基于尾矿库在线监测数据的模糊数学半定量安全性评价方法研究.pdf

5基于尾矿库在线监测数据的模糊数学半定量 安全性评价方法研究郑大翔，杨生，郑斌斌（福建省冶金工业设计院有限公司，福建福州350011）【摘要】尾矿库是一个由尾砂堆积形成的具有高势能的危险源，目前根据政策要求全国湿排尾矿库均安装了在线监测系统。本文采用模糊数学安全性评价方法，结合安全生产动态数智化管理系统实时获得的在线监测数据，进行尾矿库运行状态安全性评价方法的研究。【关键词】安全评价；模糊数学理论；风险等级；动态研判Research on Fuzzy Mathematics Semi-quantitative Safety Evaluation Method Based on Online Monitoring Data of Tailing PondZhengDaxiang,YangSheng,ZhengBinbin（FujianMetallurgicalIndustrialDesignInstituteCo.,Ltd.,Fuzhou350011,Fujian）【Abstract】Tailingpondisahazardsourcewithhighpotentialenergyformedbytailingaccumulation.Atpresent,accordingtothepolicyrequirements,onlinemonitoringsystemhasbeeninstalledinwetdischargetailingpondsalloverthecountry.Inthispaper,thefuzzymathematicssafetyevaluationmethod,combinedwiththereal-timeonlinemonitoringdataobtainedbythesafetyproductiondynamicnumberintelligentmanagementsystem,researchonthesafetyevaluationmethodoftailingspondrunningstate.【Key words】safetyevaluation;fuzzymathematicstheory;risklevel;dynamicevaluation 2023 年第 4 期 福 建 冶 金引言尾矿库是一个由尾砂堆积形成的具有高势能的危险源，一旦发生溃坝会产生泥石流，可能对其下游居民和设施的安全造成严重威胁，容易导致重大人员伤亡和财产损失。根据关于印发防范化解尾矿库安全风险工作方案的通知（应急202015 号）等政策法规要求，湿排尾矿库要实现对坝体位移、浸润线、库水位等的在线监测和重要部位的视频监控，干式堆存尾矿库要实现对坝体表面位移的在线监测1-3。福建省冶金工业设计院有限公司研发的尾矿库安全生产动态数智化管理系统（以下简称“系统”）以在线多要素分布式感知网为支撑，利用大数据、人工智能等技术手段，研发在线调洪演算和坝坡稳定性分析计算模型，结合安全管理现状，构建实时监测预警系统和动态风险分级管控体系，实现对尾矿库安全生产风险的实时动态监测、评估、预警和趋势分析。根据模糊数学理论，危险性是对安全的隶属度，即属于安全的隶属度小，危险性就大；反之则小4-5。当危险性对安全的隶属度小于某个值时，尾矿库运行就可以认为对象是“安全”的，并做出评价结论。传统的模糊数学安全评价法，各子系统评语集要素，是由专家根据经作者简介：郑大翔（1983），男，高级工程师，安全评价师，主要从事安全管理、安全评价、安全信息化平台 建设工作。收稿日期：2023 年 1 月6验定性赋予分值。本文结合浸润线、表面位移、内部位移、干滩、库水位、雨量监测的在线监测数据预警值进行赋值，更客观地计算尾矿库风险等级，为有效防范和化解我国尾矿库安全风险有一定帮助。1 尾矿库风险等级模糊数学模型建立1.1 建立指标集 U结合尾矿库在线监测系统的阈值超限预警值，建立尾矿库风险等级安全评价初级指标：（1）浸润线监测 U1；（2）表面位移监测 U2；（3）内部位移监测 U3；（4）干滩监测 U4；（5）库水位监测 U5；（6）雨量监测 U6。以上监测类型用综合指标集合来表示 U=U1，U2，U3，U4，U5，U61.2 建立评语集 V根 据尾 矿 库 安 全 规 程（GB39496-2020），确立系统综合评价的评语集（尾矿库风险等级）分别为：红、橙、黄、蓝4，用集合表示 V=V1，V2，V3，V4。1.3 建立权重集 A指标集中各指标的权重用集合表示A=A1，A2，A3，A4，A5，A6；综合风险相关因素及其类型，对在线监测指标赋予权重值见表 1。权重集 A=0.2，0.15，0.15，0.2，0.2，0.1。其中浸润线、库水位和干滩监测是决定尾矿库安全运行安全超高的核心指标，取 0.2；表面位移、内部位移数值的变化，是尾矿库内水位过高引起的次级预警征兆，取 0.15；降雨量是外部因素且根据系统的短临天气预报和气象预报，能提前预知，取 0.1。表 1 尾矿库风险监测指标权重表指标类型 风险相关因素风险因素类型权重值U1水位内部0.2U2位移内部0.15U3位移内部0.15U4水位内部0.2U5水位内部0.2U6水位外部0.12 建立指标与评价对象间的模糊关系图 1 是系统某尾矿库系统首页一张图，各类监测硬件在地理信息坐标三维倾斜摄影模型中的直观展示；图 2 至图 4 是该尾矿库系统投入运行以来各类监测硬件发生阈值超限的数值记录。尾矿库在线监测各类型数值的预警阈值的超限情况，是对尾矿库安全情况的客观反应，图 1 尾矿库安全生产动态数智化管理系统首页图 3 库水位监测阈值超限记录图 2 干滩监测阈值超限记录图 4 内部位移监测阈值超限记录基于尾矿库在线监测数据的模糊数学半定量安全性评价方法研究7系统能长期保存各类监测设备阈值超限值，为客观地计算尾矿库风险等级提供数据支撑。单项监测类型的阈值规则如下2：尾矿坝位移量（表面位移、内部位移）黄色预警阈值为正常运营值的 1.3 倍，橙色预警阈值为正常运营值的 2 倍，红色预警阈值为正常运营值的 3 倍；浸润线埋深的红色预警阈值应根据设计文件确定，橙色预警阈值宜取红色预警阈值的 1.1倍；最小干滩长度的红色预警阈值应根据数据挖掘确定，橙色预警阈值宜取红色预警阈值的1.1 1.4 倍；库水位的红色预警阈值应根据尾矿库最小安全超高与最小干滩长度对应的水位确定，橙色预警阈值宜取汛前控制水位值或生产运行控制水位值；降水量的预警阈值应按文献2附表确定。取 2022 年以来的数值进行分析，根据系统记录，干滩监测出现红色预警 3 次，橙色预警4次；库水位出现红色预警6次，橙色预警4次；内部位移出现红色预警 5 次，橙色预警 4 次，黄色预警 1 次；其他监测类型传感器未出现数值预警。根据客观获得的某项目尾矿库在线监测系统 2022 年以来出现的硬件预警阈值超限次数，构成评语集（V）（定量数据），并建立指标集（U）与评语集（V）间的模糊关系，见表 2。表 2 U 与 V 之间的模糊关系表指标 类型蓝色预警V1黄色预警V2橙色预警V3红色预警V4U10000U20000U30155U40043U50046U600003 计算分析3.1 指标集和评语集的归一化处理归一化是将单项指标集（监测类型）内出现的评语集次数（实际预警等级发生的次数）求和，该单项指标集内某项评语集次数再除以该项次数和。以内部位移监测 U3为例，蓝色预警 V4、黄色预警 V3、橙色预警 V2、红色预警 V1出现次数为0、1、5、5，总和 11，分别单项除以 11，得 0、0.1、0.45、0.45。依次将表 2 指标集 U 和评语集 V 归一化处理后构成模糊评价矩阵 R：R=3.2 综合评价尾矿库风险综合评价等级分为蓝色、黄色、橙色、红色四个等级。评定总分 100 分，蓝色级为 90 100 分，黄色级为 80 90 分，橙色级为 60 80 分，红色级为 0 60 分6。3.2.1计算综合评价集合 B 值综合评价集合 B 的计算公式为 B=AR，即权重集 A 和模糊评价矩阵 R 采用模糊数学的计算方式相乘，计算出综合评价集合 B 值，计算过程如下：R=0.20.150.20.20.1=00.10.20.23.2.2综合评价结果将综合评价集合 B 归一化处理，得 B。B=0/0.50.1/0.50.2/0.50.2/0.5=00.2 0.40.4将尾矿库综合评价风险等级评定分值的上限值与 B进行综合计算：0100+0.290+0.480+0.460=74即：从 2022 年起该项目尾矿库在线监测值反馈的尾矿库综合评价风险评定分值为 74 分，风险等级为橙色级。（下转第 4 页）基于尾矿库在线监测数据的模糊数学半定量安全性评价方法研究4体结构及应力状态、大气降水、机械扰动及爆破等因素影响。根据前文定性分析结果，岩土体处于饱和状态时，边坡易发生失稳破坏，且破坏形式多样。为确保边坡的安全稳定，建议采取以下工程措施，如：排除地表水、严格按设计控制边坡坡率等；局部变形破坏严重地区，可采取随机锚杆锚固等措施进行治理消除险情，对存在的危岩体应及时予以清除，避免产生落石、崩塌对施工人员造成危害。参考文献：1 周德培,钟卫,杨涛.基于坡体结构的岩质边坡稳定性分析 J.岩石力学与工程学报,2008(04):687-695.2简文斌,吴振祥.地质灾害及其防治M.北京:人民交通出版社,2015.3 马 贺 权,田 士 开,赵 瑾 瑶.风 化 岩质 高 边 坡 支 护 及 稳 定 性 分 析 J.商 品 与 质量,2020(16):145.4陈祖煜.岩质边坡稳定分析 M.中国水利水电出版社,2005.5洪儒宝,简文彬.露天矿边坡失稳破坏模式及其稳定性研究 J.有色金属（矿山部分）,2016,68(5):72-77.表 3 边坡稳定性评价一览表计算工况安全系数平面滑动楔形体滑动圆弧滑动天然状态1.21.1781.112饱和状态1.1910.9750.993爆破动荷载1.1331.171.046（上接第 7 页）4 结论利用模糊数学的理论和方法来进行安全评价是高校安全工程专业必修的课程，是十分符合实际工作的，本文依托系统的实际数据，在指标集方面进行了定量分析，能更客观地反馈尾矿库某个时间段综合安全运行状态，能动态研判尾矿库综合风险等级。参考文献：1中华人民共和国应急管理部.防范化解尾矿库安全风险工作方案:应急 2020 15 号 S.2中华人民共和国住房和城乡建设部.尾矿库在线安全监测系统工程技术规范:GB51108-2015S.北京:中国标准出版社,2015.3 国家市场监督管理总局.尾矿库安全规程:GB39496-2020S.北京:中国标准出版社,2020.4 赵耀江,吕品,许满贵,等.安全评价理论与方法（第 2 版）M.北京:煤炭工业出版社.2015.5 佟瑞鹏.常用安全评价方法及其应用M.北京：中国劳动社会保障出版社.2011.6 云南省应急管理厅.云南省金属冶炼企业安全风险分级管控暂行管理办法(试行):云安监管201752 号 S.某矿山岩质边坡稳定性分析及治理