尾礦庫安全監測預警系統

項目背景1、國家高度重視近幾年，由于尾礦庫安全事故多發，國家對尾礦庫安全生產十分關注。2006年《國務院辦公廳關于印發安全生產“十一五”規劃的通知》中明確指出：“對設計庫容1000萬立方米以上或設計主壩高60米以上的尾礦庫，全部建立和完善安全監控系統，逐步建立尾礦庫安全監控體系”。2006年國家安監總局的186號文件，也強調了大力推行尾礦庫安全預警技術。尾礦庫安全生產符合黨和國家的科學發展觀。2、尾礦庫安全現狀世界上正在使用的尾礦庫和工業廢料庫約有20萬個，其中庫容較大的有數千萬立方米至數億立方米，壩高較大的在150米以上，甚至高達320米。尾礦庫區安全事故時有發生。據克拉克大學公害評定小組的研究表明，尾礦壩體事故危害，在世界上的93種事故、公害中，名列第18位。根據2004年我國對26個省、市尾礦庫情況的初步調查資料，我國在這26個省市中就有尾礦庫2762座，危庫、險庫和病庫的數量相當大。在這些尾礦庫中，已進行了安全度確定的有1035座尾礦庫，其中危庫、險庫、病庫392座，占這些已確定安全度的尾礦庫數量的37.8%。近一個時期，我國尾礦庫曾出現過若干起較大的事故，2006年度，在陜西鎮安，河北邢臺地區、山西省婁煩等地先后出現尾礦庫潰壩的重特大事故；2007年度，河南省三門峽、廣西平樂、山西繁峙、遼寧海城等地也相繼發生了尾礦庫潰壩的重特大事故，2008年襄汾尾礦庫潰壩等，這些尾礦事故造成了重大人員傷亡和財產損失，在社會上造成了極其惡劣影響。4、技術進步的結果尾礦庫安全監測預警系統，實現了高新技術在尾礦庫安全管理和檢測上的應用，使得管理者及時準確全面掌握庫區的實際動態，并進行實時安全評價、預警、預報成為可能。同時，系統可及時準確全面反饋信息，為工程設計、管理及消除隱患提供依據。系統運用自動化技術、水工理論技術、計算機信息管理技術、網絡通信技術等，建立了一套先進、可靠并具有通用性和可擴充性的綜合技術，提高了尾礦庫的運行管理水平，為確保尾礦庫壩體安全，提供了可靠的保障。二、安全尾礦庫監測預警系統1、系統依據設計系統開發依據中華人民共和國第二十號令即《尾礦庫安全管理規定》、SL60—94《土石壩安全監測技術規范》、SL169—96《土石壩安全監測資料整編規程》等的相關規定，結合我國尾礦庫區安全管理的現狀，并參照國內外尾礦庫安全監測和管理的成果與經驗，進行了總體設計。系統建設的總體目標是：充分利用當今計算機先進的軟硬件技術、國內外先進的監測技術成果和經驗，按照《軟件開發、系統集成業ISO9001標準》，開發出一套具有先進性、可靠性、具有一定通用性和可擴充性的庫區安全監測分析與評價系統。實現對尾礦庫區安全的自動監測，系統可對實時數據和人工觀測的數據實現自動分析和人工干預反饋，準確地描述庫區的整體性狀，對尾礦庫區運行狀況，做出準確而高效的評判及決策，確保尾礦庫安全。為滿足系統先進性、可靠性、通用性和可擴充性的要求，系統設計采用如下準則進行：系統按標準軟件工程模式開發，系統開發及成果整編依據我國《尾礦庫安全管理規定》、《土石壩安全監測技術規范》、《土石壩安全監測資料整編規程》等進行。軟件平臺、數據庫管理系統做到硬件無關性，方便硬件系統升級。充分考慮系統開發策略，應用系統保留有良好的擴展接口，便于將來采用更先進的軟件開發技術來擴展系統。提供系統錯誤管理機制，建立系統安全與報警日志。充分了解尾礦工程的業務要求，實現功能的通用性與全面性的要求。充分考慮系統可擴展性為用戶提供參數接口和數據庫二次開發接口。3、系統數據流分析通過充分的總體分析與設計確定系統由數據采集子系統、數據管理信息子系統和三部分主體功能組成，系統的數據流圖如圖3-1所示：圖一系統數據流庫區安全監測數據管理信息子系統庫區安全監測分析與評價子系統曲線報表整編資料存檔數據工情文檔尾礦庫安全監測數據采集系統數據數據數據接口數據接口數據監測采集系統人工輸入自動采集數據庫人工采集數據庫設備考證數據庫工程概況數據庫庫區安全監測數據庫綜合分析數據庫4、系統架構我們所設計的這樣一套監測系統，采用了三級構架結構體系：最低層為原始數據采集層，利用現場的智能化設備，采用傳感器技術，實時采集庫區水位、降雨量、干灘、形變位移、浸潤線埋深等各種原始數據；中間層為數據層，它以數據庫技術為核心，將現場采集的各種原始數據按照一定算法還原后存入SQL后臺數據庫中，供專家系統分析、統計、預警使用；三級結構的最頂層為用戶層，它采用的是專用的專家軟件系統對數據庫中的數據按照用戶的不同需要，根據不同的數學模型進行計算，并給出相應結果。各層之間的通信聯系以光纖和無線通信設備相結合作為載體，組成一個尾礦安全監測預警專用數字化網絡系統。5、系統組成按功能劃分，共由六個部份組成，下面分別介紹如下：利用GPS衛星定位技術實現的壩體形變監測系統GPS衛星定位技術是目前國際上在形變監測應用方面最前沿和先進的技術之一，在長期的應用中，該種監測方式已經得到實踐驗證，并日益成熟。該技術是以現代衛星大地測量理論、技術為基礎，以基于多元統計分析的數據處理和變形分析理論、技術為核心，以現代通訊和計算機網絡技術為手段，實現精密監測工程自動化的監測系統，它是GPS定位技術、數字通訊技術、計算機網絡技術、自動控制技術、精密工程測量技術和現代數據處理技術等高新技術的集成，利用此技術開發的尾礦壩體形變監測系統優點如下：A、可實現長期、連續、全自動、全天候實時監測。B、能實時提供壩體監測點的三維變形量，監測精度達到毫米級。C、可實現從數據采集、傳輸、處理、分析、顯示、存儲全自動化。D、觀測時間同步，能客觀反映某一時刻壩體各監測點的變形狀況；E、各監測點的三維位移能同步測出。干灘監測系統干灘數據是尾礦庫區是否處于安全狀態另一個重要指標，目前我們所采用的干灘監測技術設備，是由我公司研發的第三代干灘監測產品，體積小，重量輕，工作時間長，精度高，內嵌入無線傳輸，便于現場的使用與維護。此系統的應用，可以讓尾礦安全管理人員實時了解到庫區安全高差等是否能夠滿足生產的需要，這在汛期等特殊時間段內，尤為必要。生產視頻監視系統

生產視頻監視系統的應用，可以使尾礦管理人員有了一個更直觀的了解生產現場的工具，特別是在惡劣天氣條件下，對替代人工巡壩起到極大作用，因此，對于整個自動化監測系統來講，視頻監視系統是一個很好的補充手段。具有自主知識產權的專家軟件系統專家軟件系統是整個系統的靈魂，我們進行自動化監測、實時采集各種數據，不僅是拿來給用戶直觀查看和組織成各種生產報表，更是要發揮計算機的巨大數據處理能力，結合各種專家軟件模型，綜合處理各種數據并給用戶以科學的分析結果，對各種影響尾礦安全的危險源給以趨勢分析和及時預警，從而指導生產，保證庫區安全。

三、系統先進性由于尾礦庫區數字化管理系統涉及到計算機技術、網絡通信、傳感器、水工技術、高精度測量、圖像分析、專家系統所需的專業數學模型、衛星定位系統等綜合技術，因此除了自主創新外，還需要眾多先進技術的高度集成，并需要對尾礦庫區的管理具有相當的專業知識，正因如此，市場上還沒有類似的系統、產品、技術投入到尾礦庫區的安全監測應用中，目前國內僅有我公司所開發的此類數字化尾礦庫安全監測預警系統真正投入實際應用。該系統研發在國內屬首次，是一個全新的項目，因此具有多項獨有的自主創新和自主知識產權技術，該系統研發過程中的幾個首次應用如下。將GPS衛星定位技術首次應用在尾礦庫區安全監測管理中，并且采用接收天線與接收機一體化技術，所監測位移精度可達到毫米級；尾礦庫區干灘監測技術設備，屬獨創技術并首次投入尾礦庫區監測應用，實現尾礦生產管理和安全監控的數字化，并可直接指導生產；浸潤線自動化監測系統，實現自動分析與報警，首次將成熟的軟、硬件結合智能化監測技術，應用在尾礦壩體的安全監測之中；基于數字化技術的后臺智能專家系統，首次應用到礦山行業的尾礦庫區安全監測管理中，系統可以自動分析所采集到的數據，并根據結果按用戶設定要求發出各級預警信息。圖三所示為測壓管埋深實時監測數據，此數據為尾礦安全管理人中最為關心的涉及尾礦壩體安全的數據之一，傳統方式只能人工到現場測量相關數據，再以報表形式反饋給尾礦管理人員，而現在不僅可以實時地查看到各測壓管內數據，還可以直觀地看出各管內水位數據距壩面的高度，使用起來非常方便，因此深受現場管理人員好評。圖四所示為系統利用GPS衛星定位技術所采集數據，根據專家系統軟件解析計算后實現的壩體沉降狀態等值線分析結果。圖五所示為我公司所開發的尾礦安全監測預警系統在浙江漓鐵集團應用的實例，系統根據實時采集數據，按照專用數學模型，實時繪制出壩體內浸潤線的分布狀態。五、結論1.KZX系列尾礦庫安全監測預警系統運用國內外成熟的高新技術，如GPS定位、干灘