時間:2023-04-01 10:29:46
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結(jié)合我校安全工程學(xué)院江蘇省實驗教學(xué)中心的現(xiàn)狀,建設(shè)煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控基礎(chǔ)實驗系統(tǒng)及教學(xué)科研一體化的開放實驗很有必要。開發(fā)一套可編程控制的教學(xué)實驗系統(tǒng)———PLC實驗教學(xué)模擬控制板及各種方便學(xué)生實驗操作的監(jiān)測監(jiān)控組件,著重培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力,并給學(xué)生留有科研拓展的發(fā)揮空間,具有很好的適應(yīng)性和擴展性,形成一套安全監(jiān)測監(jiān)控基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)與科研拓展訓(xùn)練于一體的實驗平臺。實驗教學(xué)系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用不僅能豐富教師的教學(xué)手段,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,提高教學(xué)效果,而且能夠為專業(yè)老師在復(fù)雜控制系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)等方面的研究提供實驗對象及實驗設(shè)備。通過建設(shè)基于光纖通信的PLC主從式站點通信實驗平臺,提高學(xué)生對監(jiān)控系統(tǒng)遠程通信的硬件組合及軟件編程能力;鑒于井下風(fēng)電瓦斯閉鎖要求,建立基于PLC自動控制的局扇瓦斯超限斷電模型實驗系統(tǒng),提高學(xué)生對監(jiān)控系統(tǒng)功能實現(xiàn)的認(rèn)知和編程能力。整合調(diào)試實驗室已有的KJ90型煤礦安全綜合監(jiān)控系統(tǒng),基于PLC遠程控制的煤礦井下避難硐室環(huán)境綜合監(jiān)控系統(tǒng),通過組合功能調(diào)試,提高學(xué)生設(shè)計監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的能力。
2課堂教學(xué)演示系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用效果分析
安全監(jiān)測監(jiān)控這門課程是從事工業(yè)自動化、安全管理等行業(yè)人才所應(yīng)具備的基礎(chǔ)控制技術(shù)的重要教學(xué)內(nèi)容。該課程任務(wù)是使學(xué)生掌握可編程控制器的基本組成和工作原理,理解工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)及現(xiàn)場總線技術(shù),了解安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的組成,掌握可編程控制器的各種單元、規(guī)格,內(nèi)部繼電器及數(shù)據(jù)區(qū),理解其通信功能,能按照可編程控制器的設(shè)計步驟去分析和設(shè)計對應(yīng)的控制系統(tǒng)。因為該課程的理論性和實踐性都很強,所以為了提高教學(xué)效果,在學(xué)習(xí)理論知識的同時,必須利用課堂教學(xué)演示系統(tǒng)提高教學(xué)效果,加強認(rèn)知實踐能力的培養(yǎng),以培養(yǎng)適合面向生產(chǎn)一線的高技能人才,滿足社會的需求。教學(xué)演示系統(tǒng)是為教學(xué)而設(shè)計,鑒于課堂教學(xué)的特殊性,其應(yīng)該具有以下幾個特點:1)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)小巧,便于攜帶,操作方便,且可與可編程的PC機一塊置于實驗臺上,隨時進行編程和實驗。2)實驗裝置采用插頭和插座式的連接方式,硬件導(dǎo)線的連接十分簡易,在實驗室可以實現(xiàn)即插即用,不用任何工具即可進行實驗。3)突出教學(xué)實習(xí)、實驗裝置的實用性,具有模擬量和開關(guān)量多種輸入方式,設(shè)計了可以實現(xiàn)這兩種實驗的實驗?zāi)K,簡單實用。4)具有很好的可擴展性。作為整個課堂教學(xué)演示系統(tǒng)的核心部分,PLC教學(xué)模擬控制板需要進行組裝,組裝過程中要遵循以下原則:1)接口的分布要合理,恰當(dāng)。2)器件的布置要做到美觀,符合人們的使用習(xí)慣。3)在焊接的過程中要避免短路,使焊點之間保持一定的距離。該模塊在制作過程中,先把PLC、EM231、EM232固定在印刷板上,模塊和模塊之間通過電纜進行連接。在印刷板正面,通過導(dǎo)線將PLC及其擴展模塊各接口引到前面的接線柱上面,在印刷板底部,利用烙鐵將接線柱底部和排線插頭底部連接起來,在這個過程中,要確保接口的合理分布以及連接可靠,避免脫落、短路的情況出現(xiàn),連接后的模塊示意圖如圖1所示。開關(guān)量輸入模塊作為實驗系統(tǒng)的主要部分,在組裝過程中除了要遵守一般的器件組裝原則之外,還要根據(jù)實驗的內(nèi)容和要求,合理布置器件在印刷板上的位置和間距,由于器件比較多,板子上空間有限,所以,在組裝的過程中要特別的注意。方法和PLC及其擴展模塊的組裝方法一樣,板子正面通過接線柱連接,板子底面用烙鐵把排線插頭和接線柱連接起來,組裝好的開關(guān)量輸入模塊如圖2所示。課堂教學(xué)演示系統(tǒng)在教學(xué)過程中提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,課堂教學(xué)演示系統(tǒng)有多種輸入輸出方式,實驗效果明顯,便于觀察,可以增強同學(xué)們學(xué)習(xí)的積極性,將枯燥的專業(yè)課教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)轭愃频摹鞍咐虒W(xué)”。課堂教學(xué)演示系統(tǒng)還可以實現(xiàn)的實驗內(nèi)容豐富多樣,學(xué)生可以根據(jù)不同的實驗要求,利用不同的輸入輸出元件,編寫相應(yīng)的控制程序,使理論學(xué)習(xí)與實踐操作緊密結(jié)合,提高學(xué)生的編程能力和創(chuàng)新思維能力,大幅度的提高學(xué)習(xí)效果。
3完善課程設(shè)計的各個環(huán)節(jié)及整體的拓展訓(xùn)練
課程設(shè)計是本科實踐教學(xué)的一個重要環(huán)節(jié),以培養(yǎng)和提高學(xué)生創(chuàng)新能力和綜合解決問題能力為目的,傳統(tǒng)的課程設(shè)計方式無法與自動化信息化技術(shù)的發(fā)展及社會需求發(fā)展相適應(yīng),為了提高學(xué)生的實踐能力,結(jié)合課堂教學(xué)的改革及開放實驗室的建設(shè),培養(yǎng)學(xué)生理論與實踐相結(jié)合能力、工程設(shè)計能力、創(chuàng)新能力,完成工程師基本技能訓(xùn)練。通過分析課程的課堂教學(xué),提出挑戰(zhàn)性的設(shè)計題目、指導(dǎo)教師的主導(dǎo)作用及評分機制等教學(xué)內(nèi)容對課程設(shè)計的作用效果,構(gòu)建將多種教學(xué)元素與課程設(shè)計交匯融合的創(chuàng)新課程設(shè)計模式,對課程設(shè)計的各個環(huán)節(jié)進行全面改革和拓展。為了提高課程設(shè)計的教學(xué)實踐效果,具體通過以下幾個方面進行改革:1)加強課堂教學(xué)與課程設(shè)計的交匯融合,在課堂教學(xué)中間階段適時地把課程設(shè)計的題目、任務(wù)、要求等告知學(xué)生,通過課堂教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生的創(chuàng)新思維,將課堂教學(xué)與課程設(shè)計融會貫通,使學(xué)生在課程設(shè)計時就有了充分的準(zhǔn)備和認(rèn)知,更能發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新潛能。2)提高學(xué)生的創(chuàng)新思維能力,鼓勵學(xué)生大膽創(chuàng)新,在課程設(shè)計的每一個環(huán)節(jié)都要融入創(chuàng)新思想和意識,選題一定要具有前沿性和挑戰(zhàn)性,設(shè)計過程中要注重創(chuàng)新思維。教師在指導(dǎo)過程中要善于啟發(fā)、鼓勵學(xué)生,增加網(wǎng)絡(luò)信息資源的查閱量,切實通過課程設(shè)計提高學(xué)生的理論知識和實際工程的結(jié)合能力,為以后工作打下良好的基礎(chǔ)。3)教師在課程設(shè)計的指導(dǎo)過程中要做到因材施教,充分考慮學(xué)生間的個體差異及學(xué)習(xí)的層次基礎(chǔ),分不同的難度系數(shù)對每一組學(xué)生安排課程設(shè)計題目,最大限度發(fā)揮每一位學(xué)生的潛能。4)改變課程設(shè)計的評分機制,打破對設(shè)計圖紙和設(shè)計說明書進行綜合評分確定總分的傳統(tǒng)方法,融入答辯式評分模式,最好能融入到設(shè)計的每個階段,激發(fā)學(xué)生的辯論思維能力,提高答辯權(quán)重,保證課程設(shè)計的創(chuàng)新性和應(yīng)用性,培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力。
4結(jié)論
關(guān)鍵詞:大壩安全監(jiān)測;時空;運行管理;網(wǎng)絡(luò)
眾所周知,大壩是一種特殊建筑物,其特殊性主要表現(xiàn)在如下3個方面:①投資及效益的巨大和失事后造成災(zāi)難的嚴(yán)重性;②結(jié)構(gòu)、邊界條件及運行環(huán)境的復(fù)雜性;③設(shè)計、施工、運行維護的經(jīng)驗性、不確定性和涉及內(nèi)容的廣泛性。以上特殊性說明了要準(zhǔn)確了解大壩工作性態(tài),只能通過大壩安全監(jiān)測來實現(xiàn),同時也說明了大壩安全監(jiān)測的重要性。事實上,大壩安全監(jiān)測已受到人們的廣泛重視,我國已先后頒布了差阻式儀器標(biāo)準(zhǔn)及監(jiān)測儀器系列型譜、《水電站大壩安全檢查實施細則》、《混凝大壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》、《水庫大壩安全管理條例》、《土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》等,同時,國際大壩會議也多次討論過大壩安全問題[1]。
大壩安全監(jiān)測是人們了解大壩運行性態(tài)和安全狀況的有效手段。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、管理水平的提高及人們觀念的轉(zhuǎn)變,大壩安全監(jiān)測的內(nèi)涵也進一步加深。為此,筆者從分析影響大壩安全的因素入手,對大壩安全監(jiān)測的若干問題進行探討。
1影響大壩安全的因素
影響大壩安全的因素很多,據(jù)國際大壩會議“關(guān)于水壩和水庫惡化”小組委員會記錄的1100座大壩失事實例,從1950年至1975年大壩失事的概率和成因分析中得出大壩失事的頻率和成因分別為:30%是由于設(shè)計洪水位偏低和泄洪設(shè)備失靈引起洪水漫頂而失事;27%是由于地質(zhì)條件復(fù)雜,基礎(chǔ)失穩(wěn)和意外結(jié)構(gòu)事故;20%是由于地下滲漏引起揚壓力過高、滲流量增大、滲透坡降過大引起;11%是由于大壩老化、建筑材料變質(zhì)(開裂、侵蝕和風(fēng)化)以及施工質(zhì)量等原因;12%是不同的特有原因所致。
通過上面的數(shù)值可以作如下分析:大壩失事的原因很多、涉及范圍也很廣,但大致可以分成3類。第一類是由設(shè)計、施工和自然因素引起,它沒有一個從量變到質(zhì)變的過程,而是一旦大壩建成就已確定了的,如設(shè)計洪水位偏低、混凝土標(biāo)號過低、未考慮地震荷載等;第二類是在運行、管理過程中逐步形成的,有一個從量變到質(zhì)變的發(fā)展過程,如沖刷、浸蝕、混凝土的老化、金屬結(jié)構(gòu)的銹蝕等;第三類是上述兩種混合情況,即設(shè)計、施工中的不完善在運行中得不到改正,或者說隨著時間的推移和運行管理的不力使設(shè)計、施工中的隱患發(fā)展為破壞。就目前而言,大壩安全監(jiān)測主要是針對后兩種情況。下面將從設(shè)計、施工、運行維護3個階段來討論,著重強調(diào)目前大壩安全監(jiān)測容易忽視的一些方面。
1.1設(shè)計階段
眾所周知,在設(shè)計階段,壩址的確定決定了地形、地質(zhì)、地震發(fā)生頻率及水文條件等;樞紐的總體布置、壩型及結(jié)構(gòu)、材料選擇和分區(qū)、水文資料的收集及洪水演算、地質(zhì)勘探等都將影響大壩的安全。1980年6月19日,烏江渡水庫泄洪水霧引起開關(guān)站出線相間短路跳閘、引出線燒斷、工地停電,類似情況1980年6月23日在黃龍灘、1986年9月3日在白山等也曾發(fā)生。以上事故的發(fā)生引起工地停電和泄洪閘門不能開啟的嚴(yán)重后果,均是由于整體布置不合理,對泄洪水霧飄移危害認(rèn)識不夠所致??κ惨患壌髩挝挥诟叩卣鹆叶葏^(qū),粘土斜墻壩的抗震性能差,而設(shè)計又將防滲膜放在斜墻下游側(cè),形成潛在的最薄弱滑裂面,因而在1985年大地震時,迎水面滑落庫中,其原因是壩體結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理。綜上所述,大壩的許多安全隱患是由設(shè)計階段留下的,特別是水文計算及地質(zhì)勘探和處理兩個方面,如紀(jì)村壩基紅層問題,前期勘探工作不夠是重要原因之一[2]。
1.2施工階段
施工階段能否貫徹設(shè)計意圖、確保施工質(zhì)量,特別是有效解決施工中發(fā)現(xiàn)的新問題是確保大壩安全的關(guān)鍵因素之一,如混凝土壩的溫控措施、土石壩的碾壓及防滲排水結(jié)構(gòu)的施工、有關(guān)泄洪建筑物的機電安裝等都將直接影響大壩的安全??κ惨患壌髩卧?982年施工中,其壩體及防滲墻都未進行碾壓,致使密實度降低,在強震時容易液化和沉陷,這也是1985年地震時引起大壩整體破壞原因之一。
1.3運行管理
運行管理涉及水庫調(diào)度、大壩及附屬機電設(shè)施檢查、監(jiān)測手段及資料分析方法、大壩安全狀況評價等,其中每一環(huán)節(jié)都事關(guān)大壩的安全。。佛子嶺大壩1969年發(fā)生的漫頂事故,其重要原因就是因為盲目追求灌溉效益,汛期不適當(dāng)?shù)靥Ц哌\行水位所致;陳村大壩出現(xiàn)的105m高程水平裂縫與大壩長期遭遇高溫低水位運行工況有關(guān)[3];佛子嶺、磨子潭和溝后水庫等在泄洪閘門開啟的關(guān)鍵時刻都出現(xiàn)了電源中斷這一嚴(yán)重問題,說明了備用電源及汛前檢查有關(guān)泄洪設(shè)備(施)的重要性,更不用說對大壩進行全面的巡視檢查、儀器監(jiān)測和及時的資料分析了。這里還要強調(diào)的一點就是聯(lián)合調(diào)度問題,在梯級水庫調(diào)度中這一點顯得特別重要,如石漫灘水庫潰壩與上游的元門水庫潰壩是密不可分的。
2大壩安全監(jiān)測的目的和意義
眾所周知,大壩安全監(jiān)測有校核設(shè)計、改進施工和評價大壩安全狀況的作用,且重在評價大壩安全。筆者認(rèn)為,大壩安全監(jiān)測的淺層意義是為了人們準(zhǔn)確掌握大壩性態(tài);深層意義則是為了更好地發(fā)揮工程效益、節(jié)約工程投資。大壩安全監(jiān)測不僅是為了被監(jiān)測壩的安全評估,還要有利于其他大壩包括待建壩的安全評估。
3大壩安全監(jiān)測的新內(nèi)涵
通過以上分析可知,影響大壩安全的因素很多(壩址選擇、樞紐布置、壩體結(jié)構(gòu)、材料特性、水庫調(diào)度等)、時間跨度大(從設(shè)計施工到運行管理);大壩安全監(jiān)測的目的是為了在確保工程安全的前提下,更好地發(fā)揮工程效益。隨著科技的發(fā)展、人們觀念的變化,實現(xiàn)大壩安全監(jiān)測的手段和目的都有了一定程度的變化,筆者認(rèn)為可從如下幾方面進行理解。
3.1監(jiān)測范圍和內(nèi)容
規(guī)范[4][5]規(guī)定“大壩安全監(jiān)測范圍,包括壩體、壩基、壩肩,以及對大壩安全有重大影響的近壩區(qū)岸坡和其它與大壩安全有直接關(guān)系的建筑物和設(shè)備”。眾所周知,瓦依昂(Vajont)拱壩就是由于庫區(qū)發(fā)生大滑坡引起了潰壩;1961年3月6日,我國柘溪水電廠首次蓄水時,在大壩上游右岸1.55km處也曾發(fā)生大滑坡;佐齊爾拱壩1978年12月份發(fā)現(xiàn)拱冠向上游移動的原因就是因為離壩1.5km的地方在比壩低320m處開挖了一條排放地下水的隧洞所致。可見,關(guān)系大壩安全的因素存在的范圍大,包括的內(nèi)容多,如泄洪設(shè)備及電源的可靠性、梯級水庫的運行及大壩安全狀況、下游沖刷及上游淤積、周邊范圍內(nèi)大的施工特別是地下施工爆破等。
大壩安全監(jiān)測的范圍應(yīng)根據(jù)壩址、樞紐布置、壩高、庫容、投資及失事后果等進行確定,根據(jù)具體情況由壩體、壩基推廣到庫區(qū)及梯級水庫大壩,大壩安全監(jiān)測的時間應(yīng)從設(shè)計時開始直至運行管理,大壩安全監(jiān)測的內(nèi)容不僅是壩體結(jié)構(gòu)及地質(zhì)狀況,還應(yīng)包括輔助機電設(shè)備及泄洪消能建筑物等。
3.2大壩安全監(jiān)測的針對性
大壩安全監(jiān)測是針對具體大壩的具體時期作出的,一定要有鮮明的針對性。
(1)時間上的針對性。
由于大壩施工期、初次蓄水期和大壩老化期是大壩安全容易出現(xiàn)問題的時期,因此在前一個階段監(jiān)測的重點應(yīng)是設(shè)計參數(shù)的復(fù)核和施工質(zhì)量的檢驗,而后者則應(yīng)是針對材料老化[7]和設(shè)計復(fù)核進行。
大壩的破壞機理研究至今還是一個薄弱環(huán)節(jié),關(guān)鍵是原型破壞試驗作不了,因此,加強對潰壩的分析是非常有必要的。這就要求大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)在關(guān)鍵時候能發(fā)揮作用,能得到關(guān)鍵數(shù)據(jù);
(2)空間結(jié)構(gòu)上的針對性。
針對具體的壩址、壩型和結(jié)構(gòu)有針對性地加強監(jiān)測,如針對面板堆石壩面板與趾板之間的防滲、碾壓混凝土壩的層間結(jié)構(gòu)、高強震地區(qū)均質(zhì)土壩的液化、薄拱壩壩肩的穩(wěn)定、破碎地基及深覆蓋層上筑壩的基礎(chǔ)處理及防滲、多泥沙河流的泥沙淤積、庫岸高邊坡的穩(wěn)定等。由于總體布置不合理,泄洪水霧有可能引起跳閘等問題,應(yīng)注意對霧化的監(jiān)測和汛期對備用電源的檢查等。再者,大壩監(jiān)測應(yīng)和大壩設(shè)計、施工和運行管理互相補充,特別是在設(shè)計中運用新結(jié)構(gòu)、新方法、新材料,施工時發(fā)現(xiàn)新的地質(zhì)構(gòu)造和地質(zhì)條件。運行遇到不利工況時,大壩安全監(jiān)測理應(yīng)成為檢驗設(shè)計、施工及運行效果的必要手段,從而為采取必要的工程措施以確保大壩安全創(chuàng)造條件。
3.3監(jiān)測手段和方法
大壩安全監(jiān)測包括巡視檢查和儀器監(jiān)測[4],筆者認(rèn)為巡視檢查和儀器監(jiān)測是分不開的。前者也要盡可能的利用當(dāng)今的先進儀器和技術(shù)對大壩特別是隱患進行檢查,以便作到早發(fā)現(xiàn)早處理,如土石壩的洞穴、暗縫、軟弱夾層等很難通過簡單的人工檢查發(fā)現(xiàn),因此,必須借用高密度電阻率法、中間梯度法、瞬態(tài)面波法等進行檢查[6],從而完成對其定位及嚴(yán)重程度的判定。人工巡查和儀器監(jiān)測分不開的另一條原因是由于大壩的特殊性和目前儀器監(jiān)測的水平所決定的。大壩邊界條件和工作環(huán)境較為復(fù)雜,同時,由于材料的非線性(特別是土石壩),從而使監(jiān)測的難度增大;另一方面,目前儀器監(jiān)測還只能作到“點(小范圍)監(jiān)測”,如測縫計只能發(fā)現(xiàn)通過測點的裂(接)縫開度的變化,而不能發(fā)現(xiàn)測點以外裂(接)縫開度的變化;變形(滲流)測點監(jiān)測到的是壩體(基)綜合反應(yīng),因而難以進行具體情況的原因分析。正是由于上述原因,監(jiān)測手段和方法必須多樣化,即將各種監(jiān)測手段和方法[4][5]結(jié)合起來,將定性和定量監(jiān)測結(jié)合起來,如將傳統(tǒng)的變形、滲流、應(yīng)力應(yīng)變及溫度監(jiān)測同面波法、彩色電視、超聲波、CT、水質(zhì)分析等結(jié)合起來。隨著科技水平的發(fā)展,一種真正的“分布式測量系統(tǒng)”——光纖測量系統(tǒng)即將面世,水科院、國電公司成都院等單位已對此作了大量的研究,也曾在三峽作過試驗。該系統(tǒng)將光纖既作為傳感部件,又作為信號傳輸部件埋設(shè)于壩體中,使每一根光纖成為大壩的神經(jīng),感受大壩性態(tài)的變化并具體定位,從而使監(jiān)測走向立體和全方位。
目前,自動化系統(tǒng)還存在費用高、可靠性難以保證、監(jiān)測項目不全、安裝調(diào)試?yán)щy、實時化程度低等問題,筆者認(rèn)為一種費用低、安裝調(diào)試簡單、易維護、可以進行大范圍監(jiān)測、實時性高的系統(tǒng)才是發(fā)展方向。同時,監(jiān)測方法、監(jiān)測量的變化(如由標(biāo)量到矢量、由數(shù)值分析到圖象分析)必將導(dǎo)致分析方法的變化。
3.4大壩安全監(jiān)測的網(wǎng)絡(luò)化、智能化、效益化
在過去的許多年中,人們總是將觀測資料交由專職單位去分析,這樣做要花費大量的時間,不利于及時有效地掌握大壩性態(tài)和進行最優(yōu)的運行調(diào)度。同時,一般單位的資料分析總是在建立數(shù)學(xué)模型(特別是統(tǒng)計模型)的基礎(chǔ)上,缺乏與具體大壩的聯(lián)系及與設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)(穩(wěn)定、強度)的比較,也不利于監(jiān)測技術(shù)的提高。近期,一些單位在專家系統(tǒng)、人工智能及決策支持系統(tǒng)開發(fā)中,直接將監(jiān)測資料(如庫水位、溫度、應(yīng)力、揚壓力等)與設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)(穩(wěn)定、強度)對照起來用于壩體強度及穩(wěn)定校核是一種很好的思路。但是,目前的大壩安全監(jiān)測自動化水平多數(shù)還停留在部分監(jiān)測項目數(shù)據(jù)的自動采集上,難以滿足實際需要。事實上單憑監(jiān)控指標(biāo)來判別大壩安全是不完善的,因為目前的監(jiān)控指標(biāo)主要依靠經(jīng)驗和理論計算確定。前者人為因素大,后者由于計算理論、數(shù)學(xué)模型和邊界條件的假定,誤差也較大,實際應(yīng)用也值得商榷。如對于土石壩,當(dāng)上游庫水位驟降時測壓管水位不會超過監(jiān)控指標(biāo),但此時上游壩體有可能失穩(wěn)。我國自1987年開始的水電站大壩安全定期檢查(鑒定),是對大壩結(jié)構(gòu)性態(tài)和安全狀況的全面檢查和評價,已得到廣大科技人員認(rèn)可,實踐證明是有效的。它就是根據(jù)設(shè)計復(fù)核、壩基隱患、壩體穩(wěn)定、泄洪消能、庫區(qū)淤積及近壩庫岸滑坡等方面對大壩安全進行評價。因此,大壩安全評估軟件應(yīng)與大壩安全定檢內(nèi)容相適應(yīng),應(yīng)用專家系統(tǒng)和決策支持系統(tǒng)將大壩安全定檢的成功經(jīng)驗和監(jiān)測資料分析的有效方法結(jié)合起來,在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)與大壩監(jiān)測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、閘門監(jiān)控系統(tǒng)、水庫自動調(diào)度系統(tǒng)、水雨情測報系統(tǒng)的有機結(jié)合,將大壩安全作為約束條件,效益的最大化作為目標(biāo)函數(shù)才能適應(yīng)用戶和時代的需要。
最近,國家防總在建立全國防汛決策支持系統(tǒng)中將大壩安全監(jiān)測(工情監(jiān)測)作為整個系統(tǒng)的一個部分,從而突出水庫運行以效益為中心,大壩安全是約束條件的觀點。另一方面,在大壩失事或事故中,洪水漫頂占了相當(dāng)大的比例。試想:如果大壩某些性態(tài)異?;蜷l門起閉機損壞,而又不知近期洪水情況,如何在洪水到來時確保大壩安全?同時,運行也會影響大壩安全,如陳村大壩105m高程裂縫的出現(xiàn)及發(fā)展與不正確的運行方式有關(guān);碧口大壩1995年也因泥沙淤積在較短的時間內(nèi)將排沙洞口淤堵,威脅了電站安全。故為充分發(fā)揮水庫效益,確保大壩安全,必須盡可能將流域水情、梯級水庫調(diào)度情況及洪水預(yù)報、大壩安全監(jiān)測和本水庫運行調(diào)度結(jié)合起來。
另一方面,目前自動監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集軟件均有巡測和選測功能,為適應(yīng)“無人值班,少人值守”的要求,設(shè)置自動進行巡測、在線診斷、自動報警是對系統(tǒng)的必然要求。由于許多測值超差均由于自動化系統(tǒng)本身引起,故筆者建議在數(shù)據(jù)采集軟件中應(yīng)增如下功能:即當(dāng)某測值或其變化速率超過正常范圍時,系統(tǒng)應(yīng)立即對該測點進行多次重復(fù)測量或自動加密測次,以方便系統(tǒng)維護和資料分析。
隨著信息化的推廣,大壩安全監(jiān)測應(yīng)主動適應(yīng)時代要求,走向網(wǎng)絡(luò)化、智能化,采用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫、INTERNET/INTRANET技術(shù),建立全國的大壩安全監(jiān)測信息網(wǎng)是時代的要求。
4結(jié)語
通過以上分析可知,大壩安全監(jiān)測實際上是一種管理,包括信息采集、處理、結(jié)論的得出、措施的制定、信息的反饋,其根本目的是為了工程效益。綜合起來可以得出如下幾點:
(1)大壩安全監(jiān)測范圍空間上應(yīng)包括梯級水庫;時間上應(yīng)從設(shè)計開始。大壩安全監(jiān)測內(nèi)容應(yīng)包括與大壩安全有關(guān)的泄洪及機電設(shè)備;
(2)大壩安全監(jiān)測應(yīng)與氣象、水情、洪水預(yù)報及水庫調(diào)度結(jié)合起來,使之成為水庫運行調(diào)度決策支持系統(tǒng)的一部分,真正為工程效益的最大化服務(wù);
(3)大壩安全監(jiān)測應(yīng)將大壩安全評估與設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計參數(shù)(如安全系數(shù),可靠度指標(biāo))等指標(biāo)結(jié)合起來,充分利用大壩安全定檢的成功經(jīng)驗和方法,從而易于理解、掌握和應(yīng)用;
(4)大壩安全監(jiān)測應(yīng)充分利用科技進步,走向即時化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化。
總之,大壩安全監(jiān)測就是利用一切手段,確保大壩以較少的投入來保證長期、穩(wěn)定、安全的運行,實現(xiàn)效益的最大化。
參考文獻
[1]趙志仁.大壩安全監(jiān)測的原理與應(yīng)用[M]天津:天津科學(xué)技術(shù)出版社,1992
[2]邢林聲.紀(jì)村混凝土壩基紅層的惡化及其原因分析[J].水利學(xué)報,1996,(9).
[3]邢林聲,方榴聲.陳村拱壩下游壩面105m高程附近水平裂縫的性態(tài)分析[J].水力發(fā)電學(xué)報,1988,(4).
[4]SDJ33689,混凝土大壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[S].
[5]SL6094.土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[S].
關(guān)鍵詞:大壩安全監(jiān)測;時空;運行管理;網(wǎng)絡(luò)
眾所周知,大壩是一種特殊建筑物,其特殊性主要表現(xiàn)在如下3個方面:①投資及效益的巨大和失事后造成災(zāi)難的嚴(yán)重性;②結(jié)構(gòu)、邊界條件及運行環(huán)境的復(fù)雜性;③設(shè)計、施工、運行維護的經(jīng)驗性、不確定性和涉及內(nèi)容的廣泛性。以上特殊性說明了要準(zhǔn)確了解大壩工作性態(tài),只能通過大壩安全監(jiān)測來實現(xiàn),同時也說明了大壩安全監(jiān)測的重要性。事實上,大壩安全監(jiān)測已受到人們的廣泛重視,我國已先后頒布了差阻式儀器標(biāo)準(zhǔn)及監(jiān)測儀器系列型譜、《水電站大壩安全檢查實施細則》、《混凝大壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》、《水庫大壩安全管理條例》、《土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》等,同時,國際大壩會議也多次討論過大壩安全問題[1]。
大壩安全監(jiān)測是人們了解大壩運行性態(tài)和安全狀況的有效手段。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、管理水平的提高及人們觀念的轉(zhuǎn)變,大壩安全監(jiān)測的內(nèi)涵也進一步加深。為此,筆者從分析影響大壩安全的因素入手,對大壩安全監(jiān)測的若干問題進行探討。
1影響大壩安全的因素
影響大壩安全的因素很多,據(jù)國際大壩會議“關(guān)于水壩和水庫惡化”小組委員會記錄的1100座大壩失事實例,從1950年至1975年大壩失事的概率和成因分析中得出大壩失事的頻率和成因分別為:30%是由于設(shè)計洪水位偏低和泄洪設(shè)備失靈引起洪水漫頂而失事;27%是由于地質(zhì)條件復(fù)雜,基礎(chǔ)失穩(wěn)和意外結(jié)構(gòu)事故;20%是由于地下滲漏引起揚壓力過高、滲流量增大、滲透坡降過大引起;11%是由于大壩老化、建筑材料變質(zhì)(開裂、侵蝕和風(fēng)化)以及施工質(zhì)量等原因;12%是不同的特有原因所致。
通過上面的數(shù)值可以作如下分析:大壩失事的原因很多、涉及范圍也很廣,但大致可以分成3類。第一類是由設(shè)計、施工和自然因素引起,它沒有一個從量變到質(zhì)變的過程,而是一旦大壩建成就已確定了的,如設(shè)計洪水位偏低、混凝土標(biāo)號過低、未考慮地震荷載等;第二類是在運行、管理過程中逐步形成的,有一個從量變到質(zhì)變的發(fā)展過程,如沖刷、浸蝕、混凝土的老化、金屬結(jié)構(gòu)的銹蝕等;第三類是上述兩種混合情況,即設(shè)計、施工中的不完善在運行中得不到改正,或者說隨著時間的推移和運行管理的不力使設(shè)計、施工中的隱患發(fā)展為破壞。就目前而言,大壩安全監(jiān)測主要是針對后兩種情況。下面將從設(shè)計、施工、運行維護3個階段來討論,著重強調(diào)目前大壩安全監(jiān)測容易忽視的一些方面。
1.1設(shè)計階段
眾所周知,在設(shè)計階段,壩址的確定決定了地形、地質(zhì)、地震發(fā)生頻率及水文條件等;樞紐的總體布置、壩型及結(jié)構(gòu)、材料選擇和分區(qū)、水文資料的收集及洪水演算、地質(zhì)勘探等都將影響大壩的安全。1980年6月19日,烏江渡水庫泄洪水霧引起開關(guān)站出線相間短路跳閘、引出線燒斷、工地停電,類似情況1980年6月23日在黃龍灘、1986年9月3日在白山等也曾發(fā)生。以上事故的發(fā)生引起工地停電和泄洪閘門不能開啟的嚴(yán)重后果,均是由于整體布置不合理,對泄洪水霧飄移危害認(rèn)識不夠所致。喀什一級大壩位于高地震烈度區(qū),粘土斜墻壩的抗震性能差,而設(shè)計又將防滲膜放在斜墻下游側(cè),形成潛在的最薄弱滑裂面,因而在1985年大地震時,迎水面滑落庫中,其原因是壩體結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理。綜上所述,大壩的許多安全隱患是由設(shè)計階段留下的,特別是水文計算及地質(zhì)勘探和處理兩個方面,如紀(jì)村壩基紅層問題,前期勘探工作不夠是重要原因之一[2]。
1.2施工階段
施工階段能否貫徹設(shè)計意圖、確保施工質(zhì)量,特別是有效解決施工中發(fā)現(xiàn)的新問題是確保大壩安全的關(guān)鍵因素之一,如混凝土壩的溫控措施、土石壩的碾壓及防滲排水結(jié)構(gòu)的施工、有關(guān)泄洪建筑物的機電安裝等都將直接影響大壩的安全??κ惨患壌髩卧?982年施工中,其壩體及防滲墻都未進行碾壓,致使密實度降低,在強震時容易液化和沉陷,這也是1985年地震時引起大壩整體破壞原因之一。
1.3運行管理
運行管理涉及水庫調(diào)度、大壩及附屬機電設(shè)施檢查、監(jiān)測手段及資料分析方法、大壩安全狀況評價等,其中每一環(huán)節(jié)都事關(guān)大壩的安全。。佛子嶺大壩1969年發(fā)生的漫頂事故,其重要原因就是因為盲目追求灌溉效益,汛期不適當(dāng)?shù)靥Ц哌\行水位所致;陳村大壩出現(xiàn)的105m高程水平裂縫與大壩長期遭遇高溫低水位運行工況有關(guān)[3];佛子嶺、磨子潭和溝后水庫等在泄洪閘門開啟的關(guān)鍵時刻都出現(xiàn)了電源中斷這一嚴(yán)重問題,說明了備用電源及汛前檢查有關(guān)泄洪設(shè)備(施)的重要性,更不用說對大壩進行全面的巡視檢查、儀器監(jiān)測和及時的資料分析了。這里還要強調(diào)的一點就是聯(lián)合調(diào)度問題,在梯級水庫調(diào)度中這一點顯得特別重要,如石漫灘水庫潰壩與上游的元門水庫潰壩是密不可分的。
2大壩安全監(jiān)測的目的和意義
眾所周知,大壩安全監(jiān)測有校核設(shè)計、改進施工和評價大壩安全狀況的作用,且重在評價大壩安全。筆者認(rèn)為,大壩安全監(jiān)測的淺層意義是為了人們準(zhǔn)確掌握大壩性態(tài);深層意義則是為了更好地發(fā)揮工程效益、節(jié)約工程投資。大壩安全監(jiān)測不僅是為了被監(jiān)測壩的安全評估,還要有利于其他大壩包括待建壩的安全評估。
3大壩安全監(jiān)測的新內(nèi)涵
通過以上分析可知,影響大壩安全的因素很多(壩址選擇、樞紐布置、壩體結(jié)構(gòu)、材料特性、水庫調(diào)度等)、時間跨度大(從設(shè)計施工到運行管理);大壩安全監(jiān)測的目的是為了在確保工程安全的前提下,更好地發(fā)揮工程效益。隨著科技的發(fā)展、人們觀念的變化,實現(xiàn)大壩安全監(jiān)測的手段和目的都有了一定程度的變化,筆者認(rèn)為可從如下幾方面進行理解。
3.1監(jiān)測范圍和內(nèi)容
規(guī)范[4][5]規(guī)定“大壩安全監(jiān)測范圍,包括壩體、壩基、壩肩,以及對大壩安全有重大影響的近壩區(qū)岸坡和其它與大壩安全有直接關(guān)系的建筑物和設(shè)備”。眾所周知,瓦依昂(Vajont)拱壩就是由于庫區(qū)發(fā)生大滑坡引起了潰壩;1961年3月6日,我國柘溪水電廠首次蓄水時,在大壩上游右岸1.55km處也曾發(fā)生大滑坡;佐齊爾拱壩1978年12月份發(fā)現(xiàn)拱冠向上游移動的原因就是因為離壩1.5km的地方在比壩低320m處開挖了一條排放地下水的隧洞所致??梢?,關(guān)系大壩安全的因素存在的范圍大,包括的內(nèi)容多,如泄洪設(shè)備及電源的可靠性、梯級水庫的運行及大壩安全狀況、下游沖刷及上游淤積、周邊范圍內(nèi)大的施工特別是地下施工爆破等。
大壩安全監(jiān)測的范圍應(yīng)根據(jù)壩址、樞紐布置、壩高、庫容、投資及失事后果等進行確定,根據(jù)具體情況由壩體、壩基推廣到庫區(qū)及梯級水庫大壩,大壩安全監(jiān)測的時間應(yīng)從設(shè)計時開始直至運行管理,大壩安全監(jiān)測的內(nèi)容不僅是壩體結(jié)構(gòu)及地質(zhì)狀況,還應(yīng)包括輔助機電設(shè)備及泄洪消能建筑物等。
3.2大壩安全監(jiān)測的針對性
大壩安全監(jiān)測是針對具體大壩的具體時期作出的,一定要有鮮明的針對性。
(1)時間上的針對性。
由于大壩施工期、初次蓄水期和大壩老化期是大壩安全容易出現(xiàn)問題的時期,因此在前一個階段監(jiān)測的重點應(yīng)是設(shè)計參數(shù)的復(fù)核和施工質(zhì)量的檢驗,而后者則應(yīng)是針對材料老化[7]和設(shè)計復(fù)核進行。
大壩的破壞機理研究至今還是一個薄弱環(huán)節(jié),關(guān)鍵是原型破壞試驗作不了,因此,加強對潰壩的分析是非常有必要的。這就要求大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)在關(guān)鍵時候能發(fā)揮作用,能得到關(guān)鍵數(shù)據(jù);
(2)空間結(jié)構(gòu)上的針對性。
針對具體的壩址、壩型和結(jié)構(gòu)有針對性地加強監(jiān)測,如針對面板堆石壩面板與趾板之間的防滲、碾壓混凝土壩的層間結(jié)構(gòu)、高強震地區(qū)均質(zhì)土壩的液化、薄拱壩壩肩的穩(wěn)定、破碎地基及深覆蓋層上筑壩的基礎(chǔ)處理及防滲、多泥沙河流的泥沙淤積、庫岸高邊坡的穩(wěn)定等。由于總體布置不合理,泄洪水霧有可能引起跳閘等問題,應(yīng)注意對霧化的監(jiān)測和汛期對備用電源的檢查等。再者,大壩監(jiān)測應(yīng)和大壩設(shè)計、施工和運行管理互相補充,特別是在設(shè)計中運用新結(jié)構(gòu)、新方法、新材料,施工時發(fā)現(xiàn)新的地質(zhì)構(gòu)造和地質(zhì)條件。運行遇到不利工況時,大壩安全監(jiān)測理應(yīng)成為檢驗設(shè)計、施工及運行效果的必要手段,從而為采取必要的工程措施以確保大壩安全創(chuàng)造條件。
3.3監(jiān)測手段和方法
大壩安全監(jiān)測包括巡視檢查和儀器監(jiān)測[4],筆者認(rèn)為巡視檢查和儀器監(jiān)測是分不開的。前者也要盡可能的利用當(dāng)今的先進儀器和技術(shù)對大壩特別是隱患進行檢查,以便作到早發(fā)現(xiàn)早處理,如土石壩的洞穴、暗縫、軟弱夾層等很難通過簡單的人工檢查發(fā)現(xiàn),因此,必須借用高密度電阻率法、中間梯度法、瞬態(tài)面波法等進行檢查[6],從而完成對其定位及嚴(yán)重程度的判定。人工巡查和儀器監(jiān)測分不開的另一條原因是由于大壩的特殊性和目前儀器監(jiān)測的水平所決定的。大壩邊界條件和工作環(huán)境較為復(fù)雜,同時,由于材料的非線性(特別是土石壩),從而使監(jiān)測的難度增大;另一方面,目前儀器監(jiān)測還只能作到“點(小范圍)監(jiān)測”,如測縫計只能發(fā)現(xiàn)通過測點的裂(接)縫開度的變化,而不能發(fā)現(xiàn)測點以外裂(接)縫開度的變化;變形(滲流)測點監(jiān)測到的是壩體(基)綜合反應(yīng),因而難以進行具體情況的原因分析。正是由于上述原因,監(jiān)測手段和方法必須多樣化,即將各種監(jiān)測手段和方法[4][5]結(jié)合起來,將定性和定量監(jiān)測結(jié)合起來,如將傳統(tǒng)的變形、滲流、應(yīng)力應(yīng)變及溫度監(jiān)測同面波法、彩色電視、超聲波、CT、水質(zhì)分析等結(jié)合起來。隨著科技水平的發(fā)展,一種真正的“分布式測量系統(tǒng)”——光纖測量系統(tǒng)即將面世,水科院、國電公司成都院等單位已對此作了大量的研究,也曾在三峽作過試驗。該系統(tǒng)將光纖既作為傳感部件,又作為信號傳輸部件埋設(shè)于壩體中,使每一根光纖成為大壩的神經(jīng),感受大壩性態(tài)的變化并具體定位,從而使監(jiān)測走向立體和全方位。
目前,自動化系統(tǒng)還存在費用高、可靠性難以保證、監(jiān)測項目不全、安裝調(diào)試?yán)щy、實時化程度低等問題,筆者認(rèn)為一種費用低、安裝調(diào)試簡單、易維護、可以進行大范圍監(jiān)測、實時性高的系統(tǒng)才是發(fā)展方向。同時,監(jiān)測方法、監(jiān)測量的變化(如由標(biāo)量到矢量、由數(shù)值分析到圖象分析)必將導(dǎo)致分析方法的變化。
3.4大壩安全監(jiān)測的網(wǎng)絡(luò)化、智能化、效益化
在過去的許多年中,人們總是將觀測資料交由專職單位去分析,這樣做要花費大量的時間,不利于及時有效地掌握大壩性態(tài)和進行最優(yōu)的運行調(diào)度。同時,一般單位的資料分析總是在建立數(shù)學(xué)模型(特別是統(tǒng)計模型)的基礎(chǔ)上,缺乏與具體大壩的聯(lián)系及與設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)(穩(wěn)定、強度)的比較,也不利于監(jiān)測技術(shù)的提高。近期,一些單位在專家系統(tǒng)、人工智能及決策支持系統(tǒng)開發(fā)中,直接將監(jiān)測資料(如庫水位、溫度、應(yīng)力、揚壓力等)與設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)(穩(wěn)定、強度)對照起來用于壩體強度及穩(wěn)定校核是一種很好的思路。但是,目前的大壩安全監(jiān)測自動化水平多數(shù)還停留在部分監(jiān)測項目數(shù)據(jù)的自動采集上,難以滿足實際需要。事實上單憑監(jiān)控指標(biāo)來判別大壩安全是不完善的,因為目前的監(jiān)控指標(biāo)主要依靠經(jīng)驗和理論計算確定。前者人為因素大,后者由于計算理論、數(shù)學(xué)模型和邊界條件的假定,誤差也較大,實際應(yīng)用也值得商榷。如對于土石壩,當(dāng)上游庫水位驟降時測壓管水位不會超過監(jiān)控指標(biāo),但此時上游壩體有可能失穩(wěn)。我國自1987年開始的水電站大壩安全定期檢查(鑒定),是對大壩結(jié)構(gòu)性態(tài)和安全狀況的全面檢查和評價,已得到廣大科技人員認(rèn)可,實踐證明是有效的。它就是根據(jù)設(shè)計復(fù)核、壩基隱患、壩體穩(wěn)定、泄洪消能、庫區(qū)淤積及近壩庫岸滑坡等方面對大壩安全進行評價。因此,大壩安全評估軟件應(yīng)與大壩安全定檢內(nèi)容相適應(yīng),應(yīng)用專家系統(tǒng)和決策支持系統(tǒng)將大壩安全定檢的成功經(jīng)驗和監(jiān)測資料分析的有效方法結(jié)合起來,在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)與大壩監(jiān)測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、閘門監(jiān)控系統(tǒng)、水庫自動調(diào)度系統(tǒng)、水雨情測報系統(tǒng)的有機結(jié)合,將大壩安全作為約束條件,效益的最大化作為目標(biāo)函數(shù)才能適應(yīng)用戶和時代的需要。
最近,國家防總在建立全國防汛決策支持系統(tǒng)中將大壩安全監(jiān)測(工情監(jiān)測)作為整個系統(tǒng)的一個部分,從而突出水庫運行以效益為中心,大壩安全是約束條件的觀點。另一方面,在大壩失事或事故中,洪水漫頂占了相當(dāng)大的比例。試想:如果大壩某些性態(tài)異常或閘門起閉機損壞,而又不知近期洪水情況,如何在洪水到來時確保大壩安全?同時,運行也會影響大壩安全,如陳村大壩105m高程裂縫的出現(xiàn)及發(fā)展與不正確的運行方式有關(guān);碧口大壩1995年也因泥沙淤積在較短的時間內(nèi)將排沙洞口淤堵,威脅了電站安全。故為充分發(fā)揮水庫效益,確保大壩安全,必須盡可能將流域水情、梯級水庫調(diào)度情況及洪水預(yù)報、大壩安全監(jiān)測和本水庫運行調(diào)度結(jié)合起來。
另一方面,目前自動監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集軟件均有巡測和選測功能,為適應(yīng)“無人值班,少人值守”的要求,設(shè)置自動進行巡測、在線診斷、自動報警是對系統(tǒng)的必然要求。由于許多測值超差均由于自動化系統(tǒng)本身引起,故筆者建議在數(shù)據(jù)采集軟件中應(yīng)增如下功能:即當(dāng)某測值或其變化速率超過正常范圍時,系統(tǒng)應(yīng)立即對該測點進行多次重復(fù)測量或自動加密測次,以方便系統(tǒng)維護和資料分析。
隨著信息化的推廣,大壩安全監(jiān)測應(yīng)主動適應(yīng)時代要求,走向網(wǎng)絡(luò)化、智能化,采用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫、INTERNET/INTRANET技術(shù),建立全國的大壩安全監(jiān)測信息網(wǎng)是時代的要求。
4結(jié)語
通過以上分析可知,大壩安全監(jiān)測實際上是一種管理,包括信息采集、處理、結(jié)論的得出、措施的制定、信息的反饋,其根本目的是為了工程效益。綜合起來可以得出如下幾點:
(1)大壩安全監(jiān)測范圍空間上應(yīng)包括梯級水庫;時間上應(yīng)從設(shè)計開始。大壩安全監(jiān)測內(nèi)容應(yīng)包括與大壩安全有關(guān)的泄洪及機電設(shè)備;
(2)大壩安全監(jiān)測應(yīng)與氣象、水情、洪水預(yù)報及水庫調(diào)度結(jié)合起來,使之成為水庫運行調(diào)度決策支持系統(tǒng)的一部分,真正為工程效益的最大化服務(wù);
(3)大壩安全監(jiān)測應(yīng)將大壩安全評估與設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計參數(shù)(如安全系數(shù),可靠度指標(biāo))等指標(biāo)結(jié)合起來,充分利用大壩安全定檢的成功經(jīng)驗和方法,從而易于理解、掌握和應(yīng)用;
(4)大壩安全監(jiān)測應(yīng)充分利用科技進步,走向即時化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化。
總之,大壩安全監(jiān)測就是利用一切手段,確保大壩以較少的投入來保證長期、穩(wěn)定、安全的運行,實現(xiàn)效益的最大化。
參考文獻
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關(guān)鍵詞:煤礦安全環(huán)境監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)
引言
監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)是融計算機技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)和電子技術(shù)為一體的綜合自動化產(chǎn)品,當(dāng)將其作為一種安全預(yù)防技術(shù)設(shè)施應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)和社會生活中時,就稱其為安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。在我國的工業(yè)安全事故中,煤炭工業(yè)的安全事故較為頻發(fā)且性質(zhì)嚴(yán)重,尤其以生產(chǎn)礦井瓦斯爆炸事故最為突出。為此,國家有關(guān)安全生產(chǎn)監(jiān)督管理部門專門制定了“先抽后采,監(jiān)測監(jiān)控,以風(fēng)定產(chǎn)”的十二字指導(dǎo)方針,由此可見,煤礦安全環(huán)境監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)在煤礦安全生產(chǎn)中的重要地位。
一、煤礦安全環(huán)境監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)組成
根據(jù)所述及概念,監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的功能一是“測”,即檢測各種環(huán)境安全參數(shù)、設(shè)備工況參數(shù)、過程控制參數(shù)等;二是“控”,即根據(jù)檢測參數(shù)去控制安全裝置、報警裝置、生產(chǎn)設(shè)備、執(zhí)行機構(gòu)等。若系統(tǒng)僅用于生產(chǎn)過程的監(jiān)測,當(dāng)安全參數(shù)達到極限值時產(chǎn)生顯示及聲、光報警等輸出,此類系統(tǒng)一般稱為監(jiān)測系統(tǒng);除監(jiān)測外還參與一些簡單的開關(guān)量控制,如斷電、閉鎖等,此類系統(tǒng)一般稱為監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。
煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)測控系統(tǒng)層次上一般是分為兩級或三級管理的計算機集散系統(tǒng),一般包含測控分站級和中心站級。每個測控分站負責(zé)某幾路傳感器信號的采集和某個執(zhí)行機構(gòu)的控制,實現(xiàn)了采集、控制分散;中心站負責(zé)數(shù)據(jù)的處理、儲存、傳輸,實現(xiàn)了管理的集中。中心站與分站和計算機網(wǎng)絡(luò)之間的通信、傳感器到測控分站的數(shù)據(jù)傳輸、測控分站到執(zhí)行或控制裝置信號的傳輸,是通過傳輸信道實現(xiàn)的。
監(jiān)測系統(tǒng)一般由地面中心站,井下工作站,傳輸系統(tǒng)三部分組成。地面中心站一般有傳輸接口裝置和若干臺計算機,電源,數(shù)據(jù)處理及系統(tǒng)運行軟件,存貯、打印、顯示等裝置組成。為了計算機穩(wěn)定工作,一般還配備了機房恒溫調(diào)節(jié),不間斷電源等輔助設(shè)施。
井下分站和傳感器構(gòu)成井下工作站。井下分站的作用是,一方面對傳感器送來的信號進行處理,使其轉(zhuǎn)換成便于傳輸?shù)男盘査偷降孛嬷行恼?;另一方面,將地面中心站發(fā)來的指令或從傳感器送來應(yīng)由分站處理的有關(guān)信號經(jīng)處理后送至指定執(zhí)行部件,以完成預(yù)定的處理任務(wù),如報警、斷電、控制局扇開啟等;并向傳感器提供電源。
傳輸系統(tǒng)是用來將井下信息傳輸至地面和將地面中心站監(jiān)控指令傳輸至井下分站的信息媒介。信道,信息傳輸?shù)耐ǖ?,監(jiān)測系統(tǒng)大多采用專用通訊電纜作為信道。傳感器與分站之間一般采用直接傳輸方式。我國國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定傳感器的輸出信號應(yīng)滿足以下幾種信號:模擬量信號有三種,頻率輸出(5~15HZ);電流輸出為0~5mA;電壓輸出為0~100mV;開關(guān)量信號輸出一般有±0.1mA、±5mA和200~1000HZ等。
二、煤礦安全環(huán)境監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)
根據(jù)安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的組成,其主要技術(shù)指標(biāo),主要是以組成系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)為特征。
2.1測控分站容量:是輸入、輸出量的個數(shù)及類型。例如,模入8,開入4個接點信號、4個電流形式信號等;開出4個TTL電平、4個繼電器觸點輸出等。
接配傳感器:是指所接配傳感器的種類、型號、測量范圍、輸出信號形式、供電電壓、精度等。
檢測精度:是反映分站性能優(yōu)劣的主要指標(biāo)之一,一般用滿量程的相對誤差來表示。數(shù)值越小,則檢測精度越高。
另外,還有分辨率、轉(zhuǎn)換時間、傳輸距離等指標(biāo)。
2.2中心站主機型號及配置:CPU型號,內(nèi)存容量,硬盤容量,軟驅(qū)數(shù)量、規(guī)格,配置外設(shè)的種類、型號、數(shù)量等,另外,還有備用主機的情況。
容量:即系統(tǒng)可帶分站的數(shù)量,例如,井下100個分站,地面10個分站。
傳輸速率:數(shù)字傳輸?shù)牟ㄌ芈?,例如?00bit/s,1200bit/s。波特率越高,傳輸效率越高。
另外,還有傳輸距離、可靠性等指標(biāo)。
2.3系統(tǒng)信息管理軟件開放性好:組態(tài)軟件數(shù)據(jù)庫提供了開放數(shù)據(jù)訪問接口,可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的二次開發(fā)。
安全性良好:所有的設(shè)計方案都充分考慮了系統(tǒng)的安全性,使用采集系統(tǒng)對監(jiān)控系統(tǒng)的影響達到最小。
數(shù)據(jù)容量大:采用虛擬內(nèi)存管理技術(shù),理論上數(shù)據(jù)存儲是無限制的(受硬盤空間和內(nèi)存大小的影響)。
另外,還有響應(yīng)速度、運行是否穩(wěn)定、擴展性是否強、兼容性好等衡量指標(biāo)。
2.4防爆及防爆標(biāo)志根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,爆炸危險環(huán)境用電設(shè)備分為2類。有瓦斯爆炸危險的礦井使用的電氣設(shè)備為I類,除瓦斯礦井以外的爆炸危險場所使用的電氣設(shè)備為II類。II類電氣設(shè)備又分為A、B、C三級,這是根據(jù)使用場所的爆炸性混合物最大試驗安全間隙或最小點燃電流來分的。II類電氣設(shè)備還按最高表面溫度的不同,分為T1-T6共6組。防爆型設(shè)備在外殼上的總標(biāo)志為:“Ex”。
防爆型電氣設(shè)備按防爆結(jié)構(gòu)的不同,可以分為以下幾種類型:增安型、隔爆型、本質(zhì)安全型、通風(fēng)充氣型、充油型、無火花型、特殊型等等。
三、煤礦安全環(huán)境監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的種類
監(jiān)測系統(tǒng)按工作側(cè)重點分為環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)和工況監(jiān)測系統(tǒng)兩大類。每種系統(tǒng)又可能包含若干子系統(tǒng)。如環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)可能配備瓦斯突出預(yù)報子系統(tǒng)、頂板監(jiān)測子系統(tǒng);工況監(jiān)測系統(tǒng)可能配有綜采監(jiān)控、膠帶監(jiān)控等各類子系統(tǒng)。
環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)一般側(cè)重于監(jiān)測采掘工作面、機電硐室、采區(qū)主要進回風(fēng)道等自然環(huán)境的參數(shù),其主要功能為監(jiān)測低濃度沼氣(4%以下)、高濃度沼氣(4%~100%)、一氧化碳、二氧化碳、氧氣、溫度、風(fēng)量、風(fēng)速、負壓、礦壓、地下水、通風(fēng)設(shè)施、煤塵、煙霧等參數(shù),除實時顯示檢測數(shù)據(jù)外,還應(yīng)按《煤礦安全規(guī)程》的要求及各礦井實際情況,在一定地點及工作場所設(shè)置報警(燈光、音響)和執(zhí)行裝置,以便防止和預(yù)報災(zāi)害。
工況監(jiān)測系統(tǒng)一般側(cè)重于監(jiān)測機電設(shè)備,其主要監(jiān)測參數(shù)有采區(qū)產(chǎn)量、井下煤倉煤位、采煤機機組位置、運輸機械、提升機械監(jiān)控、設(shè)備故障監(jiān)測及效率監(jiān)測等等。但生產(chǎn)工況監(jiān)測信息并非全部要傳輸?shù)郊斜O(jiān)控系統(tǒng)之中。
一些大的監(jiān)控系統(tǒng)通常包括環(huán)境監(jiān)測與工況監(jiān)測兩大功能,適應(yīng)性更為廣泛。
四、煤礦安全環(huán)境監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為集中式和分布式。
1.1監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)人員安全意識單薄
一方面,煤礦企業(yè)內(nèi)部的管理體制不健全,思想教育宣傳工作不到位,對職工的物質(zhì)和精神生活關(guān)心程度低,尤其是對于公職人員思想政治工作放松等等。企業(yè)和家庭沒有營造有關(guān)安全生產(chǎn)的氛圍以及政府對安全教育的監(jiān)管和投入有待加強;另一方面,煤礦工作人員安全意識薄弱,沒有將“安全第一”這根細弦繃緊,在實際的工作中總是存在僥幸心理、投機取巧的心理,圖省事,不想麻煩,貪近利,而且有些老員工認(rèn)為自己已工作多年,有著豐富的經(jīng)驗,居功自傲,不將企業(yè)的管理放在眼里,習(xí)慣對待新問題,不按照嚴(yán)格的操作流程辦事,無視全部知識和操作技能,這是造成事故發(fā)生的一個重要因素。
1.2安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備落后
系統(tǒng)的主要傳感器,如甲烷傳感器,在經(jīng)過多年的技術(shù)完善,穩(wěn)定性和實用性已有了大的改善,,但是在實際的應(yīng)用中還是出現(xiàn)了許多問題。如:在井下瓦斯涌出量大的情況下黑白元件反復(fù)被有害氣體沖擊,造成了零點漂移并使其催化性能降低,黑白原件加速衰老,抗高能沖擊沖擊性變差造成了原件使用壽命低、穩(wěn)定性差、誤差率較高等現(xiàn)象:抗中毒性能差;載體催化元件制作工藝較低。例如:前幾年對福州煤礦監(jiān)測系統(tǒng)的排查中發(fā)現(xiàn),其使用的是我國第一批KJ系列監(jiān)控系統(tǒng),由多家科研單位開發(fā),其數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng),也是有不同企業(yè)和機構(gòu)完成的,設(shè)備比較落后。
1.3安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的針對性較弱
監(jiān)測系統(tǒng)的安全性問題,雖然在理論上是一回事,但在實際的操作過程中會受到許多條件的限制,如地理環(huán)境、開采的條件、巖力學(xué)性質(zhì)、開采的工藝等因素的影響,因而對煤礦安全監(jiān)控檢測的分析要實現(xiàn)地域、地質(zhì)的針對性研究,難以實現(xiàn)對于監(jiān)測監(jiān)控的準(zhǔn)確度,難以實現(xiàn)安全保證。例如山西煤田的地址結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,地質(zhì)結(jié)構(gòu)為傾斜的薄煤層,穩(wěn)定性極差,使得山西煤田的開采量較低的情況,生產(chǎn)力只能打到5萬、6萬,但是按照相關(guān)產(chǎn)業(yè)的規(guī)定,每個礦井只能布置“一采兩掘”。為了應(yīng)付上級的檢查,監(jiān)控點就設(shè)置在這個地方。在實際的操作過程中,由于開采條件較為惡劣,因而多個采礦工作面被隱蔽起來,但礦井恰恰在井下工作人員密集的地方因不符合相關(guān)規(guī)定而不布置監(jiān)控探頭,這使監(jiān)測系統(tǒng)的針對性沒有得到體現(xiàn)。
2煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的解決措施
2.1加強監(jiān)測監(jiān)控人員的安全意識
針對監(jiān)測監(jiān)控人員的自身素質(zhì)方面的缺陷,由于他自身原因和外部原因的存在,在實際的企業(yè)管理中,應(yīng)對監(jiān)控方面進行嚴(yán)格的規(guī)定,明確職責(zé),使每個工作人員樹立“安全大于天”的觀念,加強工作人員的崗前培訓(xùn),使他們掌握正確的操作規(guī)范,確保他們嚴(yán)格遵守這些規(guī)則,當(dāng)然實際的培訓(xùn)不僅包括理論培訓(xùn),還包括現(xiàn)實中的技能培訓(xùn),將理論結(jié)合實際,使監(jiān)測監(jiān)控人員提升安全意識。如:開展每周的思想教育課,宣傳安全思想;組織隊伍到工作者的家里了解他們的物質(zhì)和精神追求,使他們在實際的工作中不再擔(dān)心家里的一切,安心工作,免后顧之憂。
2.2建立監(jiān)控系統(tǒng)
由于我們的監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備有其自身的弊端,因而我們運用現(xiàn)代技術(shù),相應(yīng)地建立一套監(jiān)控系統(tǒng)。派遣工作人員輪流值班,可以有效的提高工作效率,另外,我們要做好煤礦檢測設(shè)備及檔案的相關(guān)管理,時時關(guān)注設(shè)備的使用情況以便進行必要維護。設(shè)置專業(yè)的維修人員,定期對設(shè)備進行維修,確保監(jiān)控系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)并對煤礦的瓦斯監(jiān)測數(shù)據(jù)進行記錄,繪制圖表,確保工作人員的生命安全。
2.3提高監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備性能
設(shè)備既然落后,那安全性能就無法保證??蒲袡C構(gòu)需研制高性能的瓦斯傳感器,尋找一種解決系統(tǒng)兼容性的途徑或指定相關(guān)的準(zhǔn)有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),對檢測系統(tǒng)的推廣意義重大;甲烷傳感器的安裝地點的環(huán)境濕度較大,建議每個礦井備用一個甲烷傳感器,而且必須定時檢測維修,進行干燥處理;巖巷破爆以后,傳感器應(yīng)及時撤回,并且距離也有一定的規(guī)定,即不小于50米,避免爆破震動損壞傳感器;要定期擦拭風(fēng)速傳感器橫桿,確保測量值的準(zhǔn)確性。例如煤礦在用的監(jiān)控設(shè)備的原制作單位取得MA標(biāo)志后,與礦長積極協(xié)商,制定方案,對系統(tǒng)進行改造,重點在于;一是統(tǒng)一采用顯示格式的系統(tǒng)軟件,二是如果配置穩(wěn)定性在15天以上的傳感元件或傳感器等關(guān)聯(lián)設(shè)備,嚴(yán)禁使用未經(jīng)國家授權(quán)的安全生產(chǎn)監(jiān)測機構(gòu)進行安全性的監(jiān)測。其工作在2016年之前完成,如果還有未取得新的MA標(biāo)志的,就應(yīng)該淘汰掉,在此之前,用系統(tǒng)的制造廠家繼續(xù)為煤礦廠提供備件因而設(shè)備的性能對其監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)十分關(guān)鍵,我們要提高創(chuàng)新精神,努力研發(fā)新的技術(shù),生產(chǎn)新的產(chǎn)品和軟件,使這些更好的應(yīng)用到煤礦的監(jiān)控工作中去,將那些落后的設(shè)備淘汰,新設(shè)備做好定期的監(jiān)測和維修工作,為安全監(jiān)測監(jiān)控工作提供保障。
3結(jié)語
關(guān)鍵詞:煤礦安全;監(jiān)測監(jiān)控;新標(biāo)準(zhǔn);升級改造
一、監(jiān)控系統(tǒng)升級改造的背景
2006年度,全國已有15萬個煤礦裝備了安全監(jiān)控系統(tǒng),國有重點煤礦的系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)工作已經(jīng)基本結(jié)束,國有地方和鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦已有大半實施聯(lián)網(wǎng)工程。但是由于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定工作相對落后,致使煤礦在使用安全監(jiān)控方面存在諸多問題,不能較好發(fā)揮應(yīng)有作用,甚至還存在較大安全隱患。為此國家局急需制定規(guī)范性標(biāo)準(zhǔn),以指導(dǎo)煤礦正確使用維護安全監(jiān)控系統(tǒng)和檢測儀器,使系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)發(fā)揮作用。經(jīng)過一年多的征稿和編制等裝備工作,國家局下發(fā)了《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)通用技術(shù)要求(AQ6201-2006)》有關(guān)的規(guī)定,要求國有煤礦在2007年底前升級改造完畢。隨后國家安全生產(chǎn)管理總局于2007年元月4日又了《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)及檢測儀器使用管理規(guī)范》(1029-2007)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)一并貫徹實施。
二、某煤電十礦安全監(jiān)控系統(tǒng)簡介
某煤礦是新建礦井,設(shè)計能力為60萬噸,2000年3月投產(chǎn)時期安裝的礦井安全生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)是河南理工大學(xué)(焦作工學(xué)院)研制的KJ93型。該系統(tǒng)裝備由焦作工學(xué)院、鎮(zhèn)江中煤電子有限公司兩家設(shè)備組成,系統(tǒng)具有安全監(jiān)測和生產(chǎn)調(diào)度兩項功能,并以焦作工學(xué)院研制的操作系統(tǒng)KJ93型為主,但井下除分站外,各類傳感器、斷電儀、電源箱均為鎮(zhèn)江中煤電子有限公司的產(chǎn)品。經(jīng)過幾年的運行,該系統(tǒng)運行故障率高,有時監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸中斷,經(jīng)常出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失,報表打印異常等故障,日常維護工作量大,售后服務(wù)跟不上,遇到技術(shù)問題時兩個廠家相互推脫,系統(tǒng)的異常運行嚴(yán)重影響了煤礦的安全生產(chǎn),為此于2004年6月份對該系統(tǒng)進行了改造,改造成鎮(zhèn)江中煤的KJ101監(jiān)控系統(tǒng),并于同年7月份改造施工完畢,經(jīng)驗收合格,實現(xiàn)了安全監(jiān)測監(jiān)控的獨立運行系統(tǒng),完善了礦井安全監(jiān)測裝備,拓展了系統(tǒng)功能,提升了礦井安全水平,為煤礦安全生產(chǎn)提供了保障。但是在近3年多的實際應(yīng)用中,還是存在一些問題,如系統(tǒng)檢測“冒大數(shù)”頑癥;維護數(shù)據(jù)庫不良容易造成系統(tǒng)死機;主操作系統(tǒng)引起的短路;斷電及巡檢跟蹤時間緩慢等,這些都與新標(biāo)準(zhǔn)不相符合,因此有必要按照新的監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)進行升級改造。
三、根據(jù)新標(biāo)準(zhǔn)要求我礦監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題
此次AQ6201-2006新標(biāo)準(zhǔn)實施的精華部分就是改善系統(tǒng)抗干擾性能,以期能杜絕虛假數(shù)據(jù),誤報警、冒大數(shù)、解決系統(tǒng)快響應(yīng)速度和數(shù)據(jù)可靠性的矛盾。而我礦的監(jiān)控系統(tǒng)在該方面表現(xiàn)比較突出,在運行使用過程中存在以下幾方面的問題急待解決。
1、由于多方面的原因容易造成系統(tǒng)檢測
“冒大數(shù)”,給日常安全生產(chǎn)管理帶來較大影響。由于KJ101系統(tǒng)中從傳感器到分站的信號傳輸方式,使用的200-1000頻率脈沖方式,分站單片機采用計數(shù)方式采集信號,這種方式在原理上就存在著嚴(yán)重缺陷,上千伏的瞬變脈沖信號疊加到信號線上后,單片機無法識別干擾與信號,立刻會出現(xiàn)數(shù)字錯亂、重新啟動、胡亂報警等頑癥,根本不符合新標(biāo)準(zhǔn)要求。
2、在對大量的數(shù)據(jù)庫管理方面存在漏洞,一旦維護數(shù)據(jù)庫不良容易造成系統(tǒng)死機,甚至導(dǎo)致系統(tǒng)短路故障,給安全生產(chǎn)帶來很大隱患。
3、系統(tǒng)在正常巡檢中存在斷電時間及巡檢跟蹤時間緩慢的現(xiàn)象。加上還要兼顧顯示處理、數(shù)值超限判斷、斷電控制、與地面通信等任務(wù),不可能達到2秒鐘內(nèi)執(zhí)行完斷電控制,這些都與AQ6201-2006新標(biāo)準(zhǔn)“快速斷電”的要求不相符合,因此有必要按照新的監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)進行進行升級改造。
4、系統(tǒng)沒有實現(xiàn)自動監(jiān)控功能,無法保證在發(fā)生系統(tǒng)故障時在5min內(nèi)投入使用。有必要根據(jù)新標(biāo)準(zhǔn)要求監(jiān)控中心微機主、備機同時運行,實現(xiàn)自動切換,確保規(guī)定時間內(nèi)實現(xiàn)備份主機投入工作狀態(tài)。
5、還有新標(biāo)準(zhǔn)軟件的四統(tǒng)一問題。根據(jù)新標(biāo)準(zhǔn)要求安全監(jiān)控系統(tǒng)要統(tǒng)一界面、統(tǒng)一報表、統(tǒng)一菜單、統(tǒng)一功能,這樣是為了方便煤礦安全監(jiān)察人員檢查,不管是多復(fù)雜的系統(tǒng),命令菜單都是一致的,哪里有問題很容易發(fā)現(xiàn)。
四、系統(tǒng)升級改造方法及步驟
(一)KJ101N新型監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)改造簡介:此次系統(tǒng)升級改造是把原來的KJ101監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)升級改造成符合國家(AQ1029)新標(biāo)準(zhǔn)的KJ101N系統(tǒng),即從地面的微機監(jiān)控室主機到井下的監(jiān)控設(shè)備全部更換。井下監(jiān)控儀(KJF19)逐臺更換成新的四模四開(KJ101N-F1)具有FSK傳輸形式的監(jiān)控儀,并逐步更換具有串行碼傳輸?shù)募淄閭鞲衅?徹底杜絕系統(tǒng)“冒大數(shù)”的頑癥,提高了系統(tǒng)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性、可靠性。并對我礦現(xiàn)有的三套瓦斯抽放子系統(tǒng)同時升級改造,并增加流量顯示傳感器;還將增加一套地面瓦斯發(fā)電機組正壓側(cè)的瓦斯計量綜合系統(tǒng)。改造期間新舊系統(tǒng)同時運行,提前調(diào)通新系統(tǒng)的傳輸主線,待改造完畢再分路統(tǒng)一掛接在新的系統(tǒng)上,新系統(tǒng)獨立工作。新的系統(tǒng)改造一臺要及時聯(lián)網(wǎng)運行一臺,保持新系統(tǒng)的正常監(jiān)測、傳輸,并實現(xiàn)各閉鎖,饋電、開關(guān)量等功能,通過升級改造要達到“兩秒”瓦斯超限快速斷電的要求。
(二)改造方法:監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)升級改造可以有多種選擇方案,根據(jù)我礦的實際情況,結(jié)合系統(tǒng)特點,我們確定更換分站和改造新四模四開分站的方法,具體方案見以下改造步驟。
(三)改造步驟:首先在地面安裝好主控制室微機系統(tǒng)及KJ101N系統(tǒng)支持軟件,新系統(tǒng)的主傳輸線事先必須調(diào)通,聯(lián)網(wǎng)試運行。利用公司以舊換新的新監(jiān)控儀和新型主板逐臺更換和改造井下分站,更換后還要運行老的甲烷傳感器,待新的設(shè)備到位后逐步更換的具有串行碼功能的新甲烷傳感器,具體施工步驟及安排(略)。
五、監(jiān)測監(jiān)控改造工期及施工計劃安排(略)
六、系統(tǒng)升級改造保障措施
在改造期間,將影響到原系統(tǒng)的正常監(jiān)測,為了保證系統(tǒng)改造工作的順利進行,確保改造期間的正常安全生產(chǎn),根據(jù)系統(tǒng)升級改造的特點,特制定有以下系統(tǒng)升級改造期間的綜合安全技術(shù)措施。
(一)保證系統(tǒng)改造施工的安全措施:(略)
(二)加強系統(tǒng)改造期間瓦斯檢查的安全措施:(略)
(三)施工供電安全措施:(略)
七、系統(tǒng)升級改造效果
礦井監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)過升級改造,能夠滿足新標(biāo)準(zhǔn)(AQ1029-2007)各項要求,并解決了系統(tǒng)存在的頻頻冒大數(shù)頑癥,有效防止了遇有線路接觸不良或電磁干擾就會造成“假數(shù)”信號,增強了干擾防護能力;提高了斷電性能,達到2秒“快速斷電”要求;實現(xiàn)了統(tǒng)一的顯示界面和標(biāo)準(zhǔn)的報表格式;完善了工作主機和工作備機的及時轉(zhuǎn)換。由于該系統(tǒng)具有先進的技術(shù)支持,能夠按照新標(biāo)準(zhǔn)要求運行,提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性,在煤礦安全生產(chǎn)中將起到?jīng)Q定性的作用。同時由于各級監(jiān)管部門能夠及時監(jiān)督煤礦監(jiān)測設(shè)備的運行情況,大大提高了設(shè)備的使用率和完好率,因此它對改善煤礦安全狀況和促進煤礦行業(yè)技術(shù)進步有著重要的意義,對新標(biāo)準(zhǔn)的推廣實施更有借鑒意義,也是貫徹執(zhí)行國家法律法規(guī)安全發(fā)展的具體表現(xiàn)。:
參考文獻:
1.蘇遜,張勇;怎樣充分發(fā)揮煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的作用[J];煤礦現(xiàn)代化;2002年01期
關(guān)鍵詞:大壩安全監(jiān)測;時空;運行管理;網(wǎng)絡(luò)
眾所周知,大壩是一種特殊建筑物,其特殊性主要表現(xiàn)在如下3個方面:①投資及效益的巨大和失事后造成災(zāi)難的嚴(yán)重性;②結(jié)構(gòu)、邊界條件及運行環(huán)境的復(fù)雜性;③設(shè)計、施工、運行維護的經(jīng)驗性、不確定性和涉及內(nèi)容的廣泛性。以上特殊性說明了要準(zhǔn)確了解大壩工作性態(tài),只能通過大壩安全監(jiān)測來實現(xiàn),同時也說明了大壩安全監(jiān)測的重要性。事實上,大壩安全監(jiān)測已受到人們的廣泛重視,我國已先后頒布了差阻式儀器標(biāo)準(zhǔn)及監(jiān)測儀器系列型譜、《水電站大壩安全檢查實施細則》、《混凝大壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》、《水庫大壩安全管理條例》、《土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》等,同時,國際大壩會議也多次討論過大壩安全問題[1]。
大壩安全監(jiān)測是人們了解大壩運行性態(tài)和安全狀況的有效手段。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、管理水平的提高及人們觀念的轉(zhuǎn)變,大壩安全監(jiān)測的內(nèi)涵也進一步加深。為此,筆者從分析影響大壩安全的因素入手,對大壩安全監(jiān)測的若干問題進行探討。
1影響大壩安全的因素
影響大壩安全的因素很多,據(jù)國際大壩會議“關(guān)于水壩和水庫惡化”小組委員會記錄的1100座大壩失事實例,從1950年至1975年大壩失事的概率和成因分析中得出大壩失事的頻率和成因分別為:30%是由于設(shè)計洪水位偏低和泄洪設(shè)備失靈引起洪水漫頂而失事;27%是由于地質(zhì)條件復(fù)雜,基礎(chǔ)失穩(wěn)和意外結(jié)構(gòu)事故;20%是由于地下滲漏引起揚壓力過高、滲流量增大、滲透坡降過大引起;11%是由于大壩老化、建筑材料變質(zhì)(開裂、侵蝕和風(fēng)化)以及施工質(zhì)量等原因;12%是不同的特有原因所致。
通過上面的數(shù)值可以作如下分析:大壩失事的原因很多、涉及范圍也很廣,但大致可以分成3類。第一類是由設(shè)計、施工和自然因素引起,它沒有一個從量變到質(zhì)變的過程,而是一旦大壩建成就已確定了的,如設(shè)計洪水位偏低、混凝土標(biāo)號過低、未考慮地震荷載等;第二類是在運行、管理過程中逐步形成的,有一個從量變到質(zhì)變的發(fā)展過程,如沖刷、浸蝕、混凝土的老化、金屬結(jié)構(gòu)的銹蝕等;第三類是上述兩種混合情況,即設(shè)計、施工中的不完善在運行中得不到改正,或者說隨著時間的推移和運行管理的不力使設(shè)計、施工中的隱患發(fā)展為破壞。就目前而言,大壩安全監(jiān)測主要是針對后兩種情況。下面將從設(shè)計、施工、運行維護3個階段來討論,著重強調(diào)目前大壩安全監(jiān)測容易忽視的一些方面。
1.1設(shè)計階段
眾所周知,在設(shè)計階段,壩址的確定決定了地形、地質(zhì)、地震發(fā)生頻率及水文條件等;樞紐的總體布置、壩型及結(jié)構(gòu)、材料選擇和分區(qū)、水文資料的收集及洪水演算、地質(zhì)勘探等都將影響大壩的安全。1980年6月19日,烏江渡水庫泄洪水霧引起開關(guān)站出線相間短路跳閘、引出線燒斷、工地停電,類似情況1980年6月23日在黃龍灘、1986年9月3日在白山等也曾發(fā)生。以上事故的發(fā)生引起工地停電和泄洪閘門不能開啟的嚴(yán)重后果,均是由于整體布置不合理,對泄洪水霧飄移危害認(rèn)識不夠所致??κ惨患壌髩挝挥诟叩卣鹆叶葏^(qū),粘土斜墻壩的抗震性能差,而設(shè)計又將防滲膜放在斜墻下游側(cè),形成潛在的最薄弱滑裂面,因而在1985年大地震時,迎水面滑落庫中,其原因是壩體結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理。綜上所述,大壩的許多安全隱患是由設(shè)計階段留下的,特別是水文計算及地質(zhì)勘探和處理兩個方面,如紀(jì)村壩基紅層問題,前期勘探工作不夠是重要原因之一[2]。
1.2施工階段
施工階段能否貫徹設(shè)計意圖、確保施工質(zhì)量,特別是有效解決施工中發(fā)現(xiàn)的新問題是確保大壩安全的關(guān)鍵因素之一,如混凝土壩的溫控措施、土石壩的碾壓及防滲排水結(jié)構(gòu)的施工、有關(guān)泄洪建筑物的機電安裝等都將直接影響大壩的安全??κ惨患壌髩卧?982年施工中,其壩體及防滲墻都未進行碾壓,致使密實度降低,在強震時容易液化和沉陷,這也是1985年地震時引起大壩整體破壞原因之一。
1.3運行管理
運行管理涉及水庫調(diào)度、大壩及附屬機電設(shè)施檢查、監(jiān)測手段及資料分析方法、大壩安全狀況評價等,其中每一環(huán)節(jié)都事關(guān)大壩的安全。。佛子嶺大壩1969年發(fā)生的漫頂事故,其重要原因就是因為盲目追求灌溉效益,汛期不適當(dāng)?shù)靥Ц哌\行水位所致;陳村大壩出現(xiàn)的105m高程水平裂縫與大壩長期遭遇高溫低水位運行工況有關(guān)[3];佛子嶺、磨子潭和溝后水庫等在泄洪閘門開啟的關(guān)鍵時刻都出現(xiàn)了電源中斷這一嚴(yán)重問題,說明了備用電源及汛前檢查有關(guān)泄洪設(shè)備(施)的重要性,更不用說對大壩進行全面的巡視檢查、儀器監(jiān)測和及時的資料分析了。這里還要強調(diào)的一點就是聯(lián)合調(diào)度問題,在梯級水庫調(diào)度中這一點顯得特別重要,如石漫灘水庫潰壩與上游的元門水庫潰壩是密不可分的。
2大壩安全監(jiān)測的目的和意義
眾所周知,大壩安全監(jiān)測有校核設(shè)計、改進施工和評價大壩安全狀況的作用,且重在評價大壩安全。筆者認(rèn)為,大壩安全監(jiān)測的淺層意義是為了人們準(zhǔn)確掌握大壩性態(tài);深層意義則是為了更好地發(fā)揮工程效益、節(jié)約工程投資。大壩安全監(jiān)測不僅是為了被監(jiān)測壩的安全評估,還要有利于其他大壩包括待建壩的安全評估。
3大壩安全監(jiān)測的新內(nèi)涵
通過以上分析可知,影響大壩安全的因素很多(壩址選擇、樞紐布置、壩體結(jié)構(gòu)、材料特性、水庫調(diào)度等)、時間跨度大(從設(shè)計施工到運行管理);大壩安全監(jiān)測的目的是為了在確保工程安全的前提下,更好地發(fā)揮工程效益。隨著科技的發(fā)展、人們觀念的變化,實現(xiàn)大壩安全監(jiān)測的手段和目的都有了一定程度的變化,筆者認(rèn)為可從如下幾方面進行理解。
3.1監(jiān)測范圍和內(nèi)容
規(guī)范[4][5]規(guī)定“大壩安全監(jiān)測范圍,包括壩體、壩基、壩肩,以及對大壩安全有重大影響的近壩區(qū)岸坡和其它與大壩安全有直接關(guān)系的建筑物和設(shè)備”。眾所周知,瓦依昂(Vajont)拱壩就是由于庫區(qū)發(fā)生大滑坡引起了潰壩;1961年3月6日,我國柘溪水電廠首次蓄水時,在大壩上游右岸1.55km處也曾發(fā)生大滑坡;佐齊爾拱壩1978年12月份發(fā)現(xiàn)拱冠向上游移動的原因就是因為離壩1.5km的地方在比壩低320m處開挖了一條排放地下水的隧洞所致??梢?,關(guān)系大壩安全的因素存在的范圍大,包括的內(nèi)容多,如泄洪設(shè)備及電源的可靠性、梯級水庫的運行及大壩安全狀況、下游沖刷及上游淤積、周邊范圍內(nèi)大的施工特別是地下施工爆破等。
大壩安全監(jiān)測的范圍應(yīng)根據(jù)壩址、樞紐布置、壩高、庫容、投資及失事后果等進行確定,根據(jù)具體情況由壩體、壩基推廣到庫區(qū)及梯級水庫大壩,大壩安全監(jiān)測的時間應(yīng)從設(shè)計時開始直至運行管理,大壩安全監(jiān)測的內(nèi)容不僅是壩體結(jié)構(gòu)及地質(zhì)狀況,還應(yīng)包括輔助機電設(shè)備及泄洪消能建筑物等。
3.2大壩安全監(jiān)測的針對性
大壩安全監(jiān)測是針對具體大壩的具體時期作出的,一定要有鮮明的針對性。
(1)時間上的針對性。
由于大壩施工期、初次蓄水期和大壩老化期是大壩安全容易出現(xiàn)問題的時期,因此在前一個階段監(jiān)測的重點應(yīng)是設(shè)計參數(shù)的復(fù)核和施工質(zhì)量的檢驗,而后者則應(yīng)是針對材料老化[7]和設(shè)計復(fù)核進行。
大壩的破壞機理研究至今還是一個薄弱環(huán)節(jié),關(guān)鍵是原型破壞試驗作不了,因此,加強對潰壩的分析是非常有必要的。這就要求大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)在關(guān)鍵時候能發(fā)揮作用,能得到關(guān)鍵數(shù)據(jù);
(2)空間結(jié)構(gòu)上的針對性。
針對具體的壩址、壩型和結(jié)構(gòu)有針對性地加強監(jiān)測,如針對面板堆石壩面板與趾板之間的防滲、碾壓混凝土壩的層間結(jié)構(gòu)、高強震地區(qū)均質(zhì)土壩的液化、薄拱壩壩肩的穩(wěn)定、破碎地基及深覆蓋層上筑壩的基礎(chǔ)處理及防滲、多泥沙河流的泥沙淤積、庫岸高邊坡的穩(wěn)定等。由于總體布置不合理,泄洪水霧有可能引起跳閘等問題,應(yīng)注意對霧化的監(jiān)測和汛期對備用電源的檢查等。再者,大壩監(jiān)測應(yīng)和大壩設(shè)計、施工和運行管理互相補充,特別是在設(shè)計中運用新結(jié)構(gòu)、新方法、新材料,施工時發(fā)現(xiàn)新的地質(zhì)構(gòu)造和地質(zhì)條件。運行遇到不利工況時,大壩安全監(jiān)測理應(yīng)成為檢驗設(shè)計、施工及運行效果的必要手段,從而為采取必要的工程措施以確保大壩安全創(chuàng)造條件。
3.3監(jiān)測手段和方法
大壩安全監(jiān)測包括巡視檢查和儀器監(jiān)測[4],筆者認(rèn)為巡視檢查和儀器監(jiān)測是分不開的。前者也要盡可能的利用當(dāng)今的先進儀器和技術(shù)對大壩特別是隱患進行檢查,以便作到早發(fā)現(xiàn)早處理,如土石壩的洞穴、暗縫、軟弱夾層等很難通過簡單的人工檢查發(fā)現(xiàn),因此,必須借用高密度電阻率法、中間梯度法、瞬態(tài)面波法等進行檢查[6],從而完成對其定位及嚴(yán)重程度的判定。人工巡查和儀器監(jiān)測分不開的另一條原因是由于大壩的特殊性和目前儀器監(jiān)測的水平所決定的。大壩邊界條件和工作環(huán)境較為復(fù)雜,同時,由于材料的非線性(特別是土石壩),從而使監(jiān)測的難度增大;另一方面,目前儀器監(jiān)測還只能作到“點(小范圍)監(jiān)測”,如測縫計只能發(fā)現(xiàn)通過測點的裂(接)縫開度的變化,而不能發(fā)現(xiàn)測點以外裂(接)縫開度的變化;變形(滲流)測點監(jiān)測到的是壩體(基)綜合反應(yīng),因而難以進行具體情況的原因分析。正是由于上述原因,監(jiān)測手段和方法必須多樣化,即將各種監(jiān)測手段和方法[4][5]結(jié)合起來,將定性和定量監(jiān)測結(jié)合起來,如將傳統(tǒng)的變形、滲流、應(yīng)力應(yīng)變及溫度監(jiān)測同面波法、彩色電視、超聲波、CT、水質(zhì)分析等結(jié)合起來。隨著科技水平的發(fā)展,一種真正的“分布式測量系統(tǒng)”——光纖測量系統(tǒng)即將面世,水科院、國電公司成都院等單位已對此作了大量的研究,也曾在三峽作過試驗。該系統(tǒng)將光纖既作為傳感部件,又作為信號傳輸部件埋設(shè)于壩體中,使每一根光纖成為大壩的神經(jīng),感受大壩性態(tài)的變化并具體定位,從而使監(jiān)測走向立體和全方位。
目前,自動化系統(tǒng)還存在費用高、可靠性難以保證、監(jiān)測項目不全、安裝調(diào)試?yán)щy、實時化程度低等問題,筆者認(rèn)為一種費用低、安裝調(diào)試簡單、易維護、可以進行大范圍監(jiān)測、實時性高的系統(tǒng)才是發(fā)展方向。同時,監(jiān)測方法、監(jiān)測量的變化(如由標(biāo)量到矢量、由數(shù)值分析到圖象分析)必將導(dǎo)致分析方法的變化。
3.4大壩安全監(jiān)測的網(wǎng)絡(luò)化、智能化、效益化
在過去的許多年中,人們總是將觀測資料交由專職單位去分析,這樣做要花費大量的時間,不利于及時有效地掌握大壩性態(tài)和進行最優(yōu)的運行調(diào)度。同時,一般單位的資料分析總是在建立數(shù)學(xué)模型(特別是統(tǒng)計模型)的基礎(chǔ)上,缺乏與具體大壩的聯(lián)系及與設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)(穩(wěn)定、強度)的比較,也不利于監(jiān)測技術(shù)的提高。近期,一些單位在專家系統(tǒng)、人工智能及決策支持系統(tǒng)開發(fā)中,直接將監(jiān)測資料(如庫水位、溫度、應(yīng)力、揚壓力等)與設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)(穩(wěn)定、強度)對照起來用于壩體強度及穩(wěn)定校核是一種很好的思路。但是,目前的大壩安全監(jiān)測自動化水平多數(shù)還停留在部分監(jiān)測項目數(shù)據(jù)的自動采集上,難以滿足實際需要。事實上單憑監(jiān)控指標(biāo)來判別大壩安全是不完善的,因為目前的監(jiān)控指標(biāo)主要依靠經(jīng)驗和理論計算確定。前者人為因素大,后者由于計算理論、數(shù)學(xué)模型和邊界條件的假定,誤差也較大,實際應(yīng)用也值得商榷。如對于土石壩,當(dāng)上游庫水位驟降時測壓管水位不會超過監(jiān)控指標(biāo),但此時上游壩體有可能失穩(wěn)。我國自1987年開始的水電站大壩安全定期檢查(鑒定),是對大壩結(jié)構(gòu)性態(tài)和安全狀況的全面檢查和評價,已得到廣大科技人員認(rèn)可,實踐證明是有效的。它就是根據(jù)設(shè)計復(fù)核、壩基隱患、壩體穩(wěn)定、泄洪消能、庫區(qū)淤積及近壩庫岸滑坡等方面對大壩安全進行評價。因此,大壩安全評估軟件應(yīng)與大壩安全定檢內(nèi)容相適應(yīng),應(yīng)用專家系統(tǒng)和決策支持系統(tǒng)將大壩安全定檢的成功經(jīng)驗和監(jiān)測資料分析的有效方法結(jié)合起來,在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)與大壩監(jiān)測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、閘門監(jiān)控系統(tǒng)、水庫自動調(diào)度系統(tǒng)、水雨情測報系統(tǒng)的有機結(jié)合,將大壩安全作為約束條件,效益的最大化作為目標(biāo)函數(shù)才能適應(yīng)用戶和時代的需要。
最近,國家防總在建立全國防汛決策支持系統(tǒng)中將大壩安全監(jiān)測(工情監(jiān)測)作為整個系統(tǒng)的一個部分,從而突出水庫運行以效益為中心,大壩安全是約束條件的觀點。另一方面,在大壩失事或事故中,洪水漫頂占了相當(dāng)大的比例。試想:如果大壩某些性態(tài)異?;蜷l門起閉機損壞,而又不知近期洪水情況,如何在洪水到來時確保大壩安全?同時,運行也會影響大壩安全,如陳村大壩105m高程裂縫的出現(xiàn)及發(fā)展與不正確的運行方式有關(guān);碧口大壩1995年也因泥沙淤積在較短的時間內(nèi)將排沙洞口淤堵,威脅了電站安全。故為充分發(fā)揮水庫效益,確保大壩安全,必須盡可能將流域水情、梯級水庫調(diào)度情況及洪水預(yù)報、大壩安全監(jiān)測和本水庫運行調(diào)度結(jié)合起來。
另一方面,目前自動監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集軟件均有巡測和選測功能,為適應(yīng)“無人值班,少人值守”的要求,設(shè)置自動進行巡測、在線診斷、自動報警是對系統(tǒng)的必然要求。由于許多測值超差均由于自動化系統(tǒng)本身引起,故筆者建議在數(shù)據(jù)采集軟件中應(yīng)增如下功能:即當(dāng)某測值或其變化速率超過正常范圍時,系統(tǒng)應(yīng)立即對該測點進行多次重復(fù)測量或自動加密測次,以方便系統(tǒng)維護和資料分析。
隨著信息化的推廣,大壩安全監(jiān)測應(yīng)主動適應(yīng)時代要求,走向網(wǎng)絡(luò)化、智能化,采用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫、INTERNET/INTRANET技術(shù),建立全國的大壩安全監(jiān)測信息網(wǎng)是時代的要求。
4結(jié)語
通過以上分析可知,大壩安全監(jiān)測實際上是一種管理,包括信息采集、處理、結(jié)論的得出、措施的制定、信息的反饋,其根本目的是為了工程效益。綜合起來可以得出如下幾點:
(1)大壩安全監(jiān)測范圍空間上應(yīng)包括梯級水庫;時間上應(yīng)從設(shè)計開始。大壩安全監(jiān)測內(nèi)容應(yīng)包括與大壩安全有關(guān)的泄洪及機電設(shè)備;
(2)大壩安全監(jiān)測應(yīng)與氣象、水情、洪水預(yù)報及水庫調(diào)度結(jié)合起來,使之成為水庫運行調(diào)度決策支持系統(tǒng)的一部分,真正為工程效益的最大化服務(wù);
(3)大壩安全監(jiān)測應(yīng)將大壩安全評估與設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計參數(shù)(如安全系數(shù),可靠度指標(biāo))等指標(biāo)結(jié)合起來,充分利用大壩安全定檢的成功經(jīng)驗和方法,從而易于理解、掌握和應(yīng)用;
(4)大壩安全監(jiān)測應(yīng)充分利用科技進步,走向即時化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化。
總之,大壩安全監(jiān)測就是利用一切手段,確保大壩以較少的投入來保證長期、穩(wěn)定、安全的運行,實現(xiàn)效益的最大化。
參考文獻
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