1、尾礦庫安全監(jiān)測預警系統(tǒng),北京礦咨信礦業(yè)技術研究有限公司 謝理 鄭樹剛,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(fā)，國家對尾礦庫安全生產(chǎn)十分關注。 2006年國務院辦公廳關于印發(fā)安全生產(chǎn)“十一五”規(guī)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(jiān)控系統(tǒng)，逐步建立尾礦庫安全監(jiān)控體系”。 2006年國家安監(jiān)總局的186號文件，也強調(diào)了大力推行尾礦庫安全預警技術。尾礦庫安全生產(chǎn)符合黨和國家的科學發(fā)展觀。,2、尾礦庫安全現(xiàn)狀 世界上正在使用的尾礦庫和工業(yè)廢料庫約有20萬個，其中庫容較大的有數(shù)千萬立方米至數(shù)億立方米，壩高較大的在150

2、米以上，甚至高達320米。尾礦庫區(qū)安全事故時有發(fā)生。據(jù)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(jù)2004年我國對26個省、市尾礦庫情況的初步調(diào)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(shù)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(shù)量的37.8%。 近一個時期，我國尾礦庫曾出現(xiàn)過若干起較大的事故，2006年度，在陜西鎮(zhèn)安，河北邢臺地區(qū)、山西省婁煩等地先后出現(xiàn)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

3、海城等地也相繼發(fā)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(chǎn)損失，在社會上造成了極其惡劣影響。,3、企業(yè)的需要 國內(nèi)許多礦業(yè)公司對尾礦庫的安全都有一種危機意識，并積極尋找在技術上能夠得到安全生產(chǎn)保障的方法。在2004年度，中國冶金礦山企業(yè)協(xié)會在北京科技大學會議中心召開了尾礦庫安全生產(chǎn)技術交流會議，與會的礦山企業(yè)代表紛紛要求協(xié)會定期組織交流一些能夠保障尾礦庫安全的新技術。可見，礦山企業(yè)對保障尾礦庫安全生產(chǎn)的新技術和設備，有著強烈的需求。,4、技術進步的結(jié)果 尾礦庫安全監(jiān)測預警系統(tǒng)，實現(xiàn)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

4、掌握庫區(qū)的實際動態(tài)，并進行實時安全評價、預警、預報成為可能。同時，系統(tǒng)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(jù)。系統(tǒng)運用自動化技術、水工理論技術、計算機信息管理技術、網(wǎng)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(jiān)測預警系統(tǒng) 1、系統(tǒng)依據(jù)設計 系統(tǒng)開發(fā)依據(jù)中華人民共和國第二十號令即尾礦庫安全管理規(guī)定、SL6094土石壩安全監(jiān)測技術規(guī)范、SL16996土石壩安全監(jiān)測資料整編規(guī)程等的相關規(guī)定，結(jié)合我國尾礦庫區(qū)安全管理的現(xiàn)狀，并參照國內(nèi)外尾礦庫安全監(jiān)測和管理的成果與經(jīng)驗，進行

5、了總體設計。系統(tǒng)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(nèi)外先進的監(jiān)測技術成果和經(jīng)驗，按照軟件開發(fā)、系統(tǒng)集成業(yè)ISO9001標準，開發(fā)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(qū)安全監(jiān)測分析與評價系統(tǒng)。實現(xiàn)對尾礦庫區(qū)安全的自動監(jiān)測，系統(tǒng)可對實時數(shù)據(jù)和人工觀測的數(shù)據(jù)實現(xiàn)自動分析和人工干預反饋，準確地描述庫區(qū)的整體性狀，對尾礦庫區(qū)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(tǒng)先進性、可靠性、通用性和可擴充性的要求，系統(tǒng)設計采用如下準則進行： 系統(tǒng)按標準軟件工程模式開發(fā)，系統(tǒng)開發(fā)及成果整編依據(jù)我國尾礦庫安全管理規(guī)定、土石壩安全監(jiān)測技術規(guī)范、土石壩安全監(jiān)

6、測資料整編規(guī)程等進行。 軟件平臺、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)做到硬件無關性，方便硬件系統(tǒng)升級。 充分考慮系統(tǒng)開發(fā)策略，應用系統(tǒng)保留有良好的擴展接口，便于將來采用更先進的軟件開發(fā)技術來擴展系統(tǒng)。 提供系統(tǒng)錯誤管理機制，建立系統(tǒng)安全與報警日志。 充分了解尾礦工程的業(yè)務要求，實現(xiàn)功能的通用性與全面性的要求。 充分考慮系統(tǒng)可擴展性為用戶提供參數(shù)接口和數(shù)據(jù)庫二次開發(fā)接口。,2、系統(tǒng)開發(fā)平臺 系統(tǒng)軟件總體框架采用CS（客戶端服務器端）模式，采用Visual Basic6.0、C+開發(fā)工具，結(jié)合VBA及Mmatrix第三方組件基于SQL Server 2000數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，面向Windows 2000/Windows

7、 XP操作系統(tǒng)開發(fā)。典型的客戶機/服務器計算有以下特點：服務器負責數(shù)據(jù)管理及程序處理；客戶機負責界面描述和界面顯示；客戶機向服務器提出處理要求；服務器響應后將處理結(jié)果返回客戶機。,3、系統(tǒng)數(shù)據(jù)流分析 通過充分的總體分析與設計確定系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理信息子系統(tǒng)和三部分主體功能組成，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流圖如圖3-1所示： 圖一 系統(tǒng)數(shù)據(jù)流,4、系統(tǒng)架構 我們所設計的這樣一套監(jiān)測系統(tǒng)，采用了三級構架結(jié)構體系： 最低層為原始數(shù)據(jù)采集層，利用現(xiàn)場的智能化設備，采用傳感器技術，實時采集庫區(qū)水位、降雨量、干灘、形變位移、浸潤線埋深等各種原始數(shù)據(jù)； 中間層為數(shù)據(jù)層，它以數(shù)據(jù)庫技術為核心，將現(xiàn)場采集的各種原始

8、數(shù)據(jù)按照一定算法還原后存入SQL后臺數(shù)據(jù)庫中，供專家系統(tǒng)分析、統(tǒng)計、預警使用； 三級結(jié)構的最頂層為用戶層，它采用的是專用的專家軟件系統(tǒng)對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)按照用戶的不同需要，根據(jù)不同的數(shù)學模型進行計算，并給出相應結(jié)果。 各層之間的通信聯(lián)系以光纖和無線通信設備相結(jié)合作為載體，組成一個尾礦安全監(jiān)測預警專用數(shù)字化網(wǎng)絡系統(tǒng)。,5、系統(tǒng)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(wèi)星定位技術實現(xiàn)的壩體形變監(jiān)測系統(tǒng) GPS衛(wèi)星定位技術是目前國際上在形變監(jiān)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(jiān)測方式已經(jīng)得到實踐驗證，并日益成熟。該技術是以現(xiàn)代衛(wèi)星大地測量理論、技術為基礎，

9、以基于多元統(tǒng)計分析的數(shù)據(jù)處理和變形分析理論、技術為核心，以現(xiàn)代通訊和計算機網(wǎng)絡技術為手段，實現(xiàn)精密監(jiān)測工程自動化的監(jiān)測系統(tǒng)，它是GPS定位技術、數(shù)字通訊技術、計算機網(wǎng)絡技術、自動控制技術、精密工程測量技術和現(xiàn)代數(shù)據(jù)處理技術等高新技術的集成，利用此技術開發(fā)的尾礦壩體形變監(jiān)測系統(tǒng)優(yōu)點如下： A、可實現(xiàn)長期、連續(xù)、全自動、全天候?qū)崟r監(jiān)測。 B、能實時提供壩體監(jiān)測點的三維變形量，監(jiān)測精度達到毫米級。 C、可實現(xiàn)從數(shù)據(jù)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(jiān)測點的變形狀況； E、各監(jiān)測點的三維位移能同步測出。,庫區(qū)水情監(jiān)測系統(tǒng) 主要用來實時監(jiān)測尾礦庫區(qū)水

10、位的變化狀況，特別是在汛期降雨、生產(chǎn)排放時的變化情況，通過對庫區(qū)水位數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測，來指導生產(chǎn)，并同其它監(jiān)測數(shù)據(jù)相配合，進行綜合分析，如降雨時降雨量的情況對庫區(qū)水位的影響，如庫區(qū)水位的變化對浸潤線的影響是否顯著等。 浸潤線監(jiān)測系統(tǒng) 尾礦壩體浸潤線監(jiān)測是涉及尾礦庫區(qū)安全的一個重要指標，我們所采用的方案，是采用在壩體內(nèi)鉆孔埋設測壓管的形式進行監(jiān)測，測壓管內(nèi)放入傳感器，可實時采集管內(nèi)水位數(shù)據(jù)，根據(jù)監(jiān)測到的數(shù)據(jù)，由系統(tǒng)軟件自動繪出壩體浸潤線分布狀態(tài)。由于采用了這種全天候自動采集監(jiān)測系統(tǒng)，使浸潤線能準確及時反應壩體穩(wěn)定程度，管理者可以實時掌握壩體浸潤線的情況，克服了在汛期等惡劣條件下，人工無法測量或測量

11、不準的弊端，從而大大增加監(jiān)測系統(tǒng)可靠性。,干灘監(jiān)測系統(tǒng) 干灘數(shù)據(jù)是尾礦庫區(qū)是否處于安全狀態(tài)另一個重要指標，目前我們所采用的干灘監(jiān)測技術設備，是由我公司研發(fā)的第三代干灘監(jiān)測產(chǎn)品，體積小，重量輕，工作時間長，精度高，內(nèi)嵌入無線傳輸，便于現(xiàn)場的使用與維護。此系統(tǒng)的應用，可以讓尾礦安全管理人員實時了解到庫區(qū)安全高差等是否能夠滿足生產(chǎn)的需要，這在汛期等特殊時間段內(nèi)，尤為必要。 生產(chǎn)視頻監(jiān)視系統(tǒng) 生產(chǎn)視頻監(jiān)視系統(tǒng)的應用，可以使尾礦管理人員有了一個更直觀的了解生產(chǎn)現(xiàn)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(jiān)測系統(tǒng)來講，視頻監(jiān)視系統(tǒng)是一個很好的補充手段。,具有自主知識

12、產(chǎn)權的專家軟件系統(tǒng) 專家軟件系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的靈魂，我們進行自動化監(jiān)測、實時采集各種數(shù)據(jù)，不僅是拿來給用戶直觀查看和組織成各種生產(chǎn)報表，更是要發(fā)揮計算機的巨大數(shù)據(jù)處理能力，結(jié)合各種專家軟件模型，綜合處理各種數(shù)據(jù)并給用戶以科學的分析結(jié)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(chǎn)，保證庫區(qū)安全。,三、系統(tǒng)先進性 由于尾礦庫區(qū)數(shù)字化管理系統(tǒng)涉及到計算機技術、網(wǎng)絡通信、傳感器、水工技術、高精度測量、圖像分析、專家系統(tǒng)所需的專業(yè)數(shù)學模型、衛(wèi)星定位系統(tǒng)等綜合技術，因此除了自主創(chuàng)新外，還需要眾多先進技術的高度集成，并需要對尾礦庫區(qū)的管理具有相當?shù)膶I(yè)知識，正因如此，市場上還沒有類似的系統(tǒng)

13、、產(chǎn)品、技術投入到尾礦庫區(qū)的安全監(jiān)測應用中，目前國內(nèi)僅有我公司所開發(fā)的此類數(shù)字化尾礦庫安全監(jiān)測預警系統(tǒng)真正投入實際應用。 該系統(tǒng)研發(fā)在國內(nèi)屬首次，是一個全新的項目，因此具有多項獨有的自主創(chuàng)新和自主知識產(chǎn)權技術，該系統(tǒng)研發(fā)過程中的幾個首次應用如下。 將GPS衛(wèi)星定位技術首次應用在尾礦庫區(qū)安全監(jiān)測管理中，并且采用接收天線與接收機一體化技術，所監(jiān)測位移精度可達到毫米級； 尾礦庫區(qū)干灘監(jiān)測技術設備，屬獨創(chuàng)技術并首次投入尾礦庫區(qū)監(jiān)測應用，實現(xiàn)尾礦生產(chǎn)管理和安全監(jiān)控的數(shù)字化，并可直接指導生產(chǎn)； 浸潤線自動化監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)自動分析與報警，首次將成熟的軟、硬件結(jié)合智能化監(jiān)測技術，應用在尾礦壩體的安全監(jiān)測之中；

14、 基于數(shù)字化技術的后臺智能專家系統(tǒng)，首次應用到礦山行業(yè)的尾礦庫區(qū)安全監(jiān)測管理中，系統(tǒng)可以自動分析所采集到的數(shù)據(jù)，并根據(jù)結(jié)果按用戶設定要求發(fā)出各級預警信息。,四、案例介紹 我們所開發(fā)的系統(tǒng)，目前已成功應用在國內(nèi)多個尾礦庫區(qū)，如下圖二，是在馬鋼集團公司一個應用實例。,圖三所示為測壓管埋深實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)為尾礦安全管理人中最為關心的涉及尾礦壩體安全的數(shù)據(jù)之一，傳統(tǒng)方式只能人工到現(xiàn)場測量相關數(shù)據(jù)，再以報表形式反饋給尾礦管理人員，而現(xiàn)在不僅可以實時地查看到各測壓管內(nèi)數(shù)據(jù)，還可以直觀地看出各管內(nèi)水位數(shù)據(jù)距壩面的高度，使用起來非常方便，因此深受現(xiàn)場管理人員好評。,圖四所示為系統(tǒng)利用GPS衛(wèi)星定位技術所采集數(shù)據(jù)，根據(jù)專家系統(tǒng)軟件解析計算后實現(xiàn)的壩體沉降狀態(tài)等值線分析結(jié)果。,圖五所示為我公司所開發(fā)的尾礦安全監(jiān)測預警系統(tǒng)在浙江漓鐵集團應用的實例，系統(tǒng)根據(jù)實時采集數(shù)據(jù)，按照專用數(shù)學模型，實時繪制出壩體內(nèi)浸潤線的分布狀態(tài)。,圖六所示為我們公司所開發(fā)的尾礦安全監(jiān)測預警系統(tǒng)，綜合各種實時采集數(shù)據(jù)，利用專家軟件系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)學模型，進行過程線分析的結(jié)果。,五、結(jié)論 1. KZ