磷石膏尾礦庫安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)探究

李及利 陳前鋒 趙大玲

甕福（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 貴州 福泉 540010

1 尾礦庫在線安全監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)分析

（1）位移在線監(jiān)測技術(shù)。位移在線監(jiān)測主要是對尾礦庫的壩體進(jìn)行監(jiān)測，分為壩體表面位移監(jiān)測和內(nèi)部位移監(jiān)測。在對壩體表面實(shí)施位移監(jiān)測技術(shù)時(shí)可采用GPS、北斗等RTK設(shè)備，通過基站與測點(diǎn)不斷解算來實(shí)時(shí)獲取位移數(shù)據(jù)。

（2）浸潤線在線監(jiān)測技術(shù)。浸潤線對壩體內(nèi)部含水層的測量，其中測壓管的預(yù)埋位置要能體現(xiàn)出滲流情況及可能出現(xiàn)滲流異常的位置。通過水位計(jì)、滲壓計(jì)等設(shè)備來獲取數(shù)據(jù)。

（3）干灘在線監(jiān)測技術(shù)。在尾礦庫防洪能力的衡量指標(biāo)中，灘頂標(biāo)高與正常水位、最高洪水位下尾礦庫的干灘距離是最重要的幾項(xiàng)指標(biāo)。當(dāng)前主要是通過對斷面測量點(diǎn)進(jìn)行有效的選取來獲取干灘高程以及測點(diǎn)間距等數(shù)據(jù)，并結(jié)合對水庫水位和灘頂?shù)葦?shù)據(jù)，計(jì)算干灘到尾礦庫的距離。

（4）降雨量在線監(jiān)測技術(shù)。降雨量與尾礦庫的安全性具有緊密的聯(lián)系，可以利用容柵式雨量計(jì)儀器對降水量數(shù)據(jù)進(jìn)行測量，通過對標(biāo)分析來判斷尾礦庫的安全性。

（5）庫水位在線監(jiān)測技術(shù)。在監(jiān)測尾礦庫的防洪能力的過程中，由于尾礦庫中必定會(huì)存在很多的尾礦濾水和降水，這些水位的高低也會(huì)影響尾礦庫的防洪能力。因此在監(jiān)測過程中要充分利用各類液位計(jì)來實(shí)時(shí)監(jiān)測水庫水位[1]。

2 硬件系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的研究

①表面水平位移監(jiān)測設(shè)計(jì)。對于位移監(jiān)測控制值的計(jì)算方法，可以考慮在一定置信區(qū)間內(nèi)建立數(shù)學(xué)模型，并根據(jù)最不利可能因變量組合，通過對誤差因素的分析，從而確定極限值，同時(shí)以此來作為監(jiān)控指標(biāo)。預(yù)警不僅要監(jiān)測項(xiàng)目的累計(jì)變化量，還要控制其Δ值，當(dāng)監(jiān)測的數(shù)據(jù)超過其中之一時(shí)，即刻報(bào)警。②庫水位監(jiān)測子系統(tǒng)。通過超聲波探頭對庫水位與水面之間的距離進(jìn)行測量，從而對庫區(qū)水位的高程值進(jìn)行計(jì)算。③浸潤線監(jiān)測子系統(tǒng)。在尾礦庫壩體內(nèi)部通過鉆孔，將滲壓計(jì)置入其中，系統(tǒng)通過對滲壓計(jì)的壓力進(jìn)行測量并將測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為水頭高度，并根據(jù)滲壓計(jì)的安裝深度及孔口高程就能夠計(jì)算出尾礦庫壩體的浸潤線高度。滲壓計(jì)的精度決定了浸潤線的測量精度，一般誤差不超過10mm。④視頻監(jiān)測子系統(tǒng)。在尾礦庫周邊10km范圍內(nèi)，根據(jù)尾礦庫的具體實(shí)際情況，設(shè)定重點(diǎn)監(jiān)控位置，并安裝高清攝像頭，以光纖作為傳輸介質(zhì)，將監(jiān)控畫面嵌入安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)上[2]。

3 系統(tǒng)軟件方案設(shè)計(jì)研究

尾礦庫安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包含數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)庫、預(yù)警報(bào)警、用戶管理以及數(shù)據(jù)查詢等模塊，如下圖。

（1）數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由GNSS、測距儀、雷達(dá)、測斜儀、滲壓計(jì)6類傳感器組成，通過TCP/IP協(xié)議對6類傳感器實(shí)時(shí)傳回的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行接收，包含振弦量、開關(guān)量以及電壓量等，并將接收的數(shù)據(jù)解釋后寫入SQL/MYSQL數(shù)據(jù)庫。

（2）數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)。通過均值濾波、差分等算法對所接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。數(shù)據(jù)處理能夠?qū)?類傳感器的運(yùn)行狀態(tài)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和反饋。主要是對實(shí)時(shí)位移偏移、實(shí)時(shí)滲流水位、實(shí)時(shí)庫水位以及實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控等情況進(jìn)行監(jiān)控，并將這些數(shù)據(jù)信息存到數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)中。

（3）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)庫由原始數(shù)據(jù)庫和核心數(shù)據(jù)庫兩部分組成，主要是承擔(dān)數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)的功能，原始數(shù)據(jù)庫主要是存儲(chǔ)各個(gè)設(shè)備直接采集的數(shù)據(jù)，例如大壩位移數(shù)據(jù)、降雨量數(shù)據(jù)等。而核心數(shù)據(jù)庫其實(shí)質(zhì)是監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，主要是對數(shù)據(jù)庫的訪問請求進(jìn)行處理，從而將各項(xiàng)數(shù)據(jù)傳遞到系統(tǒng)終端。

（4）預(yù)警報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)。預(yù)警報(bào)警系統(tǒng)主要是對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與閾值進(jìn)行對標(biāo)分析，如果實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)超過了閾值，系統(tǒng)就會(huì)在顯示屏幕上以不同的顏色進(jìn)行預(yù)警。同時(shí)系統(tǒng)還會(huì)根據(jù)閾值對相應(yīng)級(jí)別的管理人員推送短信息，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控的功能。

（5）用戶權(quán)限管理模塊設(shè)計(jì)。在權(quán)限管理中主要分為管理員和訪客兩種形式。管理員具有最高的訪問權(quán)限，能夠使用系統(tǒng)的所有功能；而訪客根據(jù)身份信息能夠?qū)ο鄳?yīng)的模塊進(jìn)行訪問和使用并對預(yù)警信息進(jìn)行消缺。

（6）數(shù)據(jù)查詢模塊。數(shù)據(jù)查詢模塊的組成成分較多，有壩體位移、庫水位及視頻等，這是最為主要的幾大檢測子系統(tǒng)，通過它們提供的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)能明確了解歷史數(shù)據(jù)、時(shí)程曲線、歷史曲線和傳感器當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)等。而歷史數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)結(jié)合了兩種形式，即表單和曲線圖，方便查詢時(shí)選取明確的起止時(shí)間[3]。

4 結(jié)束語

該系統(tǒng)投入使用后，在很大程度上提升了公司安全管理工作效率，但依舊存在一些問題，建議如下改進(jìn)：加強(qiáng)國內(nèi)核心技術(shù)的研發(fā)，脫離對外來進(jìn)口；對于尾礦庫整體安全性缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，還應(yīng)建立更加完善和規(guī)范的系統(tǒng)評(píng)價(jià)；缺乏相應(yīng)的系統(tǒng)人才，應(yīng)進(jìn)一步加大人才培養(yǎng)。