1、λ2均为大于0的自然数，而权重因子系数用于均衡各项数据在公式计算中的占比权重，从而促进计算结果的准确性；

将目标矿山的设施排水运转系数与存储在云数据库中的设施排水状态判定表进行对照匹配分析，由此得到目标矿山的设施排水运转状态，且得到的每个得到目标矿山的设施排水运转系数均对应一个设施排水运转状态，且设施排水运转状态包括设施正常排水状态和设施异常排水状态；

依据生成的设施异常排水状态，实时监测目标矿山的各排水设施的运转状态信息，其中，目标矿山的排水设施包括排水井、排水管道、水泵、水库，并由此对目标矿山的各排水设施依次进行故障监控预警分析处理，具体的：

S1：实时监测目标矿山的排水井的运转状态信息中的水位差值、排水流量、水杂含量值和异响值，并将其分别标定为sc、pl、zl和yx，并将四项数据进行计算分析，依据设定的计算模型

需要指出的是，水杂含量值指的是排水井中含有的杂质含量的数据值，若排水井中含有的杂质含量较大，则会导致排水井堵塞，异响值指的是排水井发出的异常声音的分贝值，若排水井的声音异常，则可能是因为水无法顺畅地流出，堵塞导致产生的异响；

S2：实时监测目标矿山的排水管道的运转状态信息中的水压下降值和管振值，并将其分别标定为sy和zd，并将两项数据进行归一化分析，依据设定的计算模型crk＝γ1×sy+γ2×zd，由此得到目标矿山排水管道的破裂系数crk，其中，γ1和γ2分别为水压下降值和管振值的归一因子，且γ1和γ2均为大于0的自然数，且归一因子用于表示将水压下降值和管振值各项数据转化为无量纲形式的系数，设置排水管道的破裂系数的破裂阈值，并将排水管道的破裂系数与预设的破裂阈值进行比较分析，当排水管道的破裂系数大于等于预设的破裂阈值时，则生成排水管道设施损坏指令，反之，当排水管道的破裂系数小于预设的破裂阈值时，则执行S3；

需要指出的是，管振值指的是排水管道的振动幅度大小的数据值；

S3：实时监测目标矿山的水泵的运转状态信息中的电变值、温度值、泵量值和泵振值，并将其分别标定为dbl、tl、bl和bzl，并将四项数据进行归一化分析，依据设定的计算模型gzx＝ε1×dbl+ε2×tl+ε3×bl+ε4×bzl，由此得到目标矿山水泵的运行系数gzx，其中，ε1、ε2、ε3和ε4分别为电变值、温度值、泵量值和泵振值的归一因子，且ε1、ε2、ε3和ε4均为大于0的自然数，设置水泵的运行系数的故障阈值，并将水泵的运行系数与预设的故障阈值进行比较分析，当水泵的运行系数大于等于预设的故障阈值时，则生成水泵设施故障指令，反之，当水泵的运行系数小于预设的故障阈值时，则执行S4；

需要指出的是，电变值指的是单位时间内水泵的电流和电压的变化幅度大小的数据值，当水泵的电流和电压的变化幅度较大时，则说明水泵运转存在异常，泵振值指的是水泵的振动幅度大小的数据值，泵量值指的是水泵的水流量的变化幅度大小的数据值；

S4：实时监测目标矿山的水库的运转状态信息中的水位急降值、围土湿度值和壳温变化值，并将其分别标定为wlt、tsd和kwb，并将三项数据进行归一化分析，依据设定的计算模型xlx＝ω1×wlt+ω2×tsd+ω3×kwb，由此得到目标矿山的水库的泄漏系数xlx，其中，ω1、ω2、ω3分别为水位急降值、围土湿度值和壳温变化值的归一因子，且ω1、ω2、ω3均为大于0的自然数，设置水库的泄漏系数的泄露阈值，并将水库的泄漏系数与预设的故障阈值进行比较分析，当水库的泄漏系数大于等于预设的泄露阈值时，则生成水库设施泄露指令，反之，则返回S1，并获取下一时段的目标矿山的各排水设施的运转状态信息；

需要指出的是，水位急降值指的是单位时间内水库的水位突然下降的变化幅度值，围土湿度值指的是水库周围土壤的湿度，若水库存在泄漏问题，则会导致水库周围的土壤湿度增加，壳温变化值指的是水库壳体的温度变化值，若水库存在泄漏问题，则会导致水库壳体的温度变化；

并将生成的排水井设施堵塞指令、排水管道设施损坏指令、水泵设施故障指令或水库设施泄露指令发送至预警管理单元进行预警管理分析处理，具体的：

依据触发的应急措施指令，并指派相关的人员向污染物中加入适量药剂、调整酸碱值、增加溶解氧等操作，以降低污染物的浓度，并减少对环境的影响；

依据生成的排水井设施堵塞指令并指派相关的人员对排水井进行排堵操作；

依据生成的排水管道设施损坏指令并指派相关的人员对排水管道进行维修或更换操作；

依据生成的水泵设施故障指令并指派相关的人员对水泵进行维修或更换操作；

依据生成的水库设施泄露指令并加强水库的防渗措施。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。