包鋼尾礦庫在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

馬建平++李寶山

摘 要：基于信息技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、GPS技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)設(shè)計的包鋼尾礦庫在線監(jiān)測系統(tǒng)，主要功能實現(xiàn)了對尾礦庫重要特性指標(biāo)的全面監(jiān)測，同時實時地在調(diào)度室顯示監(jiān)測數(shù)據(jù)。并根據(jù)尾礦庫的實際運(yùn)行歷史經(jīng)驗數(shù)據(jù)與監(jiān)測數(shù)據(jù)比對，設(shè)定預(yù)、報警閥值，自動預(yù)警、報警，用戶可以根據(jù)軟件顯示的數(shù)據(jù)，實時查看尾礦庫的運(yùn)行狀況，同時依據(jù)自動監(jiān)測、計算出的數(shù)據(jù)和人工經(jīng)驗資料，為包鋼尾礦庫的安全運(yùn)行、綜合治理提供客觀的科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：尾礦庫；在線監(jiān)測；設(shè)計

1 包鋼尾礦庫的基本情況

包鋼尾礦堆積壩位于內(nèi)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(diǎn)等監(jiān)測設(shè)施。

2 包鋼尾礦庫在線監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)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(shù)據(jù)采集儀、軟件、顯示設(shè)備等組成，形成一整套的系統(tǒng)?？蓪崿F(xiàn)對尾礦庫重要運(yùn)行數(shù)據(jù)的實時采集、集中傳輸、計算、分析；直觀顯示設(shè)計監(jiān)測的各項數(shù)據(jù)；在線實時分析數(shù)據(jù)；對數(shù)據(jù)及狀態(tài)參數(shù)等相關(guān)資料進(jìn)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(diǎn)與參考點(diǎn)接收機(jī)實時接收GPS信號，并通過數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)實時發(fā)送到控制中心，控制中心服務(wù)器GPS數(shù)據(jù)處理軟件GPSensor實時差分解算出各監(jiān)測點(diǎn)三維坐標(biāo)，數(shù)據(jù)分析軟件獲取各監(jiān)測點(diǎn)實時三維坐標(biāo)，并與初始坐標(biāo)進(jìn)行對比而獲得該監(jiān)測點(diǎn)變化量，同時分析軟件根據(jù)事先設(shè)定的預(yù)警值而進(jìn)行報警[1]。

（2）壩體內(nèi)部位移監(jiān)測。首先在尾礦壩設(shè)定位置鉆孔，鉆孔深度到壩體內(nèi)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(jié)構(gòu)內(nèi)部的傾斜狀態(tài)。在鉆孔內(nèi)安裝多只傾斜儀可以更加準(zhǔn)確的監(jiān)測壩體內(nèi)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(shù)；Y為當(dāng)前讀數(shù)；G為設(shè)備提供的儀器系數(shù)，出廠后標(biāo)定后得到；K為傳感器修正系數(shù)；Z為初始溫度；H為當(dāng)前的溫度。一般情況下，測量的溫度系數(shù)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(zhuǎn)化為水頭高度，結(jié)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(jù)監(jiān)控的重點(diǎn)位置，安裝187個高清攝像頭，以光纖為傳輸介質(zhì)，將監(jiān)控的實時數(shù)據(jù)傳回尾礦車間的服務(wù)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(wǎng)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(shè)備正常運(yùn)行的基礎(chǔ)設(shè)施。地電位均衡器在兩端出現(xiàn)電位差時呈現(xiàn)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(dú)立地之間的連接。

3 軟件設(shè)計與實現(xiàn)

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

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

數(shù)據(jù)計算分析軟件通過分析實時數(shù)據(jù)和報警閥值數(shù)據(jù)的關(guān)系，如果實時數(shù)據(jù)大于或小于閥值數(shù)據(jù)，達(dá)到報警觸發(fā)條件，觸發(fā)聲光報警器、短信報警模塊實現(xiàn)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(shù)據(jù)在線顯示（圖示）軟件可以依據(jù)用戶的需要，直觀地顯示設(shè)計監(jiān)測的各類數(shù)據(jù)，包括實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、對比圖、波型圖等。方便用戶對監(jiān)測對象的運(yùn)行參數(shù)全面掌握。

參數(shù)配置功能主要分為系統(tǒng)用戶的權(quán)限設(shè)置、報警參數(shù)及人員設(shè)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(xiàn)了包鋼尾礦庫位移（表面、內(nèi)部位移）、浸潤線、水位等重要特征數(shù)據(jù)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(yùn)行狀況和安全現(xiàn)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(yùn)轉(zhuǎn)及人民群眾的生命財產(chǎn)安全，避免因尾礦庫事故而造成黃河的水源污染，保護(hù)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(zāi)害機(jī)理的認(rèn)識水平，全面提升尾礦庫安全監(jiān)管和日常管理水平，增強(qiáng)企業(yè)、社會、政府對于尾礦庫災(zāi)害的預(yù)警響應(yīng)能力，建立潰壩風(fēng)險綜合評判的科學(xué)方法，有效保障人民的生命財產(chǎn)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(yùn)行方便管理人員隨時掌握包鋼尾礦庫的運(yùn)行情況，全面、及時、準(zhǔn)確了解各項監(jiān)測情況，在突發(fā)情況下迅速的調(diào)閱第一手資料，及時啟動應(yīng)急預(yù)案，處理和救援，做到防患于未然。

參考文獻(xiàn)：

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[3]王利崗，張達(dá).在線監(jiān)測系統(tǒng)在胡家峪銅礦尾礦庫的應(yīng)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(shè)計與研，2011（130）：28-30.

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作者簡介：馬建平（1972-），內(nèi)蒙古人，工程師，現(xiàn)從事計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究工作。endprint