湖北三鑫公司高精度地表沉降監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

安慶+吳樹森

摘 要：針對湖北三鑫金銅股份有限公司礦區(qū)實(shí)際需求，建立了一套基于北斗高精度的地表沉降監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，論述了系統(tǒng)的總體構(gòu)架及方案實(shí)施組成。該系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)人工無法全天候監(jiān)測的問題，實(shí)現(xiàn)了礦區(qū)地表沉降安全監(jiān)測的自動(dòng)化、智能化。

關(guān)鍵詞：北斗 沉降監(jiān)測 基準(zhǔn)站 數(shù)據(jù)中心

中圖分類號：P228 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）01（b）-0241-02

采礦業(yè)屬于高風(fēng)險(xiǎn)行業(yè)，近幾年采礦企業(yè)頻發(fā)重特大安全生產(chǎn)事故，給國家和人民帶來巨大的生命財(cái)產(chǎn)損失。隨著國家對采礦行業(yè)安全生產(chǎn)的日益高度重視，采礦企業(yè)建立安全可靠的視頻監(jiān)控系統(tǒng)勢在必行，同時(shí)這也是礦區(qū)安全系統(tǒng)中的重要內(nèi)容。

湖北三鑫金銅股份有限公司（以下簡稱湖北三鑫公司）為典型的采礦企業(yè)，其主要開采對象為-470 ～-1 080 m標(biāo)高之間的礦體，隨著礦山向深部開采，形成大量采空區(qū)，且地壓逐漸增大，地下采空區(qū)在強(qiáng)大的地壓下，更容易發(fā)生坍塌事故，形成地表沉降現(xiàn)象，若不能建立沉降監(jiān)測系統(tǒng)，其生產(chǎn)運(yùn)營及礦區(qū)物資人員的安全則存在嚴(yán)重的安全隱患。因此，利用北斗技術(shù)，在三鑫礦區(qū)建立一套自動(dòng)化地表沉降監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)非常必要。該系統(tǒng)在北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)的支撐下，能夠提供毫米級定位精度，非常適用于礦區(qū)地表沉降、尾礦庫及滑坡等微小形變的監(jiān)測，對于企業(yè)的安全生產(chǎn)意義重大。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

基于北斗高精度的地表沉降監(jiān)測系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)分為四個(gè)部分，具體如下所述。

（1）傳感器子系統(tǒng)：針對礦區(qū)10個(gè)危險(xiǎn)區(qū)域：①新主井；②活動(dòng)中心；③化驗(yàn)室；④滑坡區(qū)；⑤干堆尾礦庫六個(gè)區(qū)域。分別布置北斗天線、北斗接收機(jī)等監(jiān)測終端，采用后安裝方式。

（2）數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)：北斗天線到北斗主機(jī)由同軸電纜通訊；北斗主機(jī)及其他傳感器與控制中心通訊采用無線的通訊方式。

（3）數(shù)據(jù)處理與控制子系統(tǒng)：由布置在監(jiān)控中心的小型機(jī)系統(tǒng)、服務(wù)器系統(tǒng)、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)自動(dòng)處理與Web發(fā)布。

（4）輔助支持系統(tǒng)：包括外場機(jī)柜、配電及UPS、防雷和遠(yuǎn)程電源監(jiān)控。其整體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)見圖1。

2 系統(tǒng)方案實(shí)施組成

該系統(tǒng)實(shí)施主要包括以下幾個(gè)部分。

2.1 地基增強(qiáng)站

武漢光谷北斗控股集團(tuán)有限公司已在黃石市建設(shè)了10個(gè)地基增強(qiáng)站，覆蓋整個(gè)黃石市所轄區(qū)域，其分別部署在：（1）馬石村；（2）鐵山區(qū)；（3）黃石港區(qū)江北工業(yè)園；（4）大冶；（5）靈鄉(xiāng)鎮(zhèn)；（6）白沙鎮(zhèn)；（7）黃顙口鎮(zhèn)；（8）陽新縣；（9）龍港鎮(zhèn)；（10）楓林鎮(zhèn)。

利用黃石北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)網(wǎng)中已經(jīng)建立的大冶站，能夠保證湖北三鑫公司地表沉降監(jiān)測點(diǎn)實(shí)時(shí)接收到基準(zhǔn)站的衛(wèi)星坐標(biāo)修正值，從而構(gòu)成監(jiān)測網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)礦區(qū)的位移形變監(jiān)控預(yù)警。

2.2 監(jiān)測站

湖北三鑫公司北斗高精度地表沉降監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的監(jiān)測單元為10個(gè)監(jiān)測站，該次10個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的設(shè)計(jì)是結(jié)合礦區(qū)內(nèi)部已經(jīng)出現(xiàn)整體沉降的“化驗(yàn)樓”和主井附近“滑坡坍塌點(diǎn)”，防止發(fā)生二次坍塌，并充分考慮“干堆尾礦庫”的范圍和在建邊坡的實(shí)際需要，同時(shí)對礦區(qū)人員較為集中的“活動(dòng)中心”和新建的“主井”進(jìn)行安全評估后確立的布點(diǎn)方案，其監(jiān)測點(diǎn)分布見圖2。

2.3 數(shù)據(jù)通訊單元

由于該項(xiàng)目實(shí)施的是礦區(qū)的沉降監(jiān)測，需要實(shí)現(xiàn)監(jiān)測站與控制中心間的數(shù)據(jù)雙向通訊傳輸，監(jiān)測站的遠(yuǎn)程控制和管理等功能?？紤]到現(xiàn)場環(huán)境較為復(fù)雜，布設(shè)光纜的難度較大。另外，由于沉降數(shù)據(jù)是靜態(tài)觀測數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性要求不高，而對精度要求較高，從實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性出發(fā)，我們對各監(jiān)測站采用了GPRS的數(shù)據(jù)通訊傳輸方式。

3 數(shù)據(jù)中心

數(shù)據(jù)中心硬件設(shè)備主要組成為各類服務(wù)器、數(shù)據(jù)存儲及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。服務(wù)器包括應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、利舊服務(wù)器及解算服務(wù)器等；數(shù)據(jù)存儲設(shè)備包括在線存儲、利舊存儲、離線存儲等；網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包括防火墻、核心交換機(jī)、負(fù)載均衡器等。其功能是接收從各監(jiān)測站和基準(zhǔn)站傳來的衛(wèi)星觀測原始數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行轉(zhuǎn)換、處理、存儲、發(fā)送和應(yīng)用展示等，實(shí)現(xiàn)各沉降監(jiān)測點(diǎn)沉降量數(shù)字和圖形化展示、趨勢分析、安全評估，以及閾值預(yù)警等功能。

4 結(jié)語

湖北三鑫公司北斗高精度地表沉降監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)能夠監(jiān)測沉降區(qū)的地質(zhì)變化、地表位移形變情況，并自動(dòng)反饋到監(jiān)控中心，且能根據(jù)現(xiàn)場事故等級給相應(yīng)負(fù)責(zé)的巡檢員、相關(guān)監(jiān)管部門及領(lǐng)導(dǎo)提供多級預(yù)警，能讓主管領(lǐng)導(dǎo)第一時(shí)間實(shí)時(shí)了解到現(xiàn)場情況，根據(jù)現(xiàn)場情況及時(shí)啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，下達(dá)指令，快速解決問題。便于企業(yè)實(shí)時(shí)掌握礦區(qū)地表沉降狀況和安全狀況，從而保障礦體深部采礦安全以及礦區(qū)內(nèi)居民的生命財(cái)產(chǎn)安全。該系統(tǒng)還可應(yīng)用于滑坡地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測、礦山邊坡變形監(jiān)測、水庫大壩變形監(jiān)測、堤防渠道變形監(jiān)測、深基坑及周邊影響區(qū)變形監(jiān)測、高層建筑及大型場館健康監(jiān)測等領(lǐng)域，具有較大的使用價(jià)值。

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