尾矿库分层指标安全评估和预警方法与系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种尾矿库分层指标安全评估和预警方法与系统，方法包括以下步骤：建立三级安全指标体系，包括堆存系统、排洪系统、风险系统、管理系统四个二级指标，库水位、降雨量等十五个三级指标；建立尾矿库安全评估模型，利用所述安全指标体系评估尾矿库整体的安全状态；建立尾矿库安全预警模型，进行报警判定；安全预警模型通过实时采集的数据和网络传输过来的气象预报信息综合计算出汛期中未来库水位的动态变化曲线，利用安全评估模型依据测量的实时采集数据对尾矿库进行综合的安全评估打分，再根据评估得分做危险趋势分级，然后将分级信息放进库水位—溃坝模型和预测的库水位值综合计算溃坝风险，依据风险进行预警判定。预警效果准确、合理、全面。
【专利说明】尾矿库分层指标安全评估和预警方法与系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及安全系统工程领域，尤其是一种尾矿库分层指标安全iff古和预警方法与系统。
【背景技术】
[0002] 作为堆存金属或非金属矿山工业废渣的场所维持金属矿山正常生产的必要设施， 尾矿库是具有高势能人造泥石流的重大危险源，一旦发生溃坝，将会给下游居民的生命财 产安全和环境造成严重威胁。近年来随着工业的迅速发展，国内外尾矿库的数量剧增，伴随 着溃坝事故的频发，尾矿库的安全评价及预警是一个亟待解决的问题。
[0003] 目前，关于尾矿库安全评价的方法和体系还没有统一的标准和规范。鉴于尾矿库 工程的实践经验，尾矿库安全评价应以研究尾矿坝及其附属构筑物的安全状况为基础，从 而评价尾矿库的安全等级，减少和控制运行过程中的危险源，达到降低安全风险、预防事故 发生，保持库区周边稳定的目标。尾矿库的安全评估中，影响因素很多，包括尾矿库堆存系 统，尾矿库排洪系统，尾矿库回水系统，尾矿库安全管理以及尾矿库一旦发生溃坝所造成的 危害等，每一个子系统又包含了若干项指标来共同影响尾矿库整体的安全性能，这是一个 典型的非线性、耦合的复杂系统。在尾矿库的安全评估中，尾矿库的稳定性评估最为重要， 也是目前尾矿库监测评估的主要对象。
[0004] 尾矿库稳定性评估中，目前采用的评价方法主要来自传统的评价方法。采用单一 指标或少数几个指标，根据实际检测数据与阈值比较进行评判的传统方法，这是对单指标 的评估，没有考虑到每一个指标对于尾矿库整体安全性的重要度影响，也忽视了不同的评 分专家给出的结果可信度不同等影响，因此有时根据各个指标做出的评价结果互相矛盾， 难以取舍，或者与实际情况造成严重不符，发生无谓的报警，有很大的局限性和片面性。
[0005] 尾矿库内部的力学状态非常复杂，简单的统计分析并不能很好的评估预测所有的 情况，经常会发生错误的报警。传统的尾矿库评估法有专家评分法，但其理论性与系统性不 强，一般情况下难以保证评价结果的客观性和准确性。模糊综合评价法缺点是它并不能解 决评价指标间相关性强造成的信息冗余问题，况且隶属函数的确定还没有系统的方法，合 成的算法也有待进一步研究。层次分析法特别适用于对象结构复杂且缺乏原始数据的情 况，但是其评价过程中人的主观判断过大，各因素权重的确定带有一定的主观性。尾矿库稳 定性综合评价的的难点在于许多因素的不确定性，如何将这些不确定的信息考虑在内并进 行分析，是值得研究的一个重要问题。
【发明内容】
[0006] 本发明提供一种尾矿库分层指标安全评估和预警方法与系统。
[0007] 为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
[0008] -种尾矿库分层指标安全评估和预警方法，所述方法包括以下步骤：
[0009] 步骤1)建立安全指标体系，安全指标体系包括堆存系统、排洪系统、风险系统、管 理系统四个二级指标；
[0010] 步骤2)建立尾矿库安全评估模型，利用所述安全指标体系评估尾矿库整体的安全状态；
[0011] 步骤3)建立尾矿库安全预警模型，进行报警判定；安全预警模型通过实时采集的 数据和网络传输过来的气象预报信息综合计算出汛期中未来库水位的动态变化曲线，利用 安全评估模型依据测量的实时采集数据对尾矿库进行综合的安全评估打分，再根据评估得 分做危险趋势分级，然后将分级信息放进库水位一溃坝模型和预测的库水位值综合计算溃 坝风险，依据风险进行预警判定。
[0012] 较佳地，步骤1)中堆存系统的三级指标包括库水位、浸润线、干滩长度、坝体形变 位移、渗流量和降雨量，排洪系统的三级指标包括排洪构筑物数量、构筑物质量，风险系统 的三级指标包括库区容量、使用年限、周围环境、尾矿库等级，管理系统的三级指标包括管 理人员素质、管理机制运行、库区日常检查。
[0013] 较佳地，步骤2)中，对于排洪系统、风险系统、管理系统下的三级指标运用安全检 查表法，根据相关安全规定、准则以及实际情况依据若干名专家打分获得安全情况，相关专 家各自打分的可行度基于信息熵的方法确定各自的权重；对于堆存系统下的三级指标，运 用模糊综合评价方法，将各个单因素模糊化，并给予每个单因素一定的权重，通过模糊变化 得到综合的评判结果；二级指标根据上述方法按照彼此优先关系以及专家确定各自权重， 最后结合安全等级模糊特征量，从而得出一级指标即尾矿库整体的安全状态。
[0014] 较佳地，步骤1)中坝体形变位移的计算方式为：在坝体上设置多个传感器，根据 其分布位置不同将其分成不同的组，因其重要性不同确定不同权重，并在传感器所分布的 具体位置设置其评估分数的所占比重；在最低层的分组中，传感器的融合取其均值。
[0015] 较佳地，步骤1)中浸润线的计算方式为：将浸润线传感器根据东西分布分为四 组，根据所测浸润线值的重要程度不同分配以不同的权重，每一组浸润线监测管根据不同 的埋深连接一条埋深基准线，另外根据每一个监测管的三级阈值划定三条阈值线分别表示 三种不同的等级预警，然后以埋深基准线为横轴转换坐标，当监测管测得一组数据时，这条 实测线与三条阈值线所围成的面积占总面积的比例即该级预警的隶属度，再综合每一组的 权重，便可得到最后的综合值。
[0016] 本发明还提供一种尾矿库分层指标安全评估和预警系统，包括尾矿库数据处理服 务器与监测主机，尾矿库数据处理服务器用于对气象信息和库水位进行数据预处理，监测 主机包括水位预测模块与安全评估模块，水位预测模块用于将处理后的数据送入降雨量一 库水位模型进行计算，输出显示库水位预测曲线；安全评估模块用于依据测量的实时采集 数据对尾矿库进行综合的安全评估打分，再根据评估得分做危险趋势分级，然后将分级信 息放进库水位一溃坝模型和预测的库水位值综合计算溃坝风险，依据风险进行预警判定。
[0017] 较佳地，所述安全评估模块利用所述安全指标体系评估尾矿库整体的安全状态， 安全指标体系包括包括堆存系统、排洪系统、风险系统、管理系统四个二级指标，库水位、降 雨量等十五个三级指标。
[0018] 较佳地，所述堆存系统的三级指标包括库水位、浸润线、干滩长度、坝体形变位移、 渗流量和降雨量，排洪系统的三级指标包括排洪构筑物数量、构筑物质量，风险系统的三级 指标包括库区容量、使用年限、周围环境、尾矿库等级，管理系统的三级指标包括管理人员 素质、管理机制运行、库区日常检查。
[0019] 本发明的有益效果是：
[0020] 本发明针对尾矿库复杂的系统以及难以准确整体评估预警尾矿库整体安全状态 的难点，尽量客观地反映了各因素在状态评价中的作用以及影响，能够准确、合理、全面整 体地评估预警影响尾矿库安全各方面因素的预警状态以及尾矿库整体的安全状态；
[0021] 多源信息融合避免了通过单一监测点的状态评判整个坝体安全性的不确定性，使 得尾矿库安全的评估结果更综合、更可信。
【专利附图】
【附图说明】
[0022] 图1尾矿库安全分层指标体系图。
[0023] 图2尾矿库安全评估模型。
[0024] 图3安全评估算法模型图。
[0025] 图4安全等级模糊特征量法流程图。
[0026] 图5安全预警算法模型图。
【具体实施方式】
[0027] 下面结合附图及实例，对本发明做进一步说明。
[0028] 尾矿库的安全影响因素众多，属于非线性复杂系统，由于研究对象的非线性、时变 性以及随机干扰等因素，针对该不确定系统，拟利用模糊逻辑系统建立被控对象的模糊近 似模型，在此基础上设计合适的控制律确定混沌状态的稳定性，从而进行相应的安全评估。
[0029] 如图1所示，经研究将尾矿库评估预测确定为三级系统，一级指标为尾矿库安全 性本身，分成4个等级：安全、较安全、较危险、危险，影响其安全的二级指标、三级指标，对 应于每一时刻的实测数据，必定以一定的隶属度属于评语集中的一类，通过确定指标权重， 并对上述的权重进行优化，得到影响尾矿库安全性的指标体系权重表。最后，利用安全等级 模糊特征量法确定尾矿库的安全等级。
[0030] 1、尾矿库安全指标体系的建立
[0031] 通过对多源信息处理的深入研究，以实时监控参数与安全特征之间的关联技术， 建立安全指标体系。
[0032] 尾矿库安全监测系统实时采集的数据包括库水位、坝体形变位移、干滩长度、降雨 量、渗流量和浸润线，这些数据的采集均通过实时监测数据库访问获取。如图1所示，通 过尾矿库溃坝风险指标体系的相关性分析，形成具有相互独立性的风险指标体系，我们将 尾矿库安全性作为模型的最终目标层；将堆存系统、排洪系统、风险系统、管理系统作为模 型的准则层；将库水位、浸润线、干滩长度、坝体形变位移、渗流量和降雨量；排洪构筑物数 量、构筑物质量；库区容量、使用年限、周围环境、尾矿库等级；管理人员素质、管理机制运 行、库区日常检查等15个因素指标作为模型的决策层，这些指标已经基本覆盖了影响尾矿 库安全的所有内因和外因。
[0033] 2、尾矿库安全评估模型的建立
[0034] 如图2、图3所示，尾矿库安全评估模型采用分层检测综合评分的原则，综合运用 安全表法、专家系统、信息熵等综合对尾矿库的日常监控参数以及坝区的安全管理和维护 等方面做出整体的评估。
[0035] (1)三级指标评估
[0036] 对于不可实时监测指标，即排洪系统、风险系统、管理系统下的三级指标运用安全 检查表法，根据相关安全规定、准则以及实际情况依据若干名专家打分获得安全情况。相关 专家各自打分的可行度基于信息熵的方法确定各自的权重。如表1所示：
[0037] 表1尾矿库各指标安全检查表专家：
[0038]
【权利要求】
1. 一种尾矿库分层指标安全评估和预警方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤： 步骤1)建立三级安全指标体系，包括堆存系统、排洪系统、风险系统、管理系统四个二 级指标，十五个三级指标； 步骤2)建立尾矿库安全评估模型，利用所述安全指标体系评估尾矿库整体的安全状 态； 步骤3)建立尾矿库安全预警模型，进行报警判定；安全预警模型通过实时采集的数据 和网络传输过来的气象预报信息综合计算出汛期中未来库水位的动态变化曲线，利用安全 评估模型依据测量的实时采集数据对尾矿库进行综合的安全评估打分，再根据评估得分做 危险趋势分级，然后将分级信息放进库水位一溃坝模型和预测的库水位值综合计算溃坝风 险，依据风险进行预警判定。
2. 根据权利要求1所述的尾矿库分层指标安全评估和预警方法，其特征在于，步骤1) 中堆存系统的三级指标包括库水位、浸润线、干滩长度、坝体形变位移、渗流量和降雨量，排 洪系统的三级指标包括排洪构筑物数量、构筑物质量，风险系统的三级指标包括库区容量、 使用年限、周围环境、尾矿库等级，管理系统的三级指标包括管理人员素质、管理机制运行、 库区日常检查。
3. 根据权利要求2所述的尾矿库分层指标安全评估和预警方法，其特征在于，步骤2) 中，对于排洪系统、风险系统、管理系统下的三级指标运用安全检查表法，根据相关安全规 定、准则以及实际情况依据若干名专家打分获得安全情况，相关专家各自打分的可行度基 于信息熵的方法确定各自的权重；对于堆存系统下的三级指标，运用模糊综合评价方法，将 各个单因素模糊化，并给予每个单因素一定的权重，通过模糊变化得到综合的评判结果；二 级指标根据上述方法按照彼此优先关系以及专家确定各自权重，最后结合安全等级模糊特 征量，从而得出一级指标即尾矿库整体的安全状态。
4. 根据权利要求2所述的尾矿库分层指标安全评估和预警方法，其特征在于，步骤1) 中坝体形变位移的计算方式为：在坝体上设置多个传感器，根据其分布位置不同将其分成 不同的组，因其重要性不同确定不同权重，并在传感器所分布的具体位置设置其评估分数 的所占比重；在最低层的分组中，传感器的融合取其均值。
5. 根据权利要求2所述的尾矿库分层指标安全评估和预警方法，其特征在于，步骤1) 中浸润线的计算方式为：将浸润线传感器根据东西分布分为四组，根据所测浸润线值的重 要程度不同分配以不同的权重，每一组浸润线监测管根据不同的埋深连接一条埋深基准 线，另外根据每一个监测管的三级阈值划定三条阈值线分别表示三种不同的等级预警，然 后以埋深基准线为横轴转换坐标，当监测管测得一组数据时，这条实测线与三条阈值线所 围成的面积占总面积的比例即该级预警的隶属度，再综合每一组的权重，便可得到最后的 综合值。
6. -种尾矿库分层指标安全评估和预警系统，其特征在于，包括尾矿库数据处理服务 器与监测主机，尾矿库数据处理服务器用于对气象信息和库水位进行数据预处理，监测主 机包括水位预测模块与安全评估模块，水位预测模块用于将处理后的数据送入降雨量一库 水位模型进行计算，输出显示库水位预测曲线；安全评估模块用于依据测量的实时采集数 据对尾矿库进行综合的安全评估打分，再根据评估得分做危险趋势分级，然后将分级信息 放进库水位一溃坝模型和预测的库水位值综合计算溃坝风险，依据风险进行预警判定。
7. 根据权利要求6所述的尾矿库分层指标安全评估和预警系统，其特征在于，所述安 全评估模块利用三级安全指标体系评估尾矿库整体的安全状态，安全指标体系包括堆存系 统、排洪系统、风险系统、管理系统四个二级指标，十五个三级指标。
8. 根据权利要求7所述的尾矿库分层指标安全评估和预警系统，其特征在于，所述堆 存系统的三级指标包括库水位、浸润线、干滩长度、坝体形变位移、渗流量和降雨量，排洪系 统的三级指标包括排洪构筑物数量、构筑物质量，风险系统的三级指标包括库区容量、使用 年限、周围环境、尾矿库等级，管理系统的三级指标包括管理人员素质、管理机制运行、库区 日常检查。
【文档编号】G06Q10/06GK104281920SQ201410513907
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年9月29日 优先权日:2014年9月29日
【发明者】陈晓方, 阳春华, 桂卫华, 刘正, 黄江波, 秦晨 申请人:中南大学