時(shí)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(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的現(xiàn)狀，建設(shè)煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及教學(xué)科研一體化的開放實(shí)驗(yàn)很有必要。開發(fā)一套可編程控制的教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)———PLC實(shí)驗(yàn)教學(xué)模擬控制板及各種方便學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的監(jiān)測(cè)監(jiān)控組件，著重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)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(kuò)展性，形成一套安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)與科研拓展訓(xùn)練于一體的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)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?yàn)閷I(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(shí)驗(yàn)對(duì)象及實(shí)驗(yàn)設(shè)備。通過建設(shè)基于光纖通信的PLC主從式站點(diǎn)通信實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，提高學(xué)生對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)遠(yuǎn)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(dòng)控制的局扇瓦斯超限斷電模型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，提高學(xué)生對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的認(rèn)知和編程能力。整合調(diào)試實(shí)驗(yàn)室已有的KJ90型煤礦安全綜合監(jiān)控系統(tǒng)，基于PLC遠(yuǎn)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(jì)監(jiān)測(cè)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(cè)監(jiān)控這門課程是從事工業(yè)自動(dòng)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(chǎng)總線技術(shù)，了解安全監(jiān)測(cè)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(jì)步驟去分析和設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的控制系統(tǒng)。因?yàn)樵撜n程的理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)，所以為了提高教學(xué)效果，在學(xué)習(xí)理論知識(shí)的同時(shí)，必須利用課堂教學(xué)演示系統(tǒng)提高教學(xué)效果，加強(qiáng)認(rèn)知實(shí)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(huì)的需求。教學(xué)演示系統(tǒng)是為教學(xué)而設(shè)計(jì)，鑒于課堂教學(xué)的特殊性，其應(yīng)該具有以下幾個(gè)特點(diǎn):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(jī)一塊置于實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，隨時(shí)進(jìn)行編程和實(shí)驗(yàn)。2)實(shí)驗(yàn)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(jiǎn)易，在實(shí)驗(yàn)室可以實(shí)現(xiàn)即插即用，不用任何工具即可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。3)突出教學(xué)實(shí)習(xí)、實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)用性，具有模擬量和開關(guān)量多種輸入方式，設(shè)計(jì)了可以實(shí)現(xiàn)這兩種實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)K，簡(jiǎn)單實(shí)用。4)具有很好的可擴(kuò)展性。作為整個(gè)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(jìn)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(diǎn)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(jìn)行連接。在印刷板正面，通過導(dǎo)線將PLC及其擴(kuò)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(gè)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(kuò)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(shí)驗(yàn)效果明顯，便于觀察，可以增強(qiáng)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(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容豐富多樣，學(xué)生可以根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)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(shí)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(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)及整體的拓展訓(xùn)練
課程設(shè)計(jì)是本科實(shí)踐教學(xué)的一個(gè)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(jì)方式無法與自動(dòng)化信息化技術(shù)的發(fā)展及社會(huì)需求發(fā)展相適應(yīng)，為了提高學(xué)生的實(shí)踐能力，結(jié)合課堂教學(xué)的改革及開放實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，培養(yǎng)學(xué)生理論與實(shí)踐相結(jié)合能力、工程設(shè)計(jì)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(jì)題目、指導(dǎo)教師的主導(dǎo)作用及評(píng)分機(jī)制等教學(xué)內(nèi)容對(duì)課程設(shè)計(jì)的作用效果，構(gòu)建將多種教學(xué)元素與課程設(shè)計(jì)交匯融合的創(chuàng)新課程設(shè)計(jì)模式，對(duì)課程設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行全面改革和拓展。為了提高課程設(shè)計(jì)的教學(xué)實(shí)踐效果，具體通過以下幾個(gè)方面進(jìn)行改革:1)加強(qiáng)課堂教學(xué)與課程設(shè)計(jì)的交匯融合，在課堂教學(xué)中間階段適時(shí)地把課程設(shè)計(jì)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(jì)融會(huì)貫通，使學(xué)生在課程設(shè)計(jì)時(shí)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(lì)學(xué)生大膽創(chuàng)新，在課程設(shè)計(jì)的每一個(gè)環(huán)節(jié)都要融入創(chuàng)新思想和意識(shí)，選題一定要具有前沿性和挑戰(zhàn)性，設(shè)計(jì)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(lì)學(xué)生，增加網(wǎng)絡(luò)信息資源的查閱量，切實(shí)通過課程設(shè)計(jì)提高學(xué)生的理論知識(shí)和實(shí)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(jì)的指導(dǎo)過程中要做到因材施教，充分考慮學(xué)生間的個(gè)體差異及學(xué)習(xí)的層次基礎(chǔ)，分不同的難度系數(shù)對(duì)每一組學(xué)生安排課程設(shè)計(jì)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(jì)的評(píng)分機(jī)制，打破對(duì)設(shè)計(jì)圖紙和設(shè)計(jì)說明書進(jìn)行綜合評(píng)分確定總分的傳統(tǒng)方法，融入答辯式評(píng)分模式，最好能融入到設(shè)計(jì)的每個(gè)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(jì)的創(chuàng)新性和應(yīng)用性，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。
4結(jié)論
關(guān)鍵詞：大壩安全監(jiān)測(cè)；時(shí)空；運(yùn)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(gè)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(yùn)行環(huán)境的復(fù)雜性；③設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行維護(hù)的經(jīng)驗(yàn)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(cè)來實(shí)現(xiàn)，同時(shí)也說明了大壩安全監(jiān)測(cè)的重要性。事實(shí)上，大壩安全監(jiān)測(cè)已受到人們的廣泛重視，我國(guó)已先后頒布了差阻式儀器標(biāo)準(zhǔn)及監(jiān)測(cè)儀器系列型譜、《水電站大壩安全檢查實(shí)施細(xì)則》、《混凝大壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》、《水庫(kù)大壩安全管理?xiàng)l例》、《土石壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》等，同時(shí)，國(guó)際大壩會(huì)議也多次討論過大壩安全問題［1］。
大壩安全監(jiān)測(cè)是人們了解大壩運(yùn)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(cè)的內(nèi)涵也進(jìn)一步加深。為此，筆者從分析影響大壩安全的因素入手，對(duì)大壩安全監(jiān)測(cè)的若干問題進(jìn)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(guó)際大壩會(huì)議“關(guān)于水壩和水庫(kù)惡化”小組委員會(huì)記錄的1100座大壩失事實(shí)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(jì)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(yáng)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(jì)、施工和自然因素引起，它沒有一個(gè)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(jì)洪水位偏低、混凝土標(biāo)號(hào)過低、未考慮地震荷載等；第二類是在運(yùn)行、管理過程中逐步形成的，有一個(gè)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(jì)、施工中的不完善在運(yùn)行中得不到改正，或者說隨著時(shí)間的推移和運(yùn)行管理的不力使設(shè)計(jì)、施工中的隱患發(fā)展為破壞。就目前而言，大壩安全監(jiān)測(cè)主要是針對(duì)后兩種情況。下面將從設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行維護(hù)3個(gè)階段來討論，著重強(qiáng)調(diào)目前大壩安全監(jiān)測(cè)容易忽視的一些方面。
1.1設(shè)計(jì)階段
眾所周知，在設(shè)計(jì)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(kù)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(duì)泄洪水霧飄移危害認(rèn)識(shí)不夠所致?？κ惨患?jí)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(jì)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(shí)，迎水面滑落庫(kù)中，其原因是壩體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理。綜上所述，大壩的許多安全隱患是由設(shè)計(jì)階段留下的，特別是水文計(jì)算及地質(zhì)勘探和處理兩個(gè)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(jì)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(jī)電安裝等都將直接影響大壩的安全?？κ惨患?jí)大壩在1982年施工中，其壩體及防滲墻都未進(jìn)行碾壓，致使密實(shí)度降低，在強(qiáng)震時(shí)容易液化和沉陷，這也是1985年地震時(shí)引起大壩整體破壞原因之一。
1.3運(yùn)行管理
運(yùn)行管理涉及水庫(kù)調(diào)度、大壩及附屬機(jī)電設(shè)施檢查、監(jiān)測(cè)手段及資料分析方法、大壩安全狀況評(píng)價(jià)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?yàn)槊つ孔非蠊喔刃б?，汛期不適當(dāng)?shù)靥Ц哌\(yùn)行水位所致；陳村大壩出現(xiàn)的105m高程水平裂縫與大壩長(zhǎng)期遭遇高溫低水位運(yùn)行工況有關(guān)［3］；佛子嶺、磨子潭和溝后水庫(kù)等在泄洪閘門開啟的關(guān)鍵時(shí)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(duì)大壩進(jìn)行全面的巡視檢查、儀器監(jiān)測(cè)和及時(shí)的資料分析了。這里還要強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)就是聯(lián)合調(diào)度問題，在梯級(jí)水庫(kù)調(diào)度中這一點(diǎn)顯得特別重要，如石漫灘水庫(kù)潰壩與上游的元門水庫(kù)潰壩是密不可分的。
2大壩安全監(jiān)測(cè)的目的和意義
眾所周知，大壩安全監(jiān)測(cè)有校核設(shè)計(jì)、改進(jìn)施工和評(píng)價(jià)大壩安全狀況的作用，且重在評(píng)價(jià)大壩安全。筆者認(rèn)為，大壩安全監(jiān)測(cè)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(cè)不僅是為了被監(jiān)測(cè)壩的安全評(píng)估，還要有利于其他大壩包括待建壩的安全評(píng)估。
3大壩安全監(jiān)測(cè)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(kù)調(diào)度等)、時(shí)間跨度大(從設(shè)計(jì)施工到運(yùn)行管理)；大壩安全監(jiān)測(cè)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(shí)現(xiàn)大壩安全監(jiān)測(cè)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(jìn)行理解。
3.1監(jiān)測(cè)范圍和內(nèi)容
規(guī)范［4］［5］規(guī)定“大壩安全監(jiān)測(cè)范圍，包括壩體、壩基、壩肩，以及對(duì)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(kù)區(qū)發(fā)生大滑坡引起了潰壩；1961年3月6日，我國(guó)柘溪水電廠首次蓄水時(shí)，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(dòng)的原因就是因?yàn)殡x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(jí)水庫(kù)的運(yùn)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(cè)的范圍應(yīng)根據(jù)壩址、樞紐布置、壩高、庫(kù)容、投資及失事后果等進(jìn)行確定，根據(jù)具體情況由壩體、壩基推廣到庫(kù)區(qū)及梯級(jí)水庫(kù)大壩，大壩安全監(jiān)測(cè)的時(shí)間應(yīng)從設(shè)計(jì)時(shí)開始直至運(yùn)行管理，大壩安全監(jiān)測(cè)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(jī)電設(shè)備及泄洪消能建筑物等。
3.2大壩安全監(jiān)測(cè)的針對(duì)性
大壩安全監(jiān)測(cè)是針對(duì)具體大壩的具體時(shí)期作出的，一定要有鮮明的針對(duì)性。
(1)時(shí)間上的針對(duì)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(shí)期，因此在前一個(gè)階段監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)應(yīng)是設(shè)計(jì)參數(shù)的復(fù)核和施工質(zhì)量的檢驗(yàn)，而后者則應(yīng)是針對(duì)材料老化［7］和設(shè)計(jì)復(fù)核進(jìn)行。
大壩的破壞機(jī)理研究至今還是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，關(guān)鍵是原型破壞試驗(yàn)作不了，因此，加強(qiáng)對(duì)潰壩的分析是非常有必要的。這就要求大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在關(guān)鍵時(shí)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(duì)性。
針對(duì)具體的壩址、壩型和結(jié)構(gòu)有針對(duì)性地加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，如針對(duì)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(qiáng)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(kù)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(duì)霧化的監(jiān)測(cè)和汛期對(duì)備用電源的檢查等。再者，大壩監(jiān)測(cè)應(yīng)和大壩設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行管理互相補(bǔ)充，特別是在設(shè)計(jì)中運(yùn)用新結(jié)構(gòu)、新方法、新材料，施工時(shí)發(fā)現(xiàn)新的地質(zhì)構(gòu)造和地質(zhì)條件。運(yùn)行遇到不利工況時(shí)，大壩安全監(jiān)測(cè)理應(yīng)成為檢驗(yàn)設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)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(cè)手段和方法
大壩安全監(jiān)測(cè)包括巡視檢查和儀器監(jiān)測(cè)［4］，筆者認(rèn)為巡視檢查和儀器監(jiān)測(cè)是分不開的。前者也要盡可能的利用當(dāng)今的先進(jìn)儀器和技術(shù)對(duì)大壩特別是隱患進(jìn)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(jiǎn)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(jìn)行檢查［6］，從而完成對(duì)其定位及嚴(yán)重程度的判定。人工巡查和儀器監(jiān)測(cè)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(cè)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(shí)，由于材料的非線性(特別是土石壩)，從而使監(jiān)測(cè)的難度增大；另一方面，目前儀器監(jiān)測(cè)還只能作到“點(diǎn)(小范圍)監(jiān)測(cè)”，如測(cè)縫計(jì)只能發(fā)現(xiàn)通過測(cè)點(diǎn)的裂(接)縫開度的變化，而不能發(fā)現(xiàn)測(cè)點(diǎn)以外裂(接)縫開度的變化；變形(滲流)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)到的是壩體(基)綜合反應(yīng)，因而難以進(jìn)行具體情況的原因分析。正是由于上述原因，監(jiān)測(cè)手段和方法必須多樣化，即將各種監(jiān)測(cè)手段和方法［4］［5］結(jié)合起來，將定性和定量監(jiān)測(cè)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(cè)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(cè)量系統(tǒng)”——光纖測(cè)量系統(tǒng)即將面世，水科院、國(guó)電公司成都院等單位已對(duì)此作了大量的研究，也曾在三峽作過試驗(yàn)。該系統(tǒng)將光纖既作為傳感部件，又作為信號(hào)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(cè)走向立體和全方位。
目前，自動(dòng)化系統(tǒng)還存在費(fèi)用高、可靠性難以保證、監(jiān)測(cè)項(xiàng)目不全、安裝調(diào)試?yán)щy、實(shí)時(shí)化程度低等問題，筆者認(rèn)為一種費(fèi)用低、安裝調(diào)試簡(jiǎn)單、易維護(hù)、可以進(jìn)行大范圍監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)性高的系統(tǒng)才是發(fā)展方向。同時(shí)，監(jiān)測(cè)方法、監(jiān)測(cè)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(cè)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(cè)資料交由專職單位去分析，這樣做要花費(fèi)大量的時(shí)間，不利于及時(shí)有效地掌握大壩性態(tài)和進(jìn)行最優(yōu)的運(yùn)行調(diào)度。同時(shí)，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(jì)模型)的基礎(chǔ)上，缺乏與具體大壩的聯(lián)系及與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(穩(wěn)定、強(qiáng)度)的比較，也不利于監(jiān)測(cè)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(cè)資料(如庫(kù)水位、溫度、應(yīng)力、揚(yáng)壓力等)與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(穩(wěn)定、強(qiáng)度)對(duì)照起來用于壩體強(qiáng)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(cè)自動(dòng)化水平多數(shù)還停留在部分監(jiān)測(cè)項(xiàng)目數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集上，難以滿足實(shí)際需要。事實(shí)上單憑監(jiān)控指標(biāo)來判別大壩安全是不完善的，因?yàn)槟壳暗谋O(jiān)控指標(biāo)主要依靠經(jīng)驗(yàn)和理論計(jì)算確定。前者人為因素大，后者由于計(jì)算理論、數(shù)學(xué)模型和邊界條件的假定，誤差也較大，實(shí)際應(yīng)用也值得商榷。如對(duì)于土石壩，當(dāng)上游庫(kù)水位驟降時(shí)測(cè)壓管水位不會(huì)超過監(jiān)控指標(biāo)，但此時(shí)上游壩體有可能失穩(wěn)。我國(guó)自1987年開始的水電站大壩安全定期檢查(鑒定)，是對(duì)大壩結(jié)構(gòu)性態(tài)和安全狀況的全面檢查和評(píng)價(jià)，已得到廣大科技人員認(rèn)可，實(shí)踐證明是有效的。它就是根據(jù)設(shè)計(jì)復(fù)核、壩基隱患、壩體穩(wěn)定、泄洪消能、庫(kù)區(qū)淤積及近壩庫(kù)岸滑坡等方面對(duì)大壩安全進(jìn)行評(píng)價(jià)。因此，大壩安全評(píng)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(yàn)和監(jiān)測(cè)資料分析的有效方法結(jié)合起來，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)與大壩監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、閘門監(jiān)控系統(tǒng)、水庫(kù)自動(dòng)調(diào)度系統(tǒng)、水雨情測(cè)報(bào)系統(tǒng)的有機(jī)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(shí)代的需要。
最近，國(guó)家防總在建立全國(guó)防汛決策支持系統(tǒng)中將大壩安全監(jiān)測(cè)(工情監(jiān)測(cè))作為整個(gè)系統(tǒng)的一個(gè)部分，從而突出水庫(kù)運(yùn)行以效益為中心，大壩安全是約束條件的觀點(diǎn)。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(jī)損壞，而又不知近期洪水情況，如何在洪水到來時(shí)確保大壩安全?同時(shí)，運(yùn)行也會(huì)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(yùn)行方式有關(guān)；碧口大壩1995年也因泥沙淤積在較短的時(shí)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(kù)效益，確保大壩安全，必須盡可能將流域水情、梯級(jí)水庫(kù)調(diào)度情況及洪水預(yù)報(bào)、大壩安全監(jiān)測(cè)和本水庫(kù)運(yùn)行調(diào)度結(jié)合起來。
另一方面，目前自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集軟件均有巡測(cè)和選測(cè)功能，為適應(yīng)“無人值班，少人值守”的要求，設(shè)置自動(dòng)進(jìn)行巡測(cè)、在線診斷、自動(dòng)報(bào)警是對(duì)系統(tǒng)的必然要求。由于許多測(cè)值超差均由于自動(dòng)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(cè)值或其變化速率超過正常范圍時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)立即對(duì)該測(cè)點(diǎn)進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量或自動(dòng)加密測(cè)次，以方便系統(tǒng)維護(hù)和資料分析。
隨著信息化的推廣，大壩安全監(jiān)測(cè)應(yīng)主動(dòng)適應(yīng)時(shí)代要求，走向網(wǎng)絡(luò)化、智能化，采用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)、INTERNET/INTRANET技術(shù)，建立全國(guó)的大壩安全監(jiān)測(cè)信息網(wǎng)是時(shí)代的要求。
4結(jié)語
通過以上分析可知，大壩安全監(jiān)測(cè)實(shí)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(diǎn)：
(1)大壩安全監(jiān)測(cè)范圍空間上應(yīng)包括梯級(jí)水庫(kù)；時(shí)間上應(yīng)從設(shè)計(jì)開始。大壩安全監(jiān)測(cè)內(nèi)容應(yīng)包括與大壩安全有關(guān)的泄洪及機(jī)電設(shè)備；
(2)大壩安全監(jiān)測(cè)應(yīng)與氣象、水情、洪水預(yù)報(bào)及水庫(kù)調(diào)度結(jié)合起來，使之成為水庫(kù)運(yùn)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(cè)應(yīng)將大壩安全評(píng)估與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)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(yàn)和方法，從而易于理解、掌握和應(yīng)用；
(4)大壩安全監(jiān)測(cè)應(yīng)充分利用科技進(jìn)步，走向即時(shí)化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化。
總之，大壩安全監(jiān)測(cè)就是利用一切手段，確保大壩以較少的投入來保證長(zhǎng)期、穩(wěn)定、安全的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)效益的最大化。
參考文獻(xiàn)
［1］趙志仁.大壩安全監(jiān)測(cè)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(bào)，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(bào)，1988，(4).
［4］SDJ33689，混凝土大壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范［S］.
［5］SL6094.土石壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范［S］.
關(guān)鍵詞：大壩安全監(jiān)測(cè)；時(shí)空；運(yùn)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(gè)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(yùn)行環(huán)境的復(fù)雜性；③設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行維護(hù)的經(jīng)驗(yàn)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(cè)來實(shí)現(xiàn)，同時(shí)也說明了大壩安全監(jiān)測(cè)的重要性。事實(shí)上，大壩安全監(jiān)測(cè)已受到人們的廣泛重視，我國(guó)已先后頒布了差阻式儀器標(biāo)準(zhǔn)及監(jiān)測(cè)儀器系列型譜、《水電站大壩安全檢查實(shí)施細(xì)則》、《混凝大壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》、《水庫(kù)大壩安全管理?xiàng)l例》、《土石壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》等，同時(shí)，國(guó)際大壩會(huì)議也多次討論過大壩安全問題［1］。
大壩安全監(jiān)測(cè)是人們了解大壩運(yùn)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(cè)的內(nèi)涵也進(jìn)一步加深。為此，筆者從分析影響大壩安全的因素入手，對(duì)大壩安全監(jiān)測(cè)的若干問題進(jìn)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(guó)際大壩會(huì)議“關(guān)于水壩和水庫(kù)惡化”小組委員會(huì)記錄的1100座大壩失事實(shí)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(jì)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(yáng)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(jì)、施工和自然因素引起，它沒有一個(gè)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(jì)洪水位偏低、混凝土標(biāo)號(hào)過低、未考慮地震荷載等；第二類是在運(yùn)行、管理過程中逐步形成的，有一個(gè)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(jì)、施工中的不完善在運(yùn)行中得不到改正，或者說隨著時(shí)間的推移和運(yùn)行管理的不力使設(shè)計(jì)、施工中的隱患發(fā)展為破壞。就目前而言，大壩安全監(jiān)測(cè)主要是針對(duì)后兩種情況。下面將從設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行維護(hù)3個(gè)階段來討論，著重強(qiáng)調(diào)目前大壩安全監(jiān)測(cè)容易忽視的一些方面。
1.1設(shè)計(jì)階段
眾所周知，在設(shè)計(jì)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(kù)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(duì)泄洪水霧飄移危害認(rèn)識(shí)不夠所致?？κ惨患?jí)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(jì)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(shí)，迎水面滑落庫(kù)中，其原因是壩體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理。綜上所述，大壩的許多安全隱患是由設(shè)計(jì)階段留下的，特別是水文計(jì)算及地質(zhì)勘探和處理兩個(gè)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(jì)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(jī)電安裝等都將直接影響大壩的安全?？κ惨患?jí)大壩在1982年施工中，其壩體及防滲墻都未進(jìn)行碾壓，致使密實(shí)度降低，在強(qiáng)震時(shí)容易液化和沉陷，這也是1985年地震時(shí)引起大壩整體破壞原因之一。
1.3運(yùn)行管理
運(yùn)行管理涉及水庫(kù)調(diào)度、大壩及附屬機(jī)電設(shè)施檢查、監(jiān)測(cè)手段及資料分析方法、大壩安全狀況評(píng)價(jià)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?yàn)槊つ孔非蠊喔刃б?，汛期不適當(dāng)?shù)靥Ц哌\(yùn)行水位所致；陳村大壩出現(xiàn)的105m高程水平裂縫與大壩長(zhǎng)期遭遇高溫低水位運(yùn)行工況有關(guān)［3］；佛子嶺、磨子潭和溝后水庫(kù)等在泄洪閘門開啟的關(guān)鍵時(shí)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(duì)大壩進(jìn)行全面的巡視檢查、儀器監(jiān)測(cè)和及時(shí)的資料分析了。這里還要強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)就是聯(lián)合調(diào)度問題，在梯級(jí)水庫(kù)調(diào)度中這一點(diǎn)顯得特別重要，如石漫灘水庫(kù)潰壩與上游的元門水庫(kù)潰壩是密不可分的。
2大壩安全監(jiān)測(cè)的目的和意義
眾所周知，大壩安全監(jiān)測(cè)有校核設(shè)計(jì)、改進(jìn)施工和評(píng)價(jià)大壩安全狀況的作用，且重在評(píng)價(jià)大壩安全。筆者認(rèn)為，大壩安全監(jiān)測(cè)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(cè)不僅是為了被監(jiān)測(cè)壩的安全評(píng)估，還要有利于其他大壩包括待建壩的安全評(píng)估。
3大壩安全監(jiān)測(cè)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(kù)調(diào)度等)、時(shí)間跨度大(從設(shè)計(jì)施工到運(yùn)行管理)；大壩安全監(jiān)測(cè)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(shí)現(xiàn)大壩安全監(jiān)測(cè)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(jìn)行理解。
3.1監(jiān)測(cè)范圍和內(nèi)容
規(guī)范［4］［5］規(guī)定“大壩安全監(jiān)測(cè)范圍，包括壩體、壩基、壩肩，以及對(duì)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(kù)區(qū)發(fā)生大滑坡引起了潰壩；1961年3月6日，我國(guó)柘溪水電廠首次蓄水時(shí)，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(dòng)的原因就是因?yàn)殡x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(jí)水庫(kù)的運(yùn)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(cè)的范圍應(yīng)根據(jù)壩址、樞紐布置、壩高、庫(kù)容、投資及失事后果等進(jìn)行確定，根據(jù)具體情況由壩體、壩基推廣到庫(kù)區(qū)及梯級(jí)水庫(kù)大壩，大壩安全監(jiān)測(cè)的時(shí)間應(yīng)從設(shè)計(jì)時(shí)開始直至運(yùn)行管理，大壩安全監(jiān)測(cè)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(jī)電設(shè)備及泄洪消能建筑物等。
3.2大壩安全監(jiān)測(cè)的針對(duì)性
大壩安全監(jiān)測(cè)是針對(duì)具體大壩的具體時(shí)期作出的，一定要有鮮明的針對(duì)性。
(1)時(shí)間上的針對(duì)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(shí)期，因此在前一個(gè)階段監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)應(yīng)是設(shè)計(jì)參數(shù)的復(fù)核和施工質(zhì)量的檢驗(yàn)，而后者則應(yīng)是針對(duì)材料老化［7］和設(shè)計(jì)復(fù)核進(jìn)行。
大壩的破壞機(jī)理研究至今還是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，關(guān)鍵是原型破壞試驗(yàn)作不了，因此，加強(qiáng)對(duì)潰壩的分析是非常有必要的。這就要求大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在關(guān)鍵時(shí)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(duì)性。
針對(duì)具體的壩址、壩型和結(jié)構(gòu)有針對(duì)性地加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，如針對(duì)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(qiáng)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(kù)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(duì)霧化的監(jiān)測(cè)和汛期對(duì)備用電源的檢查等。再者，大壩監(jiān)測(cè)應(yīng)和大壩設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行管理互相補(bǔ)充，特別是在設(shè)計(jì)中運(yùn)用新結(jié)構(gòu)、新方法、新材料，施工時(shí)發(fā)現(xiàn)新的地質(zhì)構(gòu)造和地質(zhì)條件。運(yùn)行遇到不利工況時(shí)，大壩安全監(jiān)測(cè)理應(yīng)成為檢驗(yàn)設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)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(cè)手段和方法
大壩安全監(jiān)測(cè)包括巡視檢查和儀器監(jiān)測(cè)［4］，筆者認(rèn)為巡視檢查和儀器監(jiān)測(cè)是分不開的。前者也要盡可能的利用當(dāng)今的先進(jìn)儀器和技術(shù)對(duì)大壩特別是隱患進(jìn)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(jiǎn)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(jìn)行檢查［6］，從而完成對(duì)其定位及嚴(yán)重程度的判定。人工巡查和儀器監(jiān)測(cè)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(cè)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(shí)，由于材料的非線性(特別是土石壩)，從而使監(jiān)測(cè)的難度增大；另一方面，目前儀器監(jiān)測(cè)還只能作到“點(diǎn)(小范圍)監(jiān)測(cè)”，如測(cè)縫計(jì)只能發(fā)現(xiàn)通過測(cè)點(diǎn)的裂(接)縫開度的變化，而不能發(fā)現(xiàn)測(cè)點(diǎn)以外裂(接)縫開度的變化；變形(滲流)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)到的是壩體(基)綜合反應(yīng)，因而難以進(jìn)行具體情況的原因分析。正是由于上述原因，監(jiān)測(cè)手段和方法必須多樣化，即將各種監(jiān)測(cè)手段和方法［4］［5］結(jié)合起來，將定性和定量監(jiān)測(cè)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(cè)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(cè)量系統(tǒng)”——光纖測(cè)量系統(tǒng)即將面世，水科院、國(guó)電公司成都院等單位已對(duì)此作了大量的研究，也曾在三峽作過試驗(yàn)。該系統(tǒng)將光纖既作為傳感部件，又作為信號(hào)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(cè)走向立體和全方位。
目前，自動(dòng)化系統(tǒng)還存在費(fèi)用高、可靠性難以保證、監(jiān)測(cè)項(xiàng)目不全、安裝調(diào)試?yán)щy、實(shí)時(shí)化程度低等問題，筆者認(rèn)為一種費(fèi)用低、安裝調(diào)試簡(jiǎn)單、易維護(hù)、可以進(jìn)行大范圍監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)性高的系統(tǒng)才是發(fā)展方向。同時(shí)，監(jiān)測(cè)方法、監(jiān)測(cè)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(cè)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(cè)資料交由專職單位去分析，這樣做要花費(fèi)大量的時(shí)間，不利于及時(shí)有效地掌握大壩性態(tài)和進(jìn)行最優(yōu)的運(yùn)行調(diào)度。同時(shí)，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(jì)模型)的基礎(chǔ)上，缺乏與具體大壩的聯(lián)系及與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(穩(wěn)定、強(qiáng)度)的比較，也不利于監(jiān)測(cè)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(cè)資料(如庫(kù)水位、溫度、應(yīng)力、揚(yáng)壓力等)與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(穩(wěn)定、強(qiáng)度)對(duì)照起來用于壩體強(qiáng)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(cè)自動(dòng)化水平多數(shù)還停留在部分監(jiān)測(cè)項(xiàng)目數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集上，難以滿足實(shí)際需要。事實(shí)上單憑監(jiān)控指標(biāo)來判別大壩安全是不完善的，因?yàn)槟壳暗谋O(jiān)控指標(biāo)主要依靠經(jīng)驗(yàn)和理論計(jì)算確定。前者人為因素大，后者由于計(jì)算理論、數(shù)學(xué)模型和邊界條件的假定，誤差也較大，實(shí)際應(yīng)用也值得商榷。如對(duì)于土石壩，當(dāng)上游庫(kù)水位驟降時(shí)測(cè)壓管水位不會(huì)超過監(jiān)控指標(biāo)，但此時(shí)上游壩體有可能失穩(wěn)。我國(guó)自1987年開始的水電站大壩安全定期檢查(鑒定)，是對(duì)大壩結(jié)構(gòu)性態(tài)和安全狀況的全面檢查和評(píng)價(jià)，已得到廣大科技人員認(rèn)可，實(shí)踐證明是有效的。它就是根據(jù)設(shè)計(jì)復(fù)核、壩基隱患、壩體穩(wěn)定、泄洪消能、庫(kù)區(qū)淤積及近壩庫(kù)岸滑坡等方面對(duì)大壩安全進(jìn)行評(píng)價(jià)。因此，大壩安全評(píng)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(yàn)和監(jiān)測(cè)資料分析的有效方法結(jié)合起來，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)與大壩監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、閘門監(jiān)控系統(tǒng)、水庫(kù)自動(dòng)調(diào)度系統(tǒng)、水雨情測(cè)報(bào)系統(tǒng)的有機(jī)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(shí)代的需要。
最近，國(guó)家防總在建立全國(guó)防汛決策支持系統(tǒng)中將大壩安全監(jiān)測(cè)(工情監(jiān)測(cè))作為整個(gè)系統(tǒng)的一個(gè)部分，從而突出水庫(kù)運(yùn)行以效益為中心，大壩安全是約束條件的觀點(diǎn)。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(jī)損壞，而又不知近期洪水情況，如何在洪水到來時(shí)確保大壩安全?同時(shí)，運(yùn)行也會(huì)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(yùn)行方式有關(guān)；碧口大壩1995年也因泥沙淤積在較短的時(shí)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(kù)效益，確保大壩安全，必須盡可能將流域水情、梯級(jí)水庫(kù)調(diào)度情況及洪水預(yù)報(bào)、大壩安全監(jiān)測(cè)和本水庫(kù)運(yùn)行調(diào)度結(jié)合起來。
另一方面，目前自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集軟件均有巡測(cè)和選測(cè)功能，為適應(yīng)“無人值班，少人值守”的要求，設(shè)置自動(dòng)進(jìn)行巡測(cè)、在線診斷、自動(dòng)報(bào)警是對(duì)系統(tǒng)的必然要求。由于許多測(cè)值超差均由于自動(dòng)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(cè)值或其變化速率超過正常范圍時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)立即對(duì)該測(cè)點(diǎn)進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量或自動(dòng)加密測(cè)次，以方便系統(tǒng)維護(hù)和資料分析。
隨著信息化的推廣，大壩安全監(jiān)測(cè)應(yīng)主動(dòng)適應(yīng)時(shí)代要求，走向網(wǎng)絡(luò)化、智能化，采用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)、INTERNET/INTRANET技術(shù)，建立全國(guó)的大壩安全監(jiān)測(cè)信息網(wǎng)是時(shí)代的要求。
4結(jié)語
通過以上分析可知，大壩安全監(jiān)測(cè)實(shí)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(diǎn)：
(1)大壩安全監(jiān)測(cè)范圍空間上應(yīng)包括梯級(jí)水庫(kù)；時(shí)間上應(yīng)從設(shè)計(jì)開始。大壩安全監(jiān)測(cè)內(nèi)容應(yīng)包括與大壩安全有關(guān)的泄洪及機(jī)電設(shè)備；
(2)大壩安全監(jiān)測(cè)應(yīng)與氣象、水情、洪水預(yù)報(bào)及水庫(kù)調(diào)度結(jié)合起來，使之成為水庫(kù)運(yùn)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(cè)應(yīng)將大壩安全評(píng)估與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)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(yàn)和方法，從而易于理解、掌握和應(yīng)用；
(4)大壩安全監(jiān)測(cè)應(yīng)充分利用科技進(jìn)步，走向即時(shí)化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化。
總之，大壩安全監(jiān)測(cè)就是利用一切手段，確保大壩以較少的投入來保證長(zhǎng)期、穩(wěn)定、安全的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)效益的最大化。
參考文獻(xiàn)
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［5］SL6094.土石壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范［S］.
關(guān)鍵詞：煤礦安全環(huán)境監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)
引言
監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)是融計(jì)算機(jī)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(dòng)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(huì)生活中時(shí)，就稱其為安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)。在我國(guó)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(guó)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(cè)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(cè)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(cè)監(jiān)控系統(tǒng)組成
根據(jù)所述及概念，監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的功能一是“測(cè)”，即檢測(cè)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(cè)參數(shù)去控制安全裝置、報(bào)警裝置、生產(chǎn)設(shè)備、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。若系統(tǒng)僅用于生產(chǎn)過程的監(jiān)測(cè)，當(dāng)安全參數(shù)達(dá)到極限值時(shí)產(chǎn)生顯示及聲、光報(bào)警等輸出，此類系統(tǒng)一般稱為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；除監(jiān)測(cè)外還參與一些簡(jiǎn)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(cè)監(jiān)控系統(tǒng)。
煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)控系統(tǒng)層次上一般是分為兩級(jí)或三級(jí)管理的計(jì)算機(jī)集散系統(tǒng)，一般包含測(cè)控分站級(jí)和中心站級(jí)。每個(gè)測(cè)控分站負(fù)責(zé)某幾路傳感器信號(hào)的采集和某個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制，實(shí)現(xiàn)了采集、控制分散；中心站負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的處理、儲(chǔ)存、傳輸，實(shí)現(xiàn)了管理的集中。中心站與分站和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)之間的通信、傳感器到測(cè)控分站的數(shù)據(jù)傳輸、測(cè)控分站到執(zhí)行或控制裝置信號(hào)的傳輸，是通過傳輸信道實(shí)現(xiàn)的。
監(jiān)測(cè)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(tái)計(jì)算機(jī)，電源，數(shù)據(jù)處理及系統(tǒng)運(yùn)行軟件，存貯、打印、顯示等裝置組成。為了計(jì)算機(jī)穩(wěn)定工作，一般還配備了機(jī)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(duì)傳感器送來的信號(hào)進(jìn)行處理，使其轉(zhuǎn)換成便于傳輸?shù)男盘?hào)送到地面中心站；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(hào)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(bào)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(cè)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(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定傳感器的輸出信號(hào)應(yīng)滿足以下幾種信號(hào)：模擬量信號(hào)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(hào)輸出一般有±0.1mA、±5mA和200～1000HZ等。
二、煤礦安全環(huán)境監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)
根據(jù)安全監(jiān)測(cè)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(gè)子系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)為特征。
2.1測(cè)控分站容量：是輸入、輸出量的個(gè)數(shù)及類型。例如，模入8，開入4個(gè)接點(diǎn)信號(hào)、4個(gè)電流形式信號(hào)等；開出4個(gè)TTL電平、4個(gè)繼電器觸點(diǎn)輸出等。
接配傳感器：是指所接配傳感器的種類、型號(hào)、測(cè)量范圍、輸出信號(hào)形式、供電電壓、精度等。
檢測(cè)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(duì)誤差來表示。數(shù)值越小，則檢測(cè)精度越高。
另外，還有分辨率、轉(zhuǎn)換時(shí)間、傳輸距離等指標(biāo)。
2.2中心站主機(jī)型號(hào)及配置：CPU型號(hào)，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(hào)、數(shù)量等，另外，還有備用主機(jī)的情況。
容量：即系統(tǒng)可帶分站的數(shù)量，例如，井下100個(gè)分站，地面10個(gè)分站。
傳輸速率：數(shù)字傳輸?shù)牟ㄌ芈剩纾?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(kù)提供了開放數(shù)據(jù)訪問接口，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的二次開發(fā)。
安全性良好：所有的設(shè)計(jì)方案都充分考慮了系統(tǒng)的安全性，使用采集系統(tǒng)對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的影響達(dá)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(chǔ)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(yùn)行是否穩(wěn)定、擴(kuò)展性是否強(qiáng)、兼容性好等衡量指標(biāo)。
2.4防爆及防爆標(biāo)志根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，爆炸危險(xiǎn)環(huán)境用電設(shè)備分為2類。有瓦斯爆炸危險(xiǎn)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(xiǎn)場(chǎng)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(jí)，這是根據(jù)使用場(chǎng)所的爆炸性混合物最大試驗(yàn)安全間隙或最小點(diǎn)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(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的種類
監(jiān)測(cè)系統(tǒng)按工作側(cè)重點(diǎn)分為環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和工況監(jiān)測(cè)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(cè)系統(tǒng)可能配備瓦斯突出預(yù)報(bào)子系統(tǒng)、頂板監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)；工況監(jiān)測(cè)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(cè)系統(tǒng)一般側(cè)重于監(jiān)測(cè)采掘工作面、機(jī)電硐室、采區(qū)主要進(jìn)回風(fēng)道等自然環(huán)境的參數(shù)，其主要功能為監(jiān)測(cè)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(fù)壓、礦壓、地下水、通風(fēng)設(shè)施、煤塵、煙霧等參數(shù)，除實(shí)時(shí)顯示檢測(cè)數(shù)據(jù)外，還應(yīng)按《煤礦安全規(guī)程》的要求及各礦井實(shí)際情況，在一定地點(diǎn)及工作場(chǎng)所設(shè)置報(bào)警（燈光、音響）和執(zhí)行裝置，以便防止和預(yù)報(bào)災(zāi)害。
工況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一般側(cè)重于監(jiān)測(cè)機(jī)電設(shè)備，其主要監(jiān)測(cè)參數(shù)有采區(qū)產(chǎn)量、井下煤倉(cāng)煤位、采煤機(jī)機(jī)組位置、運(yùn)輸機(jī)械、提升機(jī)械監(jiān)控、設(shè)備故障監(jiān)測(cè)及效率監(jiān)測(cè)等等。但生產(chǎn)工況監(jiān)測(cè)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(cè)與工況監(jiān)測(cè)兩大功能，適應(yīng)性更為廣泛。
四、煤礦安全環(huán)境監(jiān)測(cè)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(cè)監(jiān)控系統(tǒng)人員安全意識(shí)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(duì)職工的物質(zhì)和精神生活關(guān)心程度低，尤其是對(duì)于公職人員思想政治工作放松等等。企業(yè)和家庭沒有營(yíng)造有關(guān)安全生產(chǎn)的氛圍以及政府對(duì)安全教育的監(jiān)管和投入有待加強(qiáng)；另一方面，煤礦工作人員安全意識(shí)薄弱，沒有將“安全第一”這根細(xì)弦繃緊，在實(shí)際的工作中總是存在僥幸心理、投機(jī)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(yàn)，居功自傲，不將企業(yè)的管理放在眼里，習(xí)慣對(duì)待新問題，不按照嚴(yán)格的操作流程辦事，無視全部知識(shí)和操作技能，這是造成事故發(fā)生的一個(gè)重要因素。
1.2安全監(jiān)測(cè)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(shí)用性已有了大的改善，，但是在實(shí)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(diǎn)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(duì)福州煤礦監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的排查中發(fā)現(xiàn)，其使用的是我國(guó)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(jī)構(gòu)完成的，設(shè)備比較落后。
1.3安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的針對(duì)性較弱
監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的安全性問題，雖然在理論上是一回事，但在實(shí)際的操作過程中會(huì)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(duì)煤礦安全監(jiān)控檢測(cè)的分析要實(shí)現(xiàn)地域、地質(zhì)的針對(duì)性研究，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)于監(jiān)測(cè)監(jiān)控的準(zhǔn)確度，難以實(shí)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(gè)礦井只能布置“一采兩掘”。為了應(yīng)付上級(jí)的檢查，監(jiān)控點(diǎn)就設(shè)置在這個(gè)地方。在實(shí)際的操作過程中，由于開采條件較為惡劣，因而多個(gè)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(cè)系統(tǒng)的針對(duì)性沒有得到體現(xiàn)。
2煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的解決措施
2.1加強(qiáng)監(jiān)測(cè)監(jiān)控人員的安全意識(shí)
針對(duì)監(jiān)測(cè)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(shí)際的企業(yè)管理中，應(yīng)對(duì)監(jiān)控方面進(jìn)行嚴(yán)格的規(guī)定，明確職責(zé)，使每個(gè)工作人員樹立“安全大于天”的觀念，加強(qiáng)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(shí)際的培訓(xùn)不僅包括理論培訓(xùn)，還包括現(xiàn)實(shí)中的技能培訓(xùn)，將理論結(jié)合實(shí)際，使監(jiān)測(cè)監(jiān)控人員提升安全意識(shí)。如：開展每周的思想教育課，宣傳安全思想；組織隊(duì)伍到工作者的家里了解他們的物質(zhì)和精神追求，使他們?cè)趯?shí)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(cè)監(jiān)控設(shè)備有其自身的弊端，因而我們運(yùn)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(cè)設(shè)備及檔案的相關(guān)管理，時(shí)時(shí)關(guān)注設(shè)備的使用情況以便進(jìn)行必要維護(hù)。設(shè)置專業(yè)的維修人員，定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行維修，確保監(jiān)控系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)并對(duì)煤礦的瓦斯監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)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(cè)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(jī)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(duì)檢測(cè)系統(tǒng)的推廣意義重大；甲烷傳感器的安裝地點(diǎn)的環(huán)境濕度較大，建議每個(gè)礦井備用一個(gè)甲烷傳感器，而且必須定時(shí)檢測(cè)維修，進(jìn)行干燥處理；巖巷破爆以后，傳感器應(yīng)及時(shí)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(dòng)損壞傳感器；要定期擦拭風(fēng)速傳感器橫桿，確保測(cè)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(zhǎng)積極協(xié)商，制定方案，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改造，重點(diǎn)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(guó)家授權(quán)的安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行安全性的監(jiān)測(cè)。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(duì)其監(jiān)測(cè)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(cè)和維修工作，為安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控工作提供保障。
3結(jié)語
關(guān)鍵詞:煤礦安全;監(jiān)測(cè)監(jiān)控;新標(biāo)準(zhǔn);升級(jí)改造
一、監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造的背景
2006年度,全國(guó)已有15萬個(gè)煤礦裝備了安全監(jiān)控系統(tǒng),國(guó)有重點(diǎn)煤礦的系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)工作已經(jīng)基本結(jié)束,國(guó)有地方和鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦已有大半實(shí)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(duì)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(guó)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(hù)安全監(jiān)控系統(tǒng)和檢測(cè)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(guó)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(guó)有煤礦在2007年底前升級(jí)改造完畢。隨后國(guó)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(cè)儀器使用管理規(guī)范》(1029-2007)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)一并貫徹實(shí)施。
二、某煤電十礦安全監(jiān)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介
某煤礦是新建礦井,設(shè)計(jì)能力為60萬噸,2000年3月投產(chǎn)時(shí)期安裝的礦井安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)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(cè)和生產(chǎn)調(diào)度兩項(xiàng)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(yùn)行,該系統(tǒng)運(yùn)行故障率高,有時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸中斷,經(jīng)常出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失,報(bào)表打印異常等故障,日常維護(hù)工作量大,售后服務(wù)跟不上,遇到技術(shù)問題時(shí)兩個(gè)廠家相互推脫,系統(tǒng)的異常運(yùn)行嚴(yán)重影響了煤礦的安全生產(chǎn),為此于2004年6月份對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)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(yàn)收合格,實(shí)現(xiàn)了安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控的獨(dú)立運(yùn)行系統(tǒng),完善了礦井安全監(jiān)測(cè)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(shí)際應(yīng)用中,還是存在一些問題,如系統(tǒng)檢測(cè)“冒大數(shù)”頑癥;維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)不良容易造成系統(tǒng)死機(jī);主操作系統(tǒng)引起的短路;斷電及巡檢跟蹤時(shí)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(jìn)行升級(jí)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(shí)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(bào)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(yùn)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(cè)
“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(hào)傳輸方式,使用的200-1000頻率脈沖方式,分站單片機(jī)采用計(jì)數(shù)方式采集信號(hào),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(hào)疊加到信號(hào)線上后,單片機(jī)無法識(shí)別干擾與信號(hào),立刻會(huì)出現(xiàn)數(shù)字錯(cuò)亂、重新啟動(dòng)、胡亂報(bào)警等頑癥,根本不符合新標(biāo)準(zhǔn)要求。
2、在對(duì)大量的數(shù)據(jù)庫(kù)管理方面存在漏洞,一旦維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)不良容易造成系統(tǒng)死機(jī),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(shí)間及巡檢跟蹤時(shí)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(dá)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(jìn)行進(jìn)行升級(jí)改造。
4、系統(tǒng)沒有實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)控功能,無法保證在發(fā)生系統(tǒng)故障時(shí)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(jī)主、備機(jī)同時(shí)運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換,確保規(guī)定時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)備份主機(jī)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(bào)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(jí)改造方法及步驟
(一)KJ101N新型監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)改造簡(jiǎn)介:此次系統(tǒng)升級(jí)改造是把原來的KJ101監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造成符合國(guó)家(AQ1029)新標(biāo)準(zhǔn)的KJ101N系統(tǒng),即從地面的微機(jī)監(jiān)控室主機(jī)到井下的監(jiān)控設(shè)備全部更換。井下監(jiān)控儀(KJF19)逐臺(tái)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(duì)我礦現(xiàn)有的三套瓦斯抽放子系統(tǒng)同時(shí)升級(jí)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(jī)組正壓側(cè)的瓦斯計(jì)量綜合系統(tǒng)。改造期間新舊系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)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(dú)立工作。新的系統(tǒng)改造一臺(tái)要及時(shí)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行一臺(tái),保持新系統(tǒng)的正常監(jiān)測(cè)、傳輸,并實(shí)現(xiàn)各閉鎖,饋電、開關(guān)量等功能,通過升級(jí)改造要達(dá)到“兩秒”瓦斯超限快速斷電的要求。
(二)改造方法:監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造可以有多種選擇方案,根據(jù)我礦的實(shí)際情況,結(jié)合系統(tǒng)特點(diǎn),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(jī)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(yùn)行。利用公司以舊換新的新監(jiān)控儀和新型主板逐臺(tái)更換和改造井下分站,更換后還要運(yùn)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(cè)監(jiān)控改造工期及施工計(jì)劃安排(略)
六、系統(tǒng)升級(jí)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(cè),為了保證系統(tǒng)改造工作的順利進(jìn)行,確保改造期間的正常安全生產(chǎn),根據(jù)系統(tǒng)升級(jí)改造的特點(diǎn),特制定有以下系統(tǒng)升級(jí)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(qiáng)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(jí)改造效果
礦井監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)過升級(jí)改造,能夠滿足新標(biāo)準(zhǔn)(AQ1029-2007)各項(xiàng)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(huì)造成“假數(shù)”信號(hào),增強(qiáng)了干擾防護(hù)能力;提高了斷電性能,達(dá)到2秒“快速斷電”要求;實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一的顯示界面和標(biāo)準(zhǔn)的報(bào)表格式;完善了工作主機(jī)和工作備機(jī)的及時(shí)轉(zhuǎn)換。由于該系統(tǒng)具有先進(jìn)的技術(shù)支持,能夠按照新標(biāo)準(zhǔn)要求運(yùn)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(shí)由于各級(jí)監(jiān)管部門能夠及時(shí)監(jiān)督煤礦監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行情況,大大提高了設(shè)備的使用率和完好率,因此它對(duì)改善煤礦安全狀況和促進(jìn)煤礦行業(yè)技術(shù)進(jìn)步有著重要的意義,對(duì)新標(biāo)準(zhǔn)的推廣實(shí)施更有借鑒意義,也是貫徹執(zhí)行國(guó)家法律法規(guī)安全發(fā)展的具體表現(xiàn)。:
參考文獻(xiàn):
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(cè)；時(shí)空；運(yùn)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(gè)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(yùn)行環(huán)境的復(fù)雜性；③設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行維護(hù)的經(jīng)驗(yàn)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(cè)來實(shí)現(xiàn)，同時(shí)也說明了大壩安全監(jiān)測(cè)的重要性。事實(shí)上，大壩安全監(jiān)測(cè)已受到人們的廣泛重視，我國(guó)已先后頒布了差阻式儀器標(biāo)準(zhǔn)及監(jiān)測(cè)儀器系列型譜、《水電站大壩安全檢查實(shí)施細(xì)則》、《混凝大壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》、《水庫(kù)大壩安全管理?xiàng)l例》、《土石壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》等，同時(shí)，國(guó)際大壩會(huì)議也多次討論過大壩安全問題［1］。
大壩安全監(jiān)測(cè)是人們了解大壩運(yùn)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(cè)的內(nèi)涵也進(jìn)一步加深。為此，筆者從分析影響大壩安全的因素入手，對(duì)大壩安全監(jiān)測(cè)的若干問題進(jìn)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(guó)際大壩會(huì)議“關(guān)于水壩和水庫(kù)惡化”小組委員會(huì)記錄的1100座大壩失事實(shí)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(jì)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(yáng)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(jì)、施工和自然因素引起，它沒有一個(gè)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(jì)洪水位偏低、混凝土標(biāo)號(hào)過低、未考慮地震荷載等；第二類是在運(yùn)行、管理過程中逐步形成的，有一個(gè)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(jì)、施工中的不完善在運(yùn)行中得不到改正，或者說隨著時(shí)間的推移和運(yùn)行管理的不力使設(shè)計(jì)、施工中的隱患發(fā)展為破壞。就目前而言，大壩安全監(jiān)測(cè)主要是針對(duì)后兩種情況。下面將從設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行維護(hù)3個(gè)階段來討論，著重強(qiáng)調(diào)目前大壩安全監(jiān)測(cè)容易忽視的一些方面。
1.1設(shè)計(jì)階段
眾所周知，在設(shè)計(jì)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(kù)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(duì)泄洪水霧飄移危害認(rèn)識(shí)不夠所致?？κ惨患?jí)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(jì)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(shí)，迎水面滑落庫(kù)中，其原因是壩體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理。綜上所述，大壩的許多安全隱患是由設(shè)計(jì)階段留下的，特別是水文計(jì)算及地質(zhì)勘探和處理兩個(gè)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(jì)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(jī)電安裝等都將直接影響大壩的安全。喀什一級(jí)大壩在1982年施工中，其壩體及防滲墻都未進(jìn)行碾壓，致使密實(shí)度降低，在強(qiáng)震時(shí)容易液化和沉陷，這也是1985年地震時(shí)引起大壩整體破壞原因之一。
1.3運(yùn)行管理
運(yùn)行管理涉及水庫(kù)調(diào)度、大壩及附屬機(jī)電設(shè)施檢查、監(jiān)測(cè)手段及資料分析方法、大壩安全狀況評(píng)價(jià)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?yàn)槊つ孔非蠊喔刃б?，汛期不適當(dāng)?shù)靥Ц哌\(yùn)行水位所致；陳村大壩出現(xiàn)的105m高程水平裂縫與大壩長(zhǎng)期遭遇高溫低水位運(yùn)行工況有關(guān)［3］；佛子嶺、磨子潭和溝后水庫(kù)等在泄洪閘門開啟的關(guān)鍵時(shí)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(duì)大壩進(jìn)行全面的巡視檢查、儀器監(jiān)測(cè)和及時(shí)的資料分析了。這里還要強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)就是聯(lián)合調(diào)度問題，在梯級(jí)水庫(kù)調(diào)度中這一點(diǎn)顯得特別重要，如石漫灘水庫(kù)潰壩與上游的元門水庫(kù)潰壩是密不可分的。
2大壩安全監(jiān)測(cè)的目的和意義
眾所周知，大壩安全監(jiān)測(cè)有校核設(shè)計(jì)、改進(jìn)施工和評(píng)價(jià)大壩安全狀況的作用，且重在評(píng)價(jià)大壩安全。筆者認(rèn)為，大壩安全監(jiān)測(cè)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(cè)不僅是為了被監(jiān)測(cè)壩的安全評(píng)估，還要有利于其他大壩包括待建壩的安全評(píng)估。
3大壩安全監(jiān)測(cè)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(kù)調(diào)度等)、時(shí)間跨度大(從設(shè)計(jì)施工到運(yùn)行管理)；大壩安全監(jiān)測(cè)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(shí)現(xiàn)大壩安全監(jiān)測(cè)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(jìn)行理解。
3.1監(jiān)測(cè)范圍和內(nèi)容
規(guī)范［4］［5］規(guī)定“大壩安全監(jiān)測(cè)范圍，包括壩體、壩基、壩肩，以及對(duì)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(kù)區(qū)發(fā)生大滑坡引起了潰壩；1961年3月6日，我國(guó)柘溪水電廠首次蓄水時(shí)，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(dòng)的原因就是因?yàn)殡x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?？梢姡P(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(jí)水庫(kù)的運(yùn)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(cè)的范圍應(yīng)根據(jù)壩址、樞紐布置、壩高、庫(kù)容、投資及失事后果等進(jìn)行確定，根據(jù)具體情況由壩體、壩基推廣到庫(kù)區(qū)及梯級(jí)水庫(kù)大壩，大壩安全監(jiān)測(cè)的時(shí)間應(yīng)從設(shè)計(jì)時(shí)開始直至運(yùn)行管理，大壩安全監(jiān)測(cè)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(jī)電設(shè)備及泄洪消能建筑物等。
3.2大壩安全監(jiān)測(cè)的針對(duì)性
大壩安全監(jiān)測(cè)是針對(duì)具體大壩的具體時(shí)期作出的，一定要有鮮明的針對(duì)性。
(1)時(shí)間上的針對(duì)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(shí)期，因此在前一個(gè)階段監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)應(yīng)是設(shè)計(jì)參數(shù)的復(fù)核和施工質(zhì)量的檢驗(yàn)，而后者則應(yīng)是針對(duì)材料老化［7］和設(shè)計(jì)復(fù)核進(jìn)行。
大壩的破壞機(jī)理研究至今還是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，關(guān)鍵是原型破壞試驗(yàn)作不了，因此，加強(qiáng)對(duì)潰壩的分析是非常有必要的。這就要求大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在關(guān)鍵時(shí)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(duì)性。
針對(duì)具體的壩址、壩型和結(jié)構(gòu)有針對(duì)性地加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，如針對(duì)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(qiáng)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(kù)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(duì)霧化的監(jiān)測(cè)和汛期對(duì)備用電源的檢查等。再者，大壩監(jiān)測(cè)應(yīng)和大壩設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行管理互相補(bǔ)充，特別是在設(shè)計(jì)中運(yùn)用新結(jié)構(gòu)、新方法、新材料，施工時(shí)發(fā)現(xiàn)新的地質(zhì)構(gòu)造和地質(zhì)條件。運(yùn)行遇到不利工況時(shí)，大壩安全監(jiān)測(cè)理應(yīng)成為檢驗(yàn)設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)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(cè)手段和方法
大壩安全監(jiān)測(cè)包括巡視檢查和儀器監(jiān)測(cè)［4］，筆者認(rèn)為巡視檢查和儀器監(jiān)測(cè)是分不開的。前者也要盡可能的利用當(dāng)今的先進(jìn)儀器和技術(shù)對(duì)大壩特別是隱患進(jìn)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(jiǎn)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(jìn)行檢查［6］，從而完成對(duì)其定位及嚴(yán)重程度的判定。人工巡查和儀器監(jiān)測(cè)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(cè)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(shí)，由于材料的非線性(特別是土石壩)，從而使監(jiān)測(cè)的難度增大；另一方面，目前儀器監(jiān)測(cè)還只能作到“點(diǎn)(小范圍)監(jiān)測(cè)”，如測(cè)縫計(jì)只能發(fā)現(xiàn)通過測(cè)點(diǎn)的裂(接)縫開度的變化，而不能發(fā)現(xiàn)測(cè)點(diǎn)以外裂(接)縫開度的變化；變形(滲流)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)到的是壩體(基)綜合反應(yīng)，因而難以進(jìn)行具體情況的原因分析。正是由于上述原因，監(jiān)測(cè)手段和方法必須多樣化，即將各種監(jiān)測(cè)手段和方法［4］［5］結(jié)合起來，將定性和定量監(jiān)測(cè)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(cè)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(cè)量系統(tǒng)”——光纖測(cè)量系統(tǒng)即將面世，水科院、國(guó)電公司成都院等單位已對(duì)此作了大量的研究，也曾在三峽作過試驗(yàn)。該系統(tǒng)將光纖既作為傳感部件，又作為信號(hào)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(cè)走向立體和全方位。
目前，自動(dòng)化系統(tǒng)還存在費(fèi)用高、可靠性難以保證、監(jiān)測(cè)項(xiàng)目不全、安裝調(diào)試?yán)щy、實(shí)時(shí)化程度低等問題，筆者認(rèn)為一種費(fèi)用低、安裝調(diào)試簡(jiǎn)單、易維護(hù)、可以進(jìn)行大范圍監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)性高的系統(tǒng)才是發(fā)展方向。同時(shí)，監(jiān)測(cè)方法、監(jiān)測(cè)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(cè)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(cè)資料交由專職單位去分析，這樣做要花費(fèi)大量的時(shí)間，不利于及時(shí)有效地掌握大壩性態(tài)和進(jìn)行最優(yōu)的運(yùn)行調(diào)度。同時(shí)，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(jì)模型)的基礎(chǔ)上，缺乏與具體大壩的聯(lián)系及與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(穩(wěn)定、強(qiáng)度)的比較，也不利于監(jiān)測(cè)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(cè)資料(如庫(kù)水位、溫度、應(yīng)力、揚(yáng)壓力等)與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(穩(wěn)定、強(qiáng)度)對(duì)照起來用于壩體強(qiáng)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(cè)自動(dòng)化水平多數(shù)還停留在部分監(jiān)測(cè)項(xiàng)目數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集上，難以滿足實(shí)際需要。事實(shí)上單憑監(jiān)控指標(biāo)來判別大壩安全是不完善的，因?yàn)槟壳暗谋O(jiān)控指標(biāo)主要依靠經(jīng)驗(yàn)和理論計(jì)算確定。前者人為因素大，后者由于計(jì)算理論、數(shù)學(xué)模型和邊界條件的假定，誤差也較大，實(shí)際應(yīng)用也值得商榷。如對(duì)于土石壩，當(dāng)上游庫(kù)水位驟降時(shí)測(cè)壓管水位不會(huì)超過監(jiān)控指標(biāo)，但此時(shí)上游壩體有可能失穩(wěn)。我國(guó)自1987年開始的水電站大壩安全定期檢查(鑒定)，是對(duì)大壩結(jié)構(gòu)性態(tài)和安全狀況的全面檢查和評(píng)價(jià)，已得到廣大科技人員認(rèn)可，實(shí)踐證明是有效的。它就是根據(jù)設(shè)計(jì)復(fù)核、壩基隱患、壩體穩(wěn)定、泄洪消能、庫(kù)區(qū)淤積及近壩庫(kù)岸滑坡等方面對(duì)大壩安全進(jìn)行評(píng)價(jià)。因此，大壩安全評(píng)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(yàn)和監(jiān)測(cè)資料分析的有效方法結(jié)合起來，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)與大壩監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、閘門監(jiān)控系統(tǒng)、水庫(kù)自動(dòng)調(diào)度系統(tǒng)、水雨情測(cè)報(bào)系統(tǒng)的有機(jī)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(shí)代的需要。
最近，國(guó)家防總在建立全國(guó)防汛決策支持系統(tǒng)中將大壩安全監(jiān)測(cè)(工情監(jiān)測(cè))作為整個(gè)系統(tǒng)的一個(gè)部分，從而突出水庫(kù)運(yùn)行以效益為中心，大壩安全是約束條件的觀點(diǎn)。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(jī)損壞，而又不知近期洪水情況，如何在洪水到來時(shí)確保大壩安全?同時(shí)，運(yùn)行也會(huì)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(yùn)行方式有關(guān)；碧口大壩1995年也因泥沙淤積在較短的時(shí)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(kù)效益，確保大壩安全，必須盡可能將流域水情、梯級(jí)水庫(kù)調(diào)度情況及洪水預(yù)報(bào)、大壩安全監(jiān)測(cè)和本水庫(kù)運(yùn)行調(diào)度結(jié)合起來。
另一方面，目前自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集軟件均有巡測(cè)和選測(cè)功能，為適應(yīng)“無人值班，少人值守”的要求，設(shè)置自動(dòng)進(jìn)行巡測(cè)、在線診斷、自動(dòng)報(bào)警是對(duì)系統(tǒng)的必然要求。由于許多測(cè)值超差均由于自動(dòng)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(cè)值或其變化速率超過正常范圍時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)立即對(duì)該測(cè)點(diǎn)進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量或自動(dòng)加密測(cè)次，以方便系統(tǒng)維護(hù)和資料分析。
隨著信息化的推廣，大壩安全監(jiān)測(cè)應(yīng)主動(dòng)適應(yīng)時(shí)代要求，走向網(wǎng)絡(luò)化、智能化，采用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)、INTERNET/INTRANET技術(shù)，建立全國(guó)的大壩安全監(jiān)測(cè)信息網(wǎng)是時(shí)代的要求。
4結(jié)語
通過以上分析可知，大壩安全監(jiān)測(cè)實(shí)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(diǎn)：
(1)大壩安全監(jiān)測(cè)范圍空間上應(yīng)包括梯級(jí)水庫(kù)；時(shí)間上應(yīng)從設(shè)計(jì)開始。大壩安全監(jiān)測(cè)內(nèi)容應(yīng)包括與大壩安全有關(guān)的泄洪及機(jī)電設(shè)備；
(2)大壩安全監(jiān)測(cè)應(yīng)與氣象、水情、洪水預(yù)報(bào)及水庫(kù)調(diào)度結(jié)合起來，使之成為水庫(kù)運(yùn)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(cè)應(yīng)將大壩安全評(píng)估與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)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(yàn)和方法，從而易于理解、掌握和應(yīng)用；
(4)大壩安全監(jiān)測(cè)應(yīng)充分利用科技進(jìn)步，走向即時(shí)化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化。
總之，大壩安全監(jiān)測(cè)就是利用一切手段，確保大壩以較少的投入來保證長(zhǎng)期、穩(wěn)定、安全的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)效益的最大化。
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