安全监测预警系统(中文)

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1、尾矿库安全监测预警系统北京矿咨信矿业技术研究有限公司 谢理 郑树刚 项目背景 1、国家高度重视近几年，由于尾矿库安全事故多发，国家对尾矿库安全生产十分 关注。 2006年国务院办公厅关于印发安全生产“十一五”规划的 通知中明确指出：“对设计库容1000万立方米以上或设计主坝高 60米以上的尾矿库，全部建立和完善安全监控系统，逐步建立尾 矿库安全监控体系”。 2006年国家安监总局的186号文件，也强调 了大力推行尾矿库安全预警技术。尾矿库安全生产符合党和国家 的科学发展观。 2、尾矿库安全现状 世界上正在使用的尾矿库和工业废料库约有20万个，其中库容较 大的有数千万立方米至数亿立方米，坝高较大

2、的在150米以上，甚 至高达320米。尾矿库区安全事故时有发生。据克拉克大学公害评 定小组的研究表明，尾矿坝体事故危害，在世界上的93种事故、 公害中，名列第18位。 根据2004年我国对26个省、市尾矿库情况的初步调查资料，我国 在这26个省市中就有尾矿库2762座，危库、险库和病库的数量相 当大。在这些尾矿库中，已进行了安全度确定的有1035座尾矿库 ，其中危库、险库、病库392座，占这些已确定安全度的尾矿库数 量的37.8%。 近一个时期，我国尾矿库曾出现过若干起较大的事故，2006年度 ，在陕西镇安，河北邢台地区、山西省娄烦等地先后出现尾矿库 溃坝的重特大事故；2007年度，河南省三门

3、峡、广西平乐、山西 繁峙、辽宁海城等地也相继发生了尾矿库溃坝的重特大事故， 2008年襄汾尾矿库溃坝等，这些尾矿事故造成了重大人员伤亡和 财产损失，在社会上造成了极其恶劣影响。 3、企业的需要国内许多矿业公司对尾矿库的安全都有一种危机意识，并积极寻 找在技术上能够得到安全生产保障的方法。在2004年度，中国冶 金矿山企业协会在北京科技大学会议中心召开了尾矿库安全生产 技术交流会议，与会的矿山企业代表纷纷要求协会定期组织交流 一些能够保障尾矿库安全的新技术。可见，矿山企业对保障尾矿 库安全生产的新技术和设备，有着强烈的需求。 4、技术进步的结果尾矿库安全监测预警系统，实现了高新技术在尾矿库安全管

4、理和 检测上的应用，使得管理者及时准确全面掌握库区的实际动态， 并进行实时安全评价、预警、预报成为可能。同时，系统可及时 准确全面反馈信息，为工程设计、管理及消除隐患提供依据。系 统运用自动化技术、水工理论技术、计算机信息管理技术、网络 通信技术等，建立了一套先进、可靠并具有通用性和可扩充性的 综合技术，提高了尾矿库的运行管理水平，为确保尾矿库坝体安 全，提供了可靠的保障。 二、安全尾矿库监测预警系统 1、系统依据设计 系统开发依据中华人民共和国第二十号令即尾矿库安全管理规 定、SL6094土石坝安全监测技术规范、SL16996土 石坝安全监测资料整编规程等的相关规定，结合我国尾矿库区 安全管

5、理的现状，并参照国内外尾矿库安全监测和管理的成果与 经验，进行了总体设计。系统建设的总体目标是：充分利用当今 计算机先进的软硬件技术、国内外先进的监测技术成果和经验， 按照软件开发、系统集成业ISO9001标准，开发出一套具有 先进性、可靠性、具有一定通用性和可扩充性的库区安全监测分 析与评价系统。实现对尾矿库区安全的自动监测，系统可对实时 数据和人工观测的数据实现自动分析和人工干预反馈，准确地描 述库区的整体性状，对尾矿库区运行状况，做出准确而高效的评 判及决策，确保尾矿库安全。为满足系统先进性、可靠性、通用性和可扩充性的要求，系统设 计采用如下准则进行： 系统按标准软件工程模式开发，系统开

6、发及成果整编依据我国 尾矿库安全管理规定、土石坝安全监测技术规范、土石 坝安全监测资料整编规程等进行。 软件平台、数据库管理系统做到硬件无关性，方便硬件系统升级 。 充分考虑系统开发策略，应用系统保留有良好的扩展接口，便于 将来采用更先进的软件开发技术来扩展系统。 提供系统错误管理机制，建立系统安全与报警日志。 充分了解尾矿工程的业务要求，实现功能的通用性与全面性的要 求。 充分考虑系统可扩展性为用户提供参数接口和数据库二次开发接 口。 2、系统开发平台 系统软件总体框架采用CS（客户端服务器端）模式，采用 Visual Basic6.0、C+开发工具，结合VBA及Mmatrix第三方组件 基

7、于SQL Server 2000数据库管理系统，面向Windows 2000/Windows XP操作系统开发。典型的客户机/服务器计算有以 下特点：服务器负责数据管理及程序处理；客户机负责界面描述 和界面显示；客户机向服务器提出处理要求；服务器响应后将处理结果返回客户机。 3、系统数据流分析通过充分的总体分析与设计确定系统由数据采集子系统、数据管 理信息子系统和三部分主体功能组成，系统的数据流图如图3-1所 示： 图一 系统数据流库区安全监测数据管理信息子系统库区安全监测分析与评价子系统曲线报表整编资料存档数据工情文档尾矿库安全监测数据采集系统数据数据数据 接口数据 接口数据监测采 集系统人

8、工输入自动采集 数据库人工采集 数据库设备考证 数据库工程概况 数据库库区安全 监测数据库综合分析 数据库 4、系统架构我们所设计的这样一套监测系统，采用了三级构架结构体系： 最低层为原始数据采集层，利用现场的智能化设备，采用传感器 技术，实时采集库区水位、降雨量、干滩、形变位移、浸润线埋 深等各种原始数据； 中间层为数据层，它以数据库技术为核心，将现场采集的各种原 始数据按照一定算法还原后存入SQL后台数据库中，供专家系统 分析、统计、预警使用； 三级结构的最顶层为用户层，它采用的是专用的专家软件系统对 数据库中的数据按照用户的不同需要，根据不同的数学模型进行 计算，并给出相应结果。 各层之

9、间的通信联系以光纤和无线通信设备相结合作为载体，组 成一个尾矿安全监测预警专用数字化网络系统。 5、系统组成 按功能划分，共由六个部份组成，下面分别介绍如下： 利用GPS卫星定位技术实现的坝体形变监测系统 GPS卫星定位技术是目前国际上在形变监测应用方面最前沿和先 进的技术之一，在长期的应用中，该种监测方式已经得到实践验 证，并日益成熟。该技术是以现代卫星大地测量理论、技术为基 础，以基于多元统计分析的数据处理和变形分析理论、技术为核 心，以现代通讯和计算机网络技术为手段，实现精密监测工程自 动化的监测系统，它是GPS定位技术、数字通讯技术、计算机网 络技术、自动控制技术、精密工程测量技术和现

10、代数据处理技术 等高新技术的集成，利用此技术开发的尾矿坝体形变监测系统优 点如下： A、可实现长期、连续、全自动、全天候实时监测。 B、能实时提供坝体监测点的三维变形量，监测精度达到毫米级。 C、可实现从数据采集、传输、处理、分析、显示、存储全自动化 。 D、观测时间同步，能客观反映某一时刻坝体各监测点的变形状况 ； E、各监测点的三维位移能同步测出。 库区水情监测系统 主要用来实时监测尾矿库区水位的变化状况，特别是在汛期降雨、生产排 放时的变化情况，通过对库区水位数据的实时监测，来指导生产，并同其 它监测数据相配合，进行综合分析，如降雨时降雨量的情况对库区水位的 影响，如库区水位的变化对浸润

11、线的影响是否显著等。 浸润线监测系统 尾矿坝体浸润线监测是涉及尾矿库区安全的一个重要指标，我们 所采用的方案，是采用在坝体内钻孔埋设测压管的形式进行监测 ，测压管内放入传感器，可实时采集管内水位数据，根据监测到 的数据，由系统软件自动绘出坝体浸润线分布状态。由于采用了 这种全天候自动采集监测系统，使浸润线能准确及时反应坝体稳 定程度，管理者可以实时掌握坝体浸润线的情况，克服了在汛期 等恶劣条件下，人工无法测量或测量不准的弊端，从而大大增加 监测系统可靠性。 干滩监测系统 干滩数据是尾矿库区是否处于安全状态另一个重要指标，目前我 们所采用的干滩监测技术设备，是由我公司研发的第三代干滩监 测产品，

12、体积小，重量轻，工作时间长，精度高，内嵌入无线传 输，便于现场的使用与维护。此系统的应用，可以让尾矿安全管 理人员实时了解到库区安全高差等是否能够满足生产的需要，这 在汛期等特殊时间段内，尤为必要。 生产视频监视系统 生产视频监视系统的应用，可以使尾矿管理人员有了一个更直观 的了解生产现场的工具，特别是在恶劣天气条件下，对替代人工 巡坝起到极大作用，因此，对于整个自动化监测系统来讲，视频 监视系统是一个很好的补充手段。 具有自主知识产权的专家软件系统 专家软件系统是整个系统的灵魂，我们进行自动化监测、实时采 集各种数据，不仅是拿来给用户直观查看和组织成各种生产报表 ，更是要发挥计算机的巨大数据

13、处理能力，结合各种专家软件模 型，综合处理各种数据并给用户以科学的分析结果，对各种影响 尾矿安全的危险源给以趋势分析和及时预警，从而指导生产，保证库区安全。 三、系统先进性 由于尾矿库区数字化管理系统涉及到计算机技术、网络通信、传 感器、水工技术、高精度测量、图像分析、专家系统所需的专业 数学模型、卫星定位系统等综合技术，因此除了自主创新外，还 需要众多先进技术的高度集成，并需要对尾矿库区的管理具有相 当的专业知识，正因如此，市场上还没有类似的系统、产品、技 术投入到尾矿库区的安全监测应用中，目前国内仅有我公司所开 发的此类数字化尾矿库安全监测预警系统真正投入实际应用。 该系统研发在国内属首次

14、，是一个全新的项目，因此具有多项独 有的自主创新和自主知识产权技术，该系统研发过程中的几个首 次应用如下。 将GPS卫星定位技术首次应用在尾矿库区安全监测管理中，并且 采用接收天线与接收机一体化技术，所监测位移精度可达到毫米 级； 尾矿库区干滩监测技术设备，属独创技术并首次投入尾矿库区监 测应用，实现尾矿生产管理和安全监控的数字化，并可直接指导 生产； 浸润线自动化监测系统，实现自动分析与报警，首次将成熟的软 、硬件结合智能化监测技术，应用在尾矿坝体的安全监测之中； 基于数字化技术的后台智能专家系统，首次应用到矿山行业的尾 矿库区安全监测管理中，系统可以自动分析所采集到的数据，并 根据结果按用

15、户设定要求发出各级预警信息。 四、案例介绍我们所开发的系统，目前已成功应用在国内多个尾矿库区，如下 图二，是在马钢集团公司一个应用实例。图三所示为测压管埋深实时监测数据，此数据为尾矿安全管理人 中最为关心的涉及尾矿坝体安全的数据之一，传统方式只能人工 到现场测量相关数据，再以报表形式反馈给尾矿管理人员，而现 在不仅可以实时地查看到各测压管内数据，还可以直观地看出各 管内水位数据距坝面的高度，使用起来非常方便，因此深受现场 管理人员好评。图四所示为系统利用GPS卫星定位技术所采集数据，根据专家系 统软件解析计算后实现的坝体沉降状态等值线分析结果。图五所示为我公司所开发的尾矿安全监测预警系统在浙江

16、漓铁集 团应用的实例，系统根据实时采集数据，按照专用数学模型，实 时绘制出坝体内浸润线的分布状态。图六所示为我们公司所开发的尾矿安全监测预警系统，综合各种 实时采集数据，利用专家软件系统内的数学模型，进行过程线分 析的结果。 五、结论 1. KZX 系列尾矿库安全监测预警系统运用国内外成熟的高新技术 ，如GPS定位、干滩检测、浸润线检测、网络通讯等技术及设备 ，实现了尾矿库安全运营信息的准确、及时、全面的自动记录和 科学处理，为尾矿库安全生管理和实施治理工程提供了可靠的决策依据。 2.该技术在安徽省马钢南山、浙江省漓铁等四座大型尾矿库上的成 功应用，有力地证明了其可行性、可靠性和先进性。 3.国内尾矿库专家及工程技术人员对该技术给以了高度评价和肯定 。它的广泛应用将给更多的矿山尾矿库安全生产提供可靠保证。