CN105783994A - 一种尾矿坝在线监测与快速预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于尾矿坝监测预警技术领域，涉及一种尾矿坝在线监测与快速预警方法，综合考虑监测系统由水位计、渗压计、倾斜计以及沉降计获得的大量监测数据，基于这些数据得到浸润线的位置，进而在和声搜索算法的帮助下快速确定尾矿坝坝坡的抗滑稳定最小安全系数，将此安全系数与尾矿库安全技术规程规定的特定阈值进行对比分析，动态掌握尾矿坝坝坡的稳定性程度，并且将该稳定性程度与监测得到的位移历时曲线进行综合集成，为尾矿坝安全提供技术支持；其工艺简单，操作方便，监测数据精确，警示效果明显，对尾矿坝的安全稳定提供了必要条件。

Description

一种尾矿坝在线监测与快速预警方法

技术领域：

本发明属于尾矿坝监测预警技术领域，涉及一种尾矿坝在线监测与快速预警方法，特别是一种尾矿坝大量监测数据的快速分析方法。

背景技术：

作为世界上的矿业大国之一，我国每年尾矿排放量约3亿吨，除少部分作为矿山充填或综合利用外，有相当部分尾矿采用构筑尾矿库的方式储存。尾矿库是指筑坝拦截谷口或围地构成的用以贮存金属或非金属矿山、矿石选别后所排出尾矿的场所。尾矿坝是贮存尾矿和水的尾矿库外围坝体构筑物，尾矿坝的稳定性直接关系到尾矿库的安全运营。尾矿坝失稳导致的尾矿库溃决具有很高的危险性，例如2008年山西襄汾“9.8”特别重大尾矿库溃坝事故，造成281人死亡，直接经济损失9619.21万元，给我国人民的生命与财产安全造成了巨大损失。有鉴于此，尾矿库在线监测与预警系统的研发、设计与运营对尾矿库的安全至关重要。而且2011年7月1日起施行的《尾矿库安全监督管理规定》第一章第八条规定，“鼓励生产经营单位应用尾矿库在线监测等先进适用技术”。

目前，尾矿库的在线监测存在着重监测、轻预警的现象，原因在于通过安装的各种传感器能够获得大量的关于水位、浸润线等参数的数据，但是对于如何应用这些数据进行分析进行预警，缺乏一种快速的设计方法，现有的监测系统仅仅是利用监测到的数据趋势进行直观的预警，缺乏有效的数据处理系统与方法。因此，迫切需要设计一种尾矿坝在线监测与快速预警系统及方法，对监测数据进行系统分析和处理。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供一种尾矿坝在线监测与快速预警方法，在监测系统获得大量数据的基础上，通过设计预警分析模块来快速得出当前尾矿库的安全性能指标，并与《尾矿库安全技术规程》(AQ2006-2005)中规定的各种工况下的安全性能指标进行比对，从而实现客观、科学预警。

为了达到上述目的，本发明实现尾矿坝在线监测与快速预警系统的具体过程为：

(1)、根据尾矿坝轴线长度，确定尾矿坝坝坡监测剖面个数，并在每个监测剖面上安装倾斜计、渗压计以及沉降计，并在澄清池中央位置安装水位计；

(2)、将水位计、渗压计、沉降计和倾斜计通过数据线缆连接到总缆上，并连接至数据采集箱，数据采集箱将采集到的水位计、渗压计、沉降计和倾斜计数据传送至监控中心服务器上以数据库形式存储；

(3)、监控中心服务器从数据库中提取水位计和渗压计数据共同形成浸润线数据；将得到的浸润线数据与所对应的的尾矿坝监测剖面的坡比、台阶数量等几何数据相结合，共同构建尾矿坝坝坡剖面的分析数据，利用简化Bishop法计算滑动面的安全系数，同时利用和声搜索算法进行快速搜索并最终确定该坝坡剖面的最小安全系数；

(4)、对其它监测剖面重复进行步骤(3)，直至每个尾矿坝坝坡监测剖面的最小安全系数均确定为止；

(5)、将每个尾矿坝坝坡监测剖面得到的最小安全系数分别与《尾矿库安全技术规程》中规定的最小安全系数进行对比，如果相应的最小安全系数高于规定的最小安全系数，则表明该剖面的抗滑稳定性满足规范要求，否则进行预警；

(6)、结合监控中心服务器数据库中的各沉降计返回的数据与观测时间，即位移历时曲线，在监控中心服务器的显示屏上查看曲线的增长速率是否平缓，有无突变等异常情况发生，即使坝坡剖面的最小安全系数均满足规程要求，如果发现位移历时曲线出现突变或者增长速率逐渐加快等异常现象，也需要进行预警。

本发明所述和声搜索算法确定最小安全系数的过程为：先选定尾矿坝破可能的失稳范围，即滑动面数学模拟所需的变量x₁,x₂,…,x_n，并确定每个变量的可能变化范围；再在每个变量的变化范围内随机生成M个可能的变量值，得到M组滑动面，并将其置入和声库；然后计算M个可能的滑动面的简化Bishop法安全系数，利用和声搜素策略公式产生一组新的变量值得到新滑动面并计算新滑动面的安全系数，判断新滑动面的安全系数是否小于和声库内最大的安全系数，若是，则用该新滑动面替换；否则，保留和声库内滑动面，如此重复生成一系列新滑动面，经替换保留后，从最终和声库内的M个滑动面挑选安全系数最小的作为搜索结果，即得到最小安全系数。

本发明所述和声搜素策略公式为：

其中，r₁和r₂分别为介于0,1之间的随机数，H_a为和声搜索算法中在和声库内产生新解的概率，P_a指和声搜索算法中对解微调的概率。

本发明与现有技术相比，提供了一种尾矿坝在线监测与快速预警方法，该方法综合考虑了监测系统由水位计、渗压计、倾斜计以及沉降计获得的大量监测数据，基于这些数据得到浸润线的位置，进而在和声搜索算法的帮助下快速确定尾矿坝坝坡的抗滑稳定最小安全系数，将此安全系数与尾矿库安全技术规程规定的特定阈值进行对比分析，可以动态掌握尾矿坝坝坡的稳定性程度，并且将该稳定性程度与监测得到的位移历时曲线进行综合集成，为尾矿坝安全提供技术支持；其工艺简单，操作方便，监测数据精确，警示效果明显，对尾矿坝的安全稳定提供了必要条件。

附图说明：

图1为本发明的工作流程示意框图。

图2为本发明所述和声搜索算法确定最小安全系数的工作流程示意框图。

图3为本发明实施例所述夏甸金矿尾矿坝监测仪器布置图。

图4为本发明实施例所述剖面1的预警结果曲线图。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图对本发明作进一步说明。

实施例：

本实施例实现尾矿坝在线监测与快速预警系统的具体过程为：

(1)、根据尾矿坝轴线长度，确定尾矿坝坝坡监测剖面个数，并在每个监测剖面上安装倾斜计、渗压计以及沉降计，并在澄清池中央位置安装水位计；

(2)、将水位计、渗压计、沉降计和倾斜计通过数据线缆连接到总缆上，并连接至数据采集箱，数据采集箱将采集到的水位计、渗压计、沉降计和倾斜计数据传送至监控中心服务器上以数据库形式存储；

(3)、监控中心服务器从数据库中提取水位计和渗压计数据共同形成浸润线数据；将得到的浸润线数据与所对应的的尾矿坝监测剖面的坡比、台阶数量等几何数据相结合，共同构建尾矿坝坝坡剖面的分析数据，利用简化Bishop法计算滑动面的安全系数，同时利用和声搜索算法进行快速搜索并最终确定该坝坡剖面的最小安全系数；

(4)、对其它监测剖面重复进行步骤(3)，直至每个尾矿坝坝坡监测剖面的最小安全系数均确定为止；

(5)、将每个尾矿坝坝坡监测剖面得到的最小安全系数分别与《尾矿库安全技术规程》中规定的最小安全系数进行对比，如果相应的最小安全系数高于规定的最小安全系数，则表明该剖面的抗滑稳定性满足规范要求，否则进行预警；

(6)、结合监控中心服务器数据库中的各沉降计返回的数据与观测时间，即位移历时曲线，在监控中心服务器的显示屏上查看曲线的增长速率是否平缓，有无突变等异常情况发生，即使坝坡剖面的最小安全系数均满足规程要求，如果发现位移历时曲线出现突变或者增长速率逐渐加快等异常现象，也需要进行预警。

本实施例所述和声搜索算法确定最小安全系数的过程为：先选定尾矿坝破可能的失稳范围，即滑动面数学模拟所需的变量x₁,x₂,…,x_n，并确定每个变量的可能变化范围；再在每个变量的变化范围内随机生成M个可能的变量值，得到M组滑动面，并将其置入和声库；然后计算M个可能的滑动面的简化Bishop法安全系数，利用和声搜素策略公式产生一组新的变量值得到新滑动面并计算新滑动面的安全系数，判断新滑动面的安全系数是否小于和声库内最大的安全系数，若是，则用该新滑动面替换；否则，保留和声库内滑动面，如此重复生成一系列新滑动面，经替换保留后，从最终和声库内的M个滑动面挑选安全系数最小的作为搜索结果，即得到最小安全系数。

本实施例所述和声搜素策略公式为：

其中，r₁和r₂分别为介于0,1之间的随机数，H_a为和声搜索算法中在和声库内产生新解的概率，P_a指和声搜索算法中对解微调的概率。

本实施例选取某金矿，其选矿厂于2003年建成投产，选厂生产所产生的尾矿排放地点位于选矿厂北部，该尾矿库的最小安全超高为0.5米，汇水面积为0.17平方公里，调洪库容为24万立方米，设计库容近300万立方米，设计最终坝高35米，为一典型山谷型尾矿库，初期坝为透水坝，采用堆石坝筑坝方式，该尾矿库坝体采用上游式筑坝方法建造，目前坝长约300米，坝高约30米，库容约140万立方米，目前为四等库，图1为渗压计、沉降计与渗压计等传感器布置图，根据坝轴线长度，选定三个监测剖面，具体监测仪器布置图如图3所示，图中包括水位计一个，渗压计9个，沉降计3个，测斜计3个，所有传感器通过数据总线连接到采集箱，采集箱数据保存至监控中心服务器,以剖面1为例，其监测剖面几何数据如图4所示，由监控服务器读取某时刻的渗压计数据，由此获得浸润线数据，利用简化Bishop法计算得到的安全系数为1.54，《尾矿库安全技术规程》(AQ2006-2005)中规定的最小安全系数为1.15，因此，经过比对得知，该剖面的稳定性满足要求,通过所有监测剖面的计算分析，可以快速得出整个尾矿坝的稳定程度。

Claims (3)

1.一种尾矿坝在线监测与快速预警方法，其特征在于具体过程为：

(1)、根据尾矿坝轴线长度，确定尾矿坝坝坡监测剖面个数，并在每个监测剖面上安装倾斜计、渗压计以及沉降计，并在澄清池中央位置安装水位计；

(2)、将水位计、渗压计、沉降计和倾斜计通过数据线缆连接到总缆上，并连接至数据采集箱，数据采集箱将采集到的水位计、渗压计、沉降计和倾斜计数据传送至监控中心服务器上以数据库形式存储；

(3)、监控中心服务器从数据库中提取水位计和渗压计数据共同形成浸润线数据；将得到的浸润线数据与所对应的的尾矿坝监测剖面的坡比、台阶数量相结合，共同构建尾矿坝坝坡剖面的分析数据，利用简化Bishop法计算滑动面的安全系数，同时利用和声搜索算法进行快速搜索并最终确定该坝坡剖面的最小安全系数；

(4)、对其它监测剖面重复进行步骤(3)，直至每个尾矿坝坝坡监测剖面的最小安全系数均确定为止；

(5)、将每个尾矿坝坝坡监测剖面得到的最小安全系数分别与《尾矿库安全技术规程》中规定的最小安全系数进行对比，如果相应的最小安全系数高于规定的最小安全系数，则表明该剖面的抗滑稳定性满足规范要求，否则进行预警；

(6)、结合监控中心服务器数据库中的各沉降计返回的数据与观测时间，即位移历时曲线，在监控中心服务器的显示屏上查看曲线的增长速率是否平缓，有无突变等异常情况发生，即使坝坡剖面的最小安全系数均满足规程要求，如果发现位移历时曲线出现突变或者增长速率逐渐加快等异常现象，也需要进行预警。

2.根据权利要求1所述尾矿坝在线监测与快速预警方法，其特征在于所述和声搜索算法确定最小安全系数的过程为：先选定尾矿坝破可能的失稳范围，即滑动面数学模拟所需的变量x₁,x₂,…,x_n，并确定每个变量的可能变化范围；再在每个变量的变化范围内随机生成M个可能的变量值，得到M组滑动面，并将其置入和声库；然后计算M个可能的滑动面的简化Bishop法安全系数，利用和声搜素策略公式产生一组新的变量值得到新滑动面并计算新滑动面的安全系数，判断新滑动面的安全系数是否小于和声库内最大的安全系数，若是，则用该新滑动面替换；否则，保留和声库内滑动面，如此重复生成一系列新滑动面，经替换保留后，从最终和声库内的M个滑动面挑选安全系数最小的作为搜索结果，即得到最小安全系数。

3.根据权利要求2所述尾矿坝在线监测与快速预警方法，其特征在于所述和声搜素策略公式为：

其中，r₁和r₂分别为介于0,1之间的随机数，H_a为和声搜索算法中在和声库内产生新解的概率，P_a指和声搜索算法中对解微调的概率。