尾礦庫分層指標安全評估和預警方法與系統的製作方法

2023-04-26 23:23:41

尾礦庫分層指標安全評估和預警方法與系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種尾礦庫分層指標安全評估和預警方法與系統，方法包括以下步驟：建立三級安全指標體系，包括堆存系統、排洪系統、風險系統、管理系統四個二級指標，庫水位、降雨量等十五個三級指標；建立尾礦庫安全評估模型，利用所述安全指標體系評估尾礦庫整體的安全狀態；建立尾礦庫安全預警模型，進行報警判定；安全預警模型通過實時採集的數據和網絡傳輸過來的氣象預報信息綜合計算出汛期中未來庫水位的動態變化曲線，利用安全評估模型依據測量的實時採集數據對尾礦庫進行綜合的安全評估打分，再根據評估得分做危險趨勢分級，然後將分級信息放進庫水位—潰壩模型和預測的庫水位值綜合計算潰壩風險，依據風險進行預警判定。預警效果準確、合理、全面。
【專利說明】尾礦庫分層指標安全評估和預警方法與系統

【技術領域】
[0001] 本發明涉及安全系統工程領域，尤其是一種尾礦庫分層指標安全iff古和預警方法與系統。

【背景技術】
[0002] 作為堆存金屬或非金屬礦山工業廢渣的場所維持金屬礦山正常生產的必要設施， 尾礦庫是具有高勢能人造泥石流的重大危險源，一旦發生潰壩，將會給下遊居民的生命財 產安全和環境造成嚴重威脅。近年來隨著工業的迅速發展，國內外尾礦庫的數量劇增，伴隨 著潰壩事故的頻發，尾礦庫的安全評價及預警是一個亟待解決的問題。
[0003] 目前，關於尾礦庫安全評價的方法和體系還沒有統一的標準和規範。鑑於尾礦庫 工程的實踐經驗，尾礦庫安全評價應以研究尾礦壩及其附屬構築物的安全狀況為基礎，從 而評價尾礦庫的安全等級，減少和控制運行過程中的危險源，達到降低安全風險、預防事故 發生，保持庫區周邊穩定的目標。尾礦庫的安全評估中，影響因素很多，包括尾礦庫堆存系 統，尾礦庫排洪系統，尾礦庫回水系統，尾礦庫安全管理以及尾礦庫一旦發生潰壩所造成的 危害等，每一個子系統又包含了若干項指標來共同影響尾礦庫整體的安全性能，這是一個 典型的非線性、耦合的複雜系統。在尾礦庫的安全評估中，尾礦庫的穩定性評估最為重要， 也是目前尾礦庫監測評估的主要對象。
[0004] 尾礦庫穩定性評估中，目前採用的評價方法主要來自傳統的評價方法。採用單一 指標或少數幾個指標，根據實際檢測數據與閾值比較進行評判的傳統方法，這是對單指標 的評估，沒有考慮到每一個指標對於尾礦庫整體安全性的重要度影響，也忽視了不同的評 分專家給出的結果可信度不同等影響，因此有時根據各個指標做出的評價結果互相矛盾， 難以取捨，或者與實際情況造成嚴重不符，發生無謂的報警，有很大的局限性和片面性。
[0005] 尾礦庫內部的力學狀態非常複雜，簡單的統計分析並不能很好的評估預測所有的 情況，經常會發生錯誤的報警。傳統的尾礦庫評估法有專家評分法，但其理論性與系統性不 強，一般情況下難以保證評價結果的客觀性和準確性。模糊綜合評價法缺點是它並不能解 決評價指標間相關性強造成的信息冗餘問題，況且隸屬函數的確定還沒有系統的方法，合 成的算法也有待進一步研究。層次分析法特別適用於對象結構複雜且缺乏原始數據的情 況，但是其評價過程中人的主觀判斷過大，各因素權重的確定帶有一定的主觀性。尾礦庫穩 定性綜合評價的的難點在於許多因素的不確定性，如何將這些不確定的信息考慮在內並進 行分析，是值得研究的一個重要問題。


【發明內容】

[0006] 本發明提供一種尾礦庫分層指標安全評估和預警方法與系統。
[0007] 為實現上述目的，本發明的技術方案如下：
[0008] -種尾礦庫分層指標安全評估和預警方法，所述方法包括以下步驟：
[0009] 步驟1)建立安全指標體系，安全指標體系包括堆存系統、排洪系統、風險系統、管 理系統四個二級指標；
[0010] 步驟2)建立尾礦庫安全評估模型，利用所述安全指標體系評估尾礦庫整體的安全狀態；
[0011] 步驟3)建立尾礦庫安全預警模型，進行報警判定；安全預警模型通過實時採集的 數據和網絡傳輸過來的氣象預報信息綜合計算出汛期中未來庫水位的動態變化曲線，利用 安全評估模型依據測量的實時採集數據對尾礦庫進行綜合的安全評估打分，再根據評估得 分做危險趨勢分級，然後將分級信息放進庫水位一潰壩模型和預測的庫水位值綜合計算潰 壩風險，依據風險進行預警判定。
[0012] 較佳地，步驟1)中堆存系統的三級指標包括庫水位、浸潤線、幹灘長度、壩體形變 位移、滲流量和降雨量，排洪系統的三級指標包括排洪構築物數量、構築物質量，風險系統 的三級指標包括庫區容量、使用年限、周圍環境、尾礦庫等級，管理系統的三級指標包括管 理人員素質、管理機制運行、庫區日常檢查。
[0013] 較佳地，步驟2)中，對於排洪系統、風險系統、管理系統下的三級指標運用安全檢 查表法，根據相關安全規定、準則以及實際情況依據若干名專家打分獲得安全情況，相關專 家各自打分的可行度基於信息熵的方法確定各自的權重；對於堆存系統下的三級指標，運 用模糊綜合評價方法，將各個單因素模糊化，並給予每個單因素一定的權重，通過模糊變化 得到綜合的評判結果；二級指標根據上述方法按照彼此優先關係以及專家確定各自權重， 最後結合安全等級模糊特徵量，從而得出一級指標即尾礦庫整體的安全狀態。
[0014] 較佳地，步驟1)中壩體形變位移的計算方式為：在壩體上設置多個傳感器，根據 其分布位置不同將其分成不同的組，因其重要性不同確定不同權重，並在傳感器所分布的 具體位置設置其評估分數的所佔比重；在最低層的分組中，傳感器的融合取其均值。
[0015] 較佳地，步驟1)中浸潤線的計算方式為：將浸潤線傳感器根據東西分布分為四 組，根據所測浸潤線值的重要程度不同分配以不同的權重，每一組浸潤線監測管根據不同 的埋深連接一條埋深基準線，另外根據每一個監測管的三級閾值劃定三條閾值線分別表示 三種不同的等級預警，然後以埋深基準線為橫軸轉換坐標，當監測管測得一組數據時，這條 實測線與三條閾值線所圍成的面積佔總面積的比例即該級預警的隸屬度，再綜合每一組的 權重，便可得到最後的綜合值。
[0016] 本發明還提供一種尾礦庫分層指標安全評估和預警系統，包括尾礦庫數據處理服 務器與監測主機，尾礦庫數據處理伺服器用於對氣象信息和庫水位進行數據預處理，監測 主機包括水位預測模塊與安全評估模塊，水位預測模塊用於將處理後的數據送入降雨量一 庫水位模型進行計算，輸出顯示庫水位預測曲線；安全評估模塊用於依據測量的實時採集 數據對尾礦庫進行綜合的安全評估打分，再根據評估得分做危險趨勢分級，然後將分級信 息放進庫水位一潰壩模型和預測的庫水位值綜合計算潰壩風險，依據風險進行預警判定。
[0017] 較佳地，所述安全評估模塊利用所述安全指標體系評估尾礦庫整體的安全狀態， 安全指標體系包括包括堆存系統、排洪系統、風險系統、管理系統四個二級指標，庫水位、降 雨量等十五個三級指標。
[0018] 較佳地，所述堆存系統的三級指標包括庫水位、浸潤線、幹灘長度、壩體形變位移、 滲流量和降雨量，排洪系統的三級指標包括排洪構築物數量、構築物質量，風險系統的三級 指標包括庫區容量、使用年限、周圍環境、尾礦庫等級，管理系統的三級指標包括管理人員 素質、管理機制運行、庫區日常檢查。
[0019] 本發明的有益效果是：
[0020] 本發明針對尾礦庫複雜的系統以及難以準確整體評估預警尾礦庫整體安全狀態 的難點，儘量客觀地反映了各因素在狀態評價中的作用以及影響，能夠準確、合理、全面整 體地評估預警影響尾礦庫安全各方面因素的預警狀態以及尾礦庫整體的安全狀態；
[0021] 多源信息融合避免了通過單一監測點的狀態評判整個壩體安全性的不確定性，使 得尾礦庫安全的評估結果更綜合、更可信。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022] 圖1尾礦庫安全分層指標體系圖。
[0023] 圖2尾礦庫安全評估模型。
[0024] 圖3安全評估算法模型圖。
[0025] 圖4安全等級模糊特徵量法流程圖。
[0026] 圖5安全預警算法模型圖。

【具體實施方式】
[0027] 下面結合附圖及實例，對本發明做進一步說明。
[0028] 尾礦庫的安全影響因素眾多，屬於非線性複雜系統，由於研究對象的非線性、時變 性以及隨機幹擾等因素，針對該不確定系統，擬利用模糊邏輯系統建立被控對象的模糊近 似模型，在此基礎上設計合適的控制律確定混沌狀態的穩定性，從而進行相應的安全評估。
[0029] 如圖1所示，經研究將尾礦庫評估預測確定為三級系統，一級指標為尾礦庫安全 性本身，分成4個等級：安全、較安全、較危險、危險，影響其安全的二級指標、三級指標，對 應於每一時刻的實測數據，必定以一定的隸屬度屬於評語集中的一類，通過確定指標權重， 並對上述的權重進行優化，得到影響尾礦庫安全性的指標體系權重表。最後，利用安全等級 模糊特徵量法確定尾礦庫的安全等級。
[0030] 1、尾礦庫安全指標體系的建立
[0031] 通過對多源信息處理的深入研究，以實時監控參數與安全特徵之間的關聯技術， 建立安全指標體系。
[0032] 尾礦庫安全監測系統實時採集的數據包括庫水位、壩體形變位移、幹灘長度、降雨 量、滲流量和浸潤線，這些數據的採集均通過實時監測資料庫訪問獲取。如圖1所示，通 過尾礦庫潰壩風險指標體系的相關性分析，形成具有相互獨立性的風險指標體系，我們將 尾礦庫安全性作為模型的最終目標層；將堆存系統、排洪系統、風險系統、管理系統作為模 型的準則層；將庫水位、浸潤線、幹灘長度、壩體形變位移、滲流量和降雨量；排洪構築物數 量、構築物質量；庫區容量、使用年限、周圍環境、尾礦庫等級；管理人員素質、管理機制運 行、庫區日常檢查等15個因素指標作為模型的決策層，這些指標已經基本覆蓋了影響尾礦 庫安全的所有內因和外因。
[0033] 2、尾礦庫安全評估模型的建立
[0034] 如圖2、圖3所示，尾礦庫安全評估模型採用分層檢測綜合評分的原則，綜合運用 安全表法、專家系統、信息熵等綜合對尾礦庫的日常監控參數以及壩區的安全管理和維護 等方面做出整體的評估。
[0035] (1)三級指標評估
[0036] 對於不可實時監測指標，即排洪系統、風險系統、管理系統下的三級指標運用安全 檢查表法，根據相關安全規定、準則以及實際情況依據若干名專家打分獲得安全情況。相關 專家各自打分的可行度基於信息熵的方法確定各自的權重。如表1所示：
[0037] 表1尾礦庫各指標安全檢查表專家：
[0038]

【權利要求】
1. 一種尾礦庫分層指標安全評估和預警方法，其特徵在於，所述方法包括以下步驟： 步驟1)建立三級安全指標體系，包括堆存系統、排洪系統、風險系統、管理系統四個二 級指標，十五個三級指標； 步驟2)建立尾礦庫安全評估模型，利用所述安全指標體系評估尾礦庫整體的安全狀 態； 步驟3)建立尾礦庫安全預警模型，進行報警判定；安全預警模型通過實時採集的數據 和網絡傳輸過來的氣象預報信息綜合計算出汛期中未來庫水位的動態變化曲線，利用安全 評估模型依據測量的實時採集數據對尾礦庫進行綜合的安全評估打分，再根據評估得分做 危險趨勢分級，然後將分級信息放進庫水位一潰壩模型和預測的庫水位值綜合計算潰壩風 險，依據風險進行預警判定。
2. 根據權利要求1所述的尾礦庫分層指標安全評估和預警方法，其特徵在於，步驟1) 中堆存系統的三級指標包括庫水位、浸潤線、幹灘長度、壩體形變位移、滲流量和降雨量，排 洪系統的三級指標包括排洪構築物數量、構築物質量，風險系統的三級指標包括庫區容量、 使用年限、周圍環境、尾礦庫等級，管理系統的三級指標包括管理人員素質、管理機制運行、 庫區日常檢查。
3. 根據權利要求2所述的尾礦庫分層指標安全評估和預警方法，其特徵在於，步驟2) 中，對於排洪系統、風險系統、管理系統下的三級指標運用安全檢查表法，根據相關安全規 定、準則以及實際情況依據若干名專家打分獲得安全情況，相關專家各自打分的可行度基 於信息熵的方法確定各自的權重；對於堆存系統下的三級指標，運用模糊綜合評價方法，將 各個單因素模糊化，並給予每個單因素一定的權重，通過模糊變化得到綜合的評判結果；二 級指標根據上述方法按照彼此優先關係以及專家確定各自權重，最後結合安全等級模糊特 徵量，從而得出一級指標即尾礦庫整體的安全狀態。
4. 根據權利要求2所述的尾礦庫分層指標安全評估和預警方法，其特徵在於，步驟1) 中壩體形變位移的計算方式為：在壩體上設置多個傳感器，根據其分布位置不同將其分成 不同的組，因其重要性不同確定不同權重，並在傳感器所分布的具體位置設置其評估分數 的所佔比重；在最低層的分組中，傳感器的融合取其均值。
5. 根據權利要求2所述的尾礦庫分層指標安全評估和預警方法，其特徵在於，步驟1) 中浸潤線的計算方式為：將浸潤線傳感器根據東西分布分為四組，根據所測浸潤線值的重 要程度不同分配以不同的權重，每一組浸潤線監測管根據不同的埋深連接一條埋深基準 線，另外根據每一個監測管的三級閾值劃定三條閾值線分別表示三種不同的等級預警，然 後以埋深基準線為橫軸轉換坐標，當監測管測得一組數據時，這條實測線與三條閾值線所 圍成的面積佔總面積的比例即該級預警的隸屬度，再綜合每一組的權重，便可得到最後的 綜合值。
6. -種尾礦庫分層指標安全評估和預警系統，其特徵在於，包括尾礦庫數據處理服務 器與監測主機，尾礦庫數據處理伺服器用於對氣象信息和庫水位進行數據預處理，監測主 機包括水位預測模塊與安全評估模塊，水位預測模塊用於將處理後的數據送入降雨量一庫 水位模型進行計算，輸出顯示庫水位預測曲線；安全評估模塊用於依據測量的實時採集數 據對尾礦庫進行綜合的安全評估打分，再根據評估得分做危險趨勢分級，然後將分級信息 放進庫水位一潰壩模型和預測的庫水位值綜合計算潰壩風險，依據風險進行預警判定。
7. 根據權利要求6所述的尾礦庫分層指標安全評估和預警系統，其特徵在於，所述安 全評估模塊利用三級安全指標體系評估尾礦庫整體的安全狀態，安全指標體系包括堆存系 統、排洪系統、風險系統、管理系統四個二級指標，十五個三級指標。
8. 根據權利要求7所述的尾礦庫分層指標安全評估和預警系統，其特徵在於，所述堆 存系統的三級指標包括庫水位、浸潤線、幹灘長度、壩體形變位移、滲流量和降雨量，排洪系 統的三級指標包括排洪構築物數量、構築物質量，風險系統的三級指標包括庫區容量、使用 年限、周圍環境、尾礦庫等級，管理系統的三級指標包括管理人員素質、管理機制運行、庫區 日常檢查。
【文檔編號】G06Q10/06GK104281920SQ201410513907
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年9月29日 優先權日:2014年9月29日
【發明者】陳曉方, 陽春華, 桂衛華, 劉正, 黃江波, 秦晨 申請人:中南大學