張公嶺尾礦庫物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)應用研究

尾礦庫作為具有高勢能的重大危險源，確保其生命周期內的安全是礦山安全生產管理的核心問題

。經(jīng)實踐證明，開展尾礦庫安全監(jiān)測是避免尾礦庫安全事故的一項十分必要且有效的手段

。傳統(tǒng)的局域網(wǎng)型尾礦庫在線監(jiān)測系統(tǒng)存在架構復雜、維護困難、信息共享效率低、建設成本高等問題

。近年來，隨著北斗定位系統(tǒng)、4/5G無線網(wǎng)絡通訊、云計算中心等新基建的高速發(fā)展，建立在信息基礎設施上的物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測技術為尾礦庫安全監(jiān)測系統(tǒng)建設提供了全新的思路

。

1 項目簡介

廣西賀州張公嶺鉛鋅礦尾礦庫位于賀州市八步區(qū)南鄉(xiāng)鎮(zhèn)江坪村境內，距賀州市70km

。該尾礦庫采用上游法堆筑、濕排工藝，初期壩為不透水粘土壩，壩高約8.5m；設計總壩高54.9m，現(xiàn)狀壩高50.9m，設計總庫容260萬m3，等別為四等庫。該尾礦庫原先僅設有人工監(jiān)測點（包括表面位移及浸潤線等監(jiān)測項目）。根據(jù)現(xiàn)有技術規(guī)范及行政主管部門有關文件，本尾礦庫若基于傳統(tǒng)方案建立在線監(jiān)測系統(tǒng)，存在監(jiān)測點數(shù)量多、空間分布較為分散、監(jiān)測設施距離管理辦公室較遠、缺乏網(wǎng)絡及市電接入條件等難點，在線監(jiān)測系統(tǒng)建立難度大、成本高。經(jīng)多方對比論證，最終確定采用物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測技術為該尾礦庫建立在線監(jiān)測系統(tǒng)，進一步提升尾礦庫安全管理水平。

2 物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)架構

物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)由前端傳感器采集節(jié)點、數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關、物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測預警云平臺三部分組成。

前端傳感器采集節(jié)點包括可以測量壩體邊坡表面變形的GNSS監(jiān)測站、測量壩體內部位移的鉆孔測斜儀以及測量降雨量、浸潤線、庫水位等反映環(huán)境及壩內部滲流的傳感器。數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關作為前端傳感器采集節(jié)點與物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測預警云平臺的紐帶，發(fā)揮指令上傳下達、協(xié)議轉換、數(shù)據(jù)存儲、電源管理等功能。數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關與前端傳感器采集節(jié)點通過集成整合方式，形成現(xiàn)場分布式數(shù)據(jù)采集；通過4G無線通訊網(wǎng)絡與物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測云平臺建立通訊連接。

物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測預警云平臺是一套部署在遠端云計算基礎設施上的一套基于B/S（瀏覽器/服務器）架構的網(wǎng)絡應用軟件，是該系統(tǒng)的核心。云平臺面向設備端提供設備接入、管理、消息隊列等功能，面向用戶端提供監(jiān)測數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)可視化、時程曲線、數(shù)據(jù)報表自動生成、監(jiān)測對比分析、監(jiān)測報告上傳下載、分級自動預警（現(xiàn)場聲光報警、電腦平臺報警、手機短信報警）等功能。本尾礦庫物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測預警云平臺由廣州翰南工程技術有限公司提供技術支持。

同時具備靜力與動力加壓作用的PCCP療法，采取PCCP手術能避免暴露骨折端，內固定后再移位與骨折端過度塌陷的發(fā)生率低，頸螺釘套筒在鋼板的直接鎖定下整體穩(wěn)定性明顯提高。PENA屬髓內固定系統(tǒng)，該固定系統(tǒng)具有較短的固定力臂，其生物力學符合性更高，PENA的釘棒在髓腔內，完全滿足生理負重力線對多數(shù)經(jīng)過股骨近端特別是內側負荷具有很好的承受力。

根據(jù)規(guī)范要求，在初期壩壩面（416m）、堆積壩428m平臺、445m平臺、459m平臺共布置監(jiān)測縱剖面4條，每個監(jiān)測縱剖面間隔約50m～100m布置表面位移監(jiān)測點，其中416m平臺、428m平臺處壩長小于100m，僅在這兩級平臺壩軸線中部布置表面位移各1個；445m平臺及459m平臺處壩長約240m，這兩級平臺壩軸線上按100m間距部署表面位移監(jiān)測點各2個。表面位移監(jiān)測點總計6個；在尾礦壩范圍外的管理辦公室屋頂柱端部設參考站1個，組建靜態(tài)監(jiān)測網(wǎng)。

3 物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)設置方案

原料先進行蒸煮，冷卻后加入酒母等酒精發(fā)酵劑，進行固態(tài)酒精發(fā)酵，酒精發(fā)酵完成后加入麩皮、谷糠，接種醋酸菌種，使醋酸進行好氧發(fā)酵成熟，最后經(jīng)淋醋、滅菌得到成品食醋。

2.1.2 精密度試驗。通過對混合標準品溶液重復進樣6針，計算RSD值，結果見表2。綠原酸、葫蘆巴堿、D-(-)-奎寧酸、咖啡酸峰面積的RSD值分別為0.32%、0.25%、0.56%、0.71%，表明在此試驗條件下儀器精密度良好。

這個極其漂亮的天然拱門坐落于馬略卡島東南部。有敢于冒險的攀巖者試圖攀緣這座引人注目的巖層，但它被認為是世界上最難攀爬的路線之一。而大多數(shù)人則純粹因能夠欣賞到這里的美景和蔚藍的海水而開心。

3.1 表面位移監(jiān)測

部署在現(xiàn)場的監(jiān)測設備（前端傳感器采集節(jié)點及數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關）均采用太陽能儲能系統(tǒng)供電，通過云平臺軟件策略的優(yōu)化與調度，實現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)測設備的周期性運作，在工作間歇進入休眠節(jié)電狀態(tài)，實現(xiàn)低功耗、長續(xù)航的目的。由于設備供電方面完全擺脫了對220V交流電的依賴，并且在設備元件上均采用防雷設計標準，因此現(xiàn)場監(jiān)測設備僅需設置簡單的直擊雷防護措施。

3.2 壩體內部位移監(jiān)測

（2）物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)建設成本低。充分利用了4G、云計算中心等信息基礎設施，避免了傳統(tǒng)在線監(jiān)測系統(tǒng)復建設通訊網(wǎng)絡、機房、供電、防雷設施的資金浪費。經(jīng)評估，總體建設成本降低30%～50%。

本尾礦庫屬四等庫，根據(jù)應急[2020]15號文及《尾礦庫在線安全監(jiān)測系統(tǒng)工程技術規(guī)范》GB 51108-2015要求，四等濕排尾礦庫宜建立在線監(jiān)測系統(tǒng)，并實施開展表面位移、浸潤線、庫水位、降雨量及視頻監(jiān)控等監(jiān)測項目。另外，該尾礦庫440m以下部位前期已發(fā)生沉降變形，導致坡腳水平排水溝低于壩肩截水溝，積水難以排除，因此在堆積壩增加內部位移監(jiān)測。監(jiān)測項目如表1所示；監(jiān)測點平面布置如圖1所示。

3.3 浸潤線/庫水位監(jiān)測

沿尾礦庫中軸線設置一條浸潤線在線監(jiān)測橫剖面，監(jiān)測橫剖面大致垂直于各段壩體的軸線。在監(jiān)測橫剖面的416m、433m、445m各設1個浸潤線監(jiān)測孔，浸潤線監(jiān)測孔深9米，孔內埋設水位管，水位管中安裝智能水位計。智能水位計通過內部與大氣相連通的隔膜腔體測量水壓，輸出與壓力成正比的信號，經(jīng)模-數(shù)電路轉換成RS485電平信號輸出，通訊電纜從孔口穿出，接入孔口旁的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關，接入物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)。智能浸潤線埋設時，記錄埋深、孔口高程、浸潤線初始深度等參數(shù)，并輸入物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測云平臺中，后續(xù)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測云平臺將根據(jù)實測數(shù)據(jù)及參數(shù)自動計算浸潤線埋深、浸潤線高程的數(shù)據(jù)及相關圖表。

庫水位監(jiān)測原理與浸潤線相似，在庫區(qū)排水斜槽入口處設置1個庫水位監(jiān)測點，通過在水位管中埋設智能水位計，監(jiān)測庫水位高度。

3.4 降雨量監(jiān)測

（1）物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)建設周期短。建設歷時僅半個月，相比傳統(tǒng)在線監(jiān)測系統(tǒng)35天以上的建設周期，其建設效率提高了4倍。

3.5 視頻監(jiān)控

張公嶺尾礦庫初期壩407m馬道、堆積壩459m平臺中部各部署一套4G物聯(lián)網(wǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控初期壩面及坡腳、干灘、排水口、放礦口等的運作狀況。4G物聯(lián)網(wǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用高度集成的硬件，具有部署方便、節(jié)能環(huán)保、穩(wěn)定可靠的特點，并避免遠距離布置市電電纜和光纖，可通過物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測云平臺客戶端，隨時查詢現(xiàn)場實時及歷史視頻，掌握監(jiān)測現(xiàn)場情況。

4 數(shù)據(jù)分析與監(jiān)測預警

張公嶺尾礦庫物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測預警系統(tǒng)完成部署后，即開始積累監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過監(jiān)測曲線與滑坡變形特征曲線的分析對比，確定各階段的分界點，以累計位移量、位移速率為首要指標，對該項目建立分級預警閾值。采用位移——時間曲線變化趨勢判別法及降雨量參數(shù)預報法相結合的預警方式。再根據(jù)宏觀跡象（視頻監(jiān)控）、自動化監(jiān)測（數(shù)據(jù)分析）和區(qū)域預警（地質災害氣象預報）進行綜合研判，建立三級預警指標。當尾礦庫出現(xiàn)預警情況時，系統(tǒng)可通過監(jiān)測界面不同顏色的閃爍及現(xiàn)場聲光報警器進行報警，同時，系統(tǒng)自動向有關管理人員的手機發(fā)送預警報警短息。物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測云平臺支持符合規(guī)范要求的分級預警閾值設置及預警顏色顯示，對應關系為：正常狀態(tài)（綠色）、Ⅳ級預警（藍色）、Ⅲ級預警（黃色）、Ⅱ級預警（橙色）、Ⅰ級預警（紅色）。

采用現(xiàn)場實地踏勘方式進行外業(yè)核查。指結合岸線類型識別原則，通過將識別的海岸線類型進行實際勘察，對岸線的位置、類型進行核查，定性分析提取海岸線的形態(tài)。對內業(yè)提取的人工岸線的位置、拐點，進行不少于10%的核查并修改。

5 建設成效分析

在現(xiàn)場管理辦公室屋頂處設置一套降雨量-聲光預警一體化監(jiān)測站。雨量計采用光學感應原理的數(shù)字式雨量計，區(qū)別于傳統(tǒng)的翻斗式雨量計，該雨量計無機械式結構，基于光學感應原理，根據(jù)不同強度的降雨雨滴落在球罩上的不同頻率，實現(xiàn)精確測量降雨強度，具有更高的可靠性、免維護性及測量精度、高靈敏度等優(yōu)勢。雨量計與聲光報警器通過物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集集成箱接入物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測云平臺。當本項目任意一個監(jiān)測點監(jiān)測數(shù)據(jù)達到或超過預警閾值時，物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測云平臺將通過4G通訊觸發(fā)部署在尾礦庫現(xiàn)場的聲光報警器，并發(fā)出預警信號。

壩體內部位移監(jiān)測可測量尾礦壩散粒體堆積的深層位移、反映壩體內部的潛在滑裂面，進而對壩體的深層穩(wěn)定性做出預警。本尾礦庫在早期運營過程中浸潤線溢出壩面，后期雖采用塊石壓坡腳方式對初期壩坡腳及壩面進行加固，但隨著尾礦庫的加高，初期壩受庫內尾砂的側壓力亦增大。另外，當前440m以下堆積壩已出現(xiàn)沉降跡象。以上兩個事件均表明堆積壩下部尾砂中可能存在側向變形。因此，在尾礦庫初期壩頂?shù)?18m、堆積壩437m平臺中部各設1條監(jiān)測垂線。采用回轉鉆機泥漿護壁成孔的方式鉆設測斜孔，418m平臺測斜孔深12m；437m平臺測斜孔深26m，在孔內埋設專用測斜管，測斜管內按4m豎向間距首尾串聯(lián)的RS485總線式連接方式安裝固定式測斜儀，并通過孔口附近的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關接入物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)。

（3）物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)更安全可靠。使用的4G通訊網(wǎng)絡具有高安全性、高可靠性及電信公司的專業(yè)維護保障，相比自建網(wǎng)絡更加安全可靠，并且獨立的太陽能供電系統(tǒng)可避免因市電供電故障導致系統(tǒng)癱瘓的風險。

（4）物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)信息共享效率高。物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)可以通過公網(wǎng)傳輸方式，實現(xiàn)在任意有網(wǎng)絡的地方查詢監(jiān)測成果，并且可靈活地對接上級主管部門管理系統(tǒng)。

6 結論

（1）物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測技術在張公嶺尾礦庫的成功應用，提升了尾礦庫安全管理水平；為物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測技術在尾礦庫中的應用推廣提供了參考；對新興的信息技術與傳統(tǒng)的工業(yè)領域的融合應用具有示范作用。

（2）尾礦庫物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)在建設周期、建設成本、安全穩(wěn)定性、維護及信息共享效率方面均優(yōu)于傳統(tǒng)的在線監(jiān)測系統(tǒng)。

根據(jù)表3，檢驗值和標準值的均值不同，其中F2檢驗值在緊元音和松元音中均略低于標準值，說明男性貴州學生總體較母語男性使用者舌位較靠后，因而唇形也較圓。雙尾P值約為0.024，小于0.05，存在統(tǒng)計學意義的顯著性差異。

（3）后續(xù)將進一步發(fā)展尾礦庫穩(wěn)定性分析預警模型與物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)的融合應用，提升安全預警預報水平。

[1]國家安全生產監(jiān)督管理總局．AQ 2006—2005尾礦庫安全技術規(guī)程[S]．北京：煤炭工業(yè)出版社，2006．

[2]王利崗,余樂文,趙冰峰．極端環(huán)境下礦山安全監(jiān)測系統(tǒng)綜合保障技術[J]．有色金屬工程,2018,8(4)：101-105．

[3]呂金輝，郭忠林．基于B/S模式下分布式尾礦庫安全在線監(jiān)控系統(tǒng)設計[J]．有色金屬 ：礦山部分，2010，62(5)：56–62．

[4]胡軍．基于Internet-Intranet的尾礦壩自動化安全監(jiān)測系統(tǒng)[J]．金屬礦山，2010，(2)：124–132．

[5]陶華任．凡口鉛鋅礦尾礦庫安全在線監(jiān)測系統(tǒng)建設[J]．南方金屬,2017(06)：17-22．