馬建平++李寶山

摘 要：基于信息技術、通信技術、網絡技術、GPS技術等先進技術設計的包鋼尾礦庫在線監(jiān)測系統(tǒng)，主要功能實現了對尾礦庫重要特性指標的全面監(jiān)測，同時實時地在調度室顯示監(jiān)測數據。并根據尾礦庫的實際運行歷史經驗數據與監(jiān)測數據比對，設定預、報警閥值，自動預警、報警，用戶可以根據軟件顯示的數據，實時查看尾礦庫的運行狀況，同時依據自動監(jiān)測、計算出的數據和人工經驗資料，為包鋼尾礦庫的安全運行、綜合治理提供客觀的科學依據。

關鍵詞：尾礦庫；在線監(jiān)測；設計

1 包鋼尾礦庫的基本情況

包鋼尾礦堆積壩位于內蒙古自治區(qū)包頭市昆都侖區(qū)以西的包鋼場區(qū)西南部，包鋼選礦廠西南約4.0km的平原緩坡上，整體地勢北高南低，該尾礦庫為二等庫。截止目前，尾礦庫已有視頻監(jiān)測、人工浸潤線監(jiān)測孔、人工變形監(jiān)測點等監(jiān)測設施。

2 包鋼尾礦庫在線監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設計思路

包鋼尾礦庫在線監(jiān)測系統(tǒng)由多類傳感器、通訊電纜（有線或無線）、數據采集儀、軟件、顯示設備等組成，形成一整套的系統(tǒng)?？蓪崿F對尾礦庫重要運行數據的實時采集、集中傳輸、計算、分析；直觀顯示設計監(jiān)測的各項數據；在線實時分析數據；對數據及狀態(tài)參數等相關資料進行存儲。包鋼尾礦庫在線監(jiān)測系統(tǒng)包括以下子系統(tǒng)：

2.1 位移監(jiān)測子系統(tǒng)

（1）壩體表面位移監(jiān)測。壩體表面位移監(jiān)測采用GPS，監(jiān)測原理為各GPS監(jiān)測點與參考點接收機實時接收GPS信號，并通過數據通訊網絡實時發(fā)送到控制中心，控制中心服務器GPS數據處理軟件GPSensor實時差分解算出各監(jiān)測點三維坐標，數據分析軟件獲取各監(jiān)測點實時三維坐標，并與初始坐標進行對比而獲得該監(jiān)測點變化量，同時分析軟件根據事先設定的預警值而進行報警[1]。

（2）壩體內部位移監(jiān)測。首先在尾礦壩設定位置鉆孔，鉆孔深度到壩體內部穩(wěn)定部位，然后在鉆孔中裝入傾斜儀傳感器，從而監(jiān)測壩體結構內部的傾斜狀態(tài)。在鉆孔內安裝多只傾斜儀可以更加準確的監(jiān)測壩體內部變形情況。位移采用的計算公式為：

S=（X-Y）*G+K*（Z-H） [2]

其中S為位移變化量；X為初始儀器讀數；Y為當前讀數；G為設備提供的儀器系數，出廠后標定后得到；K為傳感器修正系數；Z為初始溫度；H為當前的溫度。一般情況下，測量的溫度系數很小，溫度的影響可以忽略不計。

2.2 浸潤線監(jiān)測子系統(tǒng)

采用滲壓計，通過在壩體里鉆鑿鉆孔，把滲壓計放置在鉆孔里。通過測量滲壓計的壓力，再轉化為水頭高度，結合安裝深度以及孔口高程即可得到壩體或者繞壩的浸潤線高度[3]。測量精度取決于滲壓計的精度，誤差小于10mm。

浸潤線高度=安裝儀器高+滲壓計測量高度

2.3 庫水位監(jiān)測子系統(tǒng)

庫水位利用超聲波測得探頭距離水面的距離，從而計算出庫區(qū)水位高程值。

2.4 視頻監(jiān)測子系統(tǒng)

沿尾礦庫周邊10公里，依據監(jiān)控的重點位置，安裝187個高清攝像頭，以光纖為傳輸介質，將監(jiān)控的實時數據傳回尾礦車間的服務器上。

2.5 系統(tǒng)防雷

防雷系統(tǒng)由接地部分和地電位均衡器組成。

接地網是安全迅速泄放雷電流的重要環(huán)節(jié)。也是保障電子儀器、設備正常運行的基礎設施。地電位均衡器在兩端出現電位差時呈現閉路狀態(tài)，而在正常情況下則處于開路狀態(tài)，是用于兩個獨立地之間的連接。

3 軟件設計與實現

包鋼尾礦庫在線監(jiān)測系統(tǒng)軟件包括：傳感器數據采集與存貯管理軟件、數據計算分析軟件、實時數據在線顯示（圖示）軟件、參數配置軟件。

數據采集與存貯管理軟件設定采樣周期，采取輪巡方式，將各類傳感器讀數實時采集并保存至數據庫，同時將設計的報警閥值數據也保存在數據庫，采集軟件支持GPS、測斜儀、浸潤線等監(jiān)測設備監(jiān)測數據的采集與數據的上傳，同時可以遠程控制各監(jiān)測設備，支持串口、TCP/IP等協(xié)議。

數據計算分析軟件通過分析實時數據和報警閥值數據的關系，如果實時數據大于或小于閥值數據，達到報警觸發(fā)條件，觸發(fā)聲光報警器、短信報警模塊實現多種方式同時報警。分為壩體位移計算、浸潤線計算、庫水位換算等監(jiān)測模塊，支持自動、手動生成報表等功能。

實時數據在線顯示（圖示）軟件可以依據用戶的需要，直觀地顯示設計監(jiān)測的各類數據，包括實時數據、歷史數據、對比圖、波型圖等。方便用戶對監(jiān)測對象的運行參數全面掌握。

參數配置功能主要分為系統(tǒng)用戶的權限設置、報警參數及人員設置及監(jiān)測項目配置等功能。

4 包鋼尾礦庫在線監(jiān)測系統(tǒng)的用戶評價

包鋼尾礦庫在線監(jiān)測系統(tǒng)實現了包鋼尾礦庫位移（表面、內部位移）、浸潤線、水位等重要特征數據自動實時監(jiān)測目的。包鋼尾礦庫在線安全監(jiān)測系統(tǒng)的建立便于安監(jiān)、環(huán)境部門實時掌握尾礦庫的運行狀況和安全現狀，提高尾礦庫的安全性，保障庫區(qū)下游包蘭鐵路的正常運轉及人民群眾的生命財產安全，避免因尾礦庫事故而造成黃河的水源污染，保護生態(tài)環(huán)境。 尾礦庫安全在線監(jiān)測系統(tǒng)的可以大幅度提高包鋼對于尾礦庫潰壩災害機理的認識水平，全面提升尾礦庫安全監(jiān)管和日常管理水平，增強企業(yè)、社會、政府對于尾礦庫災害的預警響應能力，建立潰壩風險綜合評判的科學方法，有效保障人民的生命財產安全和生態(tài)環(huán)境安全，社會效益顯著，符合國家環(huán)保法的要求。

該系統(tǒng)成功運行方便管理人員隨時掌握包鋼尾礦庫的運行情況，全面、及時、準確了解各項監(jiān)測情況，在突發(fā)情況下迅速的調閱第一手資料，及時啟動應急預案，處理和救援，做到防患于未然。

參考文獻：

[1]耿俊鵬.尾礦庫自動監(jiān)測系統(tǒng)設計[J].云南地質，2011，32（04）：482-486.

[2]張春玲，鄧金迪.榆木溝尾礦庫在線監(jiān)測系統(tǒng)設計與應用[J].有色金屬（礦山部分），2012，64（05）27-29.

[3]王利崗，張達.在線監(jiān)測系統(tǒng)在胡家峪銅礦尾礦庫的應用[J].礦冶，2012，21（06）：73-74.

[4]程敏.某鎢礦尾礦庫在線監(jiān)測系統(tǒng)分析[J].工程設計與研，2011（130）：28-30.

[5]曾群偉，謝殿榮，蘇舉端等.尾礦庫潰壩的安全監(jiān)測[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2010，36（01）：44-46.

作者簡介：馬建平（1972-），內蒙古人，工程師，現從事計算機網絡技術研究工作。endprint