2 N(v((b(( 2((( ((( 年第 36卷第 ((期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 工业安全与环保 (((((((((( S((((( ((( E(v(((((((((( P((((((((( ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ∃ (3 ∃ 自自化安全自自系自在尾自自中的自用 胡军 ( 辽宁科技大学资源与土木工程学院ꢀ 辽宁鞍山 ((((((( ꢀ ꢀ 摘 ꢀ 要 ꢀ 论述了影响尾矿坝安全的因素( 确定了尾矿坝安全监测 系统的监测内 容。 着重阐述了系统 选型、硬件 选择和 软件开发的原则( 开发了基于 ((((((((( (((((((( 的尾矿坝自动化安全监测系统( 通过工程实例证明了该系统的实际应用效果( 为研制开发尾矿坝自动化安全监测系统提供了很好的借鉴和参考。 ꢀ ꢀ 关自自 ꢀ 尾矿坝 ꢀ 安全监测 ꢀ 在线监测 AAAAAAAAAAA AA AAAAAAAAA AAAAAA AAAAAAAAAA AAAAAA AA AAA AAAAAAAA AAA ( ((( (((((( ( ((((((((( ((( ((((( (((((((((((( (((((((((( ( ((((((( ((( (((((((((( (((((((( ꢀ ((((((( (((((((( ((((((( AAAAAAAA ꢀ (((( ((((( ((((((((( ((( ((((((( ((((((((( ((( ((( (( (( (((((((( ((( ((( (((((((((( ((( ((((((( (( ((( ((( (( (((((((((( ((((((. E(ꢀ ((((((( ((( (((((((((( (( ((( (((((( (((((((((( ((((w((( ((((((((( ((( ((((w((( ((v(((((((( (( ((((((b((; (( ((((((((( (((((( (((((((((( (((ꢀ (( b(((( (( (((((((( ((( (((((((( ((( (((((((( ((( (( (((((((((((( (( (((((((( ((( ((v((((((. 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A ꢀ 影响尾矿坝安全的因素 影响尾矿坝安全的因素主要包括: ꢁ 尾矿坝浸润线; 地下水孔隙压力; ! 库内水位; ∀干滩长度; #坝体表面及内 部的位移。 当前( 我国尾矿库安全运行的主要技术参数( 如坝体表 层及内部形变位移、库区水位、浸润线等( 均由人工定期用传 统仪器到现场进行测量( 安全监测工作量大( 受天气、人工、 现场条件等许多因素的影响( 存在一定的系统误差和人工误 差。同时( 人工监测还存在不能及时监测尾矿库的各项技术 参数( 难以及时掌握尾矿库各项安全技术指标等缺点( 这些 都将影响尾矿库的安全生产和安全管理水平。 A. A. Aꢀ 库水位监测 采用水位计监测库区的水位( 在库内埋设水位计( 通过 聚氨酯电缆与 MC( 数据采集仪相连( 可实时监测库区水位。 A. A. Aꢀ 坝体水平位移的监测 固定测斜仪串安装在测斜管内( 地层和结构物移动引起 测斜管位移( 迫使测斜管从初始位置变形到新位置。测斜传 感器通过测量自身的斜度( 倾角( 变化可以得出位移。从测 斜管底部最深埋置点起算的各段位移量之和可反映出待测 土体的水平变形量。 具有信息化、实时化、网络化特点的尾矿库自动化监测 系统的出现( 完全可以实时在线监测影响尾矿坝安全的因 素( 可以及时直观地掌握坝体的实际动态( 进行安全评价( 预 警预报( 为加固工程设计、管理及消除隐患提供依据( 为尾矿 坝的管理决策提供有力支持( 有效防范和遏制重大事故发 生( 实现安全生产。 A. A. Aꢀ 坝体竖向位移的监测 通过振弦式多点变位计检测坝体的竖向位移( 采用一组 振弦式位移传感器作为量测头( 侧头通过玻璃纤维杆与锚头 相连( 锚头按设计要求锚固于钻孔内不同深度并随其周围土 体移动( 与锚头连接的测杆随之等量移动( 安装于测杆另一 尾矿库在线监测技术是利用现代电子、信息、通信及计 ∃ (( ∃ 端( 钻孔口( 的振弦式位移传感器即产生等量相对位移。 A. A. A ꢀ 干滩长度的监测 点( 又满足操作人员的习惯。 A. A ꢀ 监测系统的结构 根据库区水位及干滩的坡降换算可得干滩的长度。 A. A. 6 ꢀ 视频监测 基于 (((((((( 广域网、矿业公司的 (((((((( 局域网和尾矿 库现场的监测仪器分布网( 系统的基本结构被设计为 (((((((( [ (] 视频监视系统可以使管理人员更直观地随时了解尾矿 坝及干滩现场( 可代替人工巡坝( 对于整个监测系统来讲( 视 频监测系统是一个很好的补充手段。 ( (((((((( 的 C/ S( 客户端/ 服务器( 结构 。尾矿库的现场采 用分步式进行数据采集( 把数据采集工作分散到靠近较多传 感器的采集站来完成( 然后将所测数据传到主机。这种系统 要求每个观测现场的测控单元应是多功能智能型仪器( 能对 各种类型的传感器进行控制测量。在这种系统中( 采集站一 般布置在较集中的测点附近( 不仅起开关切换作用( 而且将 传感器输出的模拟信号转换成抗干扰性能好、便于传送的数 字信号。数据采集仪将监测的数据存入坝上服务器( 所有客 户端均链接在矿业公司的 (((((((( 上( 可以直接访问坝上的 服务器数据( 而非局域网用户则可通过 (((((((( 访问 (((((((( A. A. 7 ꢀ 坝体表面位移监测 使用 GPS 卫星定位系统监测坝体的位移( 在尾矿库坝体 建立实时监测网络( 实时对坝体的工作环境、坝肩、坝基岩体 结构状态等各类外部荷载因素作用下的响应进行实时监测( 及时掌握坝体岩体的结构状态( 应用现代化测试技术、计算 机技术、现代网络通讯技术对观测数据进行基线解算( 通过 与原始基线的对比( 得到坝体位移检测的准确数据。利用 GPS 接收机进行全天 2( ( 连续跟踪测量。通过 GPS 全球跟 踪站将高精度的 ((RF 坐标传递给库区的基准点及工程表面 变形测点( 从而进行尾矿库的位移监测。 [ (] (((v(( 获得数据 。 A. A ꢀ 监测系统软件设计 尾矿坝自动化安全监测及预警系统的软件由尾矿库的 服务器软件、矿业公司 (((((((( 软件、客户端软件三部分组 尾矿库变形监测 GPS 系统由三部分组成: 监测基站单 元( 监测点单元( 数据处理分析及管理单元。这三部分形成 一个有机整体( 监测基站单元和监测点单元跟踪GPS 卫星并 实时采集数据( 数据通过实施处理方式传输至控制中心电 脑( 控制中心相关软件对数据处理并分析( 监测尾矿坝的形 变。 [ 6] 成 ( 均是基于V((((( C+ + 6. ( 集成开发环境( 秉承了 C 语 言所开发软件的快速、高效且短小的特点。 (( 坝上服务器。服务器软件主要完成数据采集仪控 制、数据库管理和网络通讯三项功能。 2( 客户端。客户端软件是对监测数据进行存储、分析、 ( ( 可视化显示部分( 也是整个监测系统的核心。它包含五大功 能模块: 在线监测模块( 数据管理模块( 坝体安全评价模块( A ꢀ 自自系自的自自 A. A ꢀ 监测系统的设计原则 [ 7] [ 2] 安全预警模块和系统管理模块 。 ( (( 精确性、可靠性、稳定性和耐久性 。尾矿库自动化 各模块之间既有各自的工作任务又相互联系( 其总体结 构如图 ( 所示( 其中安全评价模块和安全预警分析模块是重 点。安全评价模块根据监测的浸润线高度、坝体的水平和竖 向位移等数据对坝体的安全作出评价( 给出坝体的安全系 数。预警分析模块则建立预报专家模型( 运用数理统计理 论、灰色理论、神经网络方法和模糊控制理论等( 建立预报专 监测系统是在高潮湿、大温差、电磁环境恶劣且易受雷击危 害的环境下工作( 稳定性和可靠性是确保监测系统正常运行 且发挥作用的前提( 选择具有足够精确性、可靠性、长期稳定 性和耐久性的监测设备是至关重要的。监测系统的硬件应 有较高的质量( 性能稳定( 抗干扰能力强( 适应性强( 精度符 合要求( 还必须保证从数据采集仪到坝上服务器的通讯是实 时畅通的( 并且要保证客户端到坝上服务器的网络通畅。尾 矿库监测系统是一个系统工程( 所以系统施工完成后要反复 调试和长期观测以验证系统稳定性。 [ 8] 家模型系统和模糊推理机 。 [ 3] 2( 先进性和实用性 。在确保精确性、可靠性、稳定性 ( 和耐久性的前提下( 整个系统要体现先进性和实用性。充分 利用计算机领域和自动控制领域的先进成果( 适应计算机发 展迅速的特点。在确保监测仪器与数据采集仪和监测系统 兼容的前提下( 选择的硬件设备要满足如下要求: ꢁ 结构坚 固、耐久、又相对简单的仪器; 安装调试简单( 受施工干扰 小( 对测点真实值影响小( 无滞后时间; ! 仪器线性好( 无需 重复率定( 出现故障易于查找原因、易于修复更换。当然还 要考虑设备的价格和厂家的售后服务。 自 Aꢀ 客自端自件自构示意 Aꢀ 开自自用自例 A. A ꢀ 工程概况 弓长岭选矿厂参将峪尾矿库建于 (9(8 年( (963 年建成 投入使用( 初期坝为不透水均质土坝( 坝顶标高 76. ( (( 最大 坝高 (7. ( (( 建筑材料为黏性土( 局部地段含少量碎石。后 峪初期坝为透水风化料堆石坝( 后峪坝 (972 年建设( 初期坝 坝顶标高 8(. ( (( 最大坝高 2(. ( (。筑坝材料为石英及砂岩 组成的块石碎石。当尾矿库使用到 ((( ( 标高时( 两坝合二 为一。采用上游式池填法筑坝( 外坡比 (%(。这样的高坝按 ( 3( 友好的人机交互界面。尾矿坝监测系统施工完成后 要交付给选矿厂来管理使用( 软件的实现必须贴近工程应用 对象( 软件界面的设计要简洁、方便、实用( 最大限度地有利 于用户学习、操作。用户和软件交流中多使用快捷菜单、工 具条、状态栏等( 使操作既方便又安全( 既发挥多窗口的特 ∃ (( ∃ 照国家规范及国家安全生产监督管理局的要求必须安装尾 矿坝自动化安全监测及预警系统。 A. A ꢀ 监测系统的总体结构 弓长岭尾矿坝自动化安全监测系统( 总体上可以分为以 下功能模块: ꢁ 数据采集。采用美国基康公司的渗压计测量 尾矿坝上各级测点的水位压力( 然后在服务器端通过串口同 数据采集仪进行通讯( 从数据采集仪上读取各个传感器上的 数据。 数据通讯。利用 VC+ + 开发了服务器端程序和客 户端程序( 利用 MFC 的 CS((k(( 类来实现网络的通讯( 通过 定义各种命令功能结构体来实现服务器和客户端的信息交 互。! 网络视频监控。在尾矿坝上 (6 个关键部位安装了摄 像头( 利用海康的硬盘刻录机实现了 (6 路视频的实时在线 浏览。视频监视系统可以使管理人员更直观地随时了解尾 矿坝及干滩现场。 图 A ꢀ 尾自自浸自自自自 面图、模拟数据图、在线视频等多种方式全方位体现出土石 坝的实际运行情况( 保证了监测信息的全面、及时、准确。系 统的安全评价模块根据监测的土石坝各项指标集中分析、解 读( 作出单项或多项预警( 确保坝体的安全运行。 A ꢀ 自自 基于 ((((((((( (((((((( 的尾矿坝自动化安全监测系统( 应用到鞍钢集团矿山公司弓长岭选矿厂的实际工程中收到 了很好的效果( 为尾矿坝自动化安全监测和预警系统的研究 和开发积累了宝贵经验( 为其他用户开发类似系统提供了借 鉴和参考。 A. A ꢀ 可视化的界面 弓长岭尾矿坝的自动化安全监测系统实现了界面的可 视化( 用户可在实时监测的过程中查看监测信息( 且主要操 作均在图形化的操作中完成。软件采用了大家都十分熟悉 的M((((S((( V((((( S((((( 集成环境( (DE( 的界面风格( 多使用 快捷菜单、工具条、状态栏等在软件和用户之间交流( 如图 参考文献 [ (] 郦能惠. 土石坝安全监测分 析评价预 报系统 [M] . 北京: 中国 水 利水电出版社( 2((3: (( (. [ 2] 刘大安( 杨志法. 地质工程自动监测软件系统 开发与应用[ (] . 工 程地质学报( 2(((( 8( 2( : 2((( 2((. 2 、图 3 所示。图 2 中为平面图按钮所对应的视图( 它显示的 [ [ [ [ [ [ 3] 赵如庆. 大坝安全监测系统上微机软件 平台[ (]. 安 徽水利水 电 职业技术学院学报( 2(((( 2( (( : ((( (9. 是各个测点在库区以及大坝埋设的平面位置。图 3 是尾矿 坝浸润线监测图( 它显示的是测点处的水位。 (] 岳建平. 大坝安全监 测专家系 统研究[ (] . 测 绘通报( 2(((( 6( : 7 ( 9. (] 贡建兵. 隔河岩坝 GPS 自动化监 测系统总控软件 设计[ (] . 大 坝 观测与土工测试( (999( 23( 2( :3(( 3(. 6] 廖双龙( 王凌峰. 基于 (((((((( 的 分布式实 时在线监 测软件的 设 计与实现[ (] . 自动化仪表( 2(((( 22( 6( : 8( ((. 7] 刘德志( 李俊杰. 基于 ((((((((( (((((((( 的贮灰 坝安全 监测系 统 [ (] . 长沙电力学院学报( 2(((( 2( ( 3( : 27( 32. 8] 刘德志( 李俊杰. 土石 坝安全监 测软件系 设计与实 现[ (] . 大 连 理工大学学报( 2((6( (6( 3(: ((7( ((2. 自 Aꢀ 尾自自安全自自系自的主界面 尾矿坝的监测是降低风险、减少事故的重要手段( 同时 也是确保生产运营安全( 实现信息化施工的前提。以坝体平 ( 收稿日期: 2((9( ((( (9( ( 上接第 (( 页( [ ((]G V((k(((( K A(((k. A( (v(((((((( (( (((( b(x (((((( ((( ((((((((ꢀ [ (6] 杨成坤. LNG 船 舶瞬 时泄 漏扩散 研究 [ D] . 大连: 大连 海事 大 学( 2((6. ( ( (((( ((((( ((( (((((((([ (] . ((((((( (( ((z(((((( M((((((((( (99(( 2( (( 2( : 237( 2((. [ (7] 谷清( 李云生. 大气环境模式计算方法[M] . 北京: 气象出版 社( 2((2. [ ((]( W M W((((x. ((( (EGADAS ((((( ((( (((((( ((v(( (((v( ((( (((ꢀ ( 2 ((((((( (( : S(((((( ((((( ((((([ (] . A(((((((((( E(v((((((((( (99(( 8( (8( : 29(7( 2932. [ (8] CPR(8E( (999( . G((((((((( ((( q(((((((((v( (((k (((((((((((& P((((( b((k∋( . D(( ((((: C(((((((( ((( ((( P((v(((((( (( D((((((((. [ (9] 欧阳文昭( 廖可兵. 安全人 机工程学 [M] . 北京: 煤炭 工业出 版 社( 2((2. [ [ [ [ (2] 陈新华( 武江涛( 佟 连捷( 等. 液体火 箭爆炸 后有毒 气体扩 散研 究[ (] . 推进技术((999( 2(( (( : 6( ((. (3] 张瑞华( 陈国华( 张 文海( 等. 油库储 罐泄漏 危险程 度定量 模拟 评价应用研究[ (] . 油气储运( 2(((( 23( ((( : (( 7. ((] 杜建科. 毒气泄漏过程及其危险区域分析[ (] . 中国安全科学学 报(2((2( (2( 6( :((( (9. [ 2(] Z R P((((( A B P((((. ((((( ((((( ((( (((( (( (((((((((( (( ((z(((((( (((((((( (v(((( (( (((((( ((( (((((( (((((([ (] . ((((((( (( ((z(((((( M((((((((( 2((7( ((2( 3( : 7(7( 7(3. 作者自介 ꢀ 孙东亮( 男( (982 年生( 博士 生( 主要从 事化工 区域风 险 评价技术的研究。 ((] 周波( 张国枢. 有害物质泄漏扩散的 数值模拟 [ (] . 工业 安全与 环保( 2((((3(( ((( : (2( ((. ( 收稿日期: 2((9( ((( (8(