包鋼尾礦庫在線監測系統設計與實現

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測系統，主要功能實現了對尾礦庫重要特性指標的全面監測，同時實時地在調度室顯示監測數據。并根據尾礦庫的實際運行歷史經驗數據與監測數據比對，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包頭市昆都侖區以西的包鋼場區西南部，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，尾礦庫已有視頻監測、人工浸潤線監測孔、人工變形監測點等監測設施。

2 包鋼尾礦庫在線監測系統的硬件設計思路

包鋼尾礦庫在線監測系統由多類傳感器、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。可實現對尾礦庫重要運行數據的實時采集、集中傳輸、計算、分析；直觀顯示設計監測的各項數據；在線實時分析數據；對數據及狀態參數等相關資料進行存儲。包鋼尾礦庫在線監測系統包括以下子系統：

2.1 位移監測子系統

（1）壩體表面位移監測。壩體表面位移監測采用GPS，監測原理為各GPS監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測點三維坐標，數據分析軟件獲取各監測點實時三維坐標，并與初始坐標進行對比而獲得該監測點變化量，同時分析軟件根據事先設定的預警值而進行報警[1]。

（2）壩體內部位移監測。首先在尾礦壩設定位置鉆孔，鉆孔深度到壩體內部穩定部位，然后在鉆孔中裝入傾斜儀傳感器，從而監測壩體結構內部的傾斜狀態。在鉆孔內安裝多只傾斜儀可以更加準確的監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 浸潤線監測子系統

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 庫水位監測子系統

庫水位利用超聲波測得探頭距離水面的距離，從而計算出庫區水位高程值。

2.4 視頻監測子系統

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

2.5 系統防雷

防雷系統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節。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，而在正常情況下則處于開路狀態，是用于兩個獨立地之間的連接。

3 軟件設計與實現

包鋼尾礦庫在線監測系統軟件包括：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、浸潤線等監測設備監測數據的采集與數據的上傳，同時可以遠程控制各監測設備，支持串口、TCP/IP等協議。

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，達到報警觸發條件，觸發聲光報警器、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。方便用戶對監測對象的運行參數全面掌握。

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

4 包鋼尾礦庫在線監測系統的用戶評價

包鋼尾礦庫在線監測系統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測目的。包鋼尾礦庫在線安全監測系統的建立便于安監、環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，保護生態環境。 尾礦庫安全在線監測系統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管和日常管理水平，增強企業、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環境安全，社會效益顯著，符合國家環保法的要求。

該系統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、準確了解各項監測情況，在突發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.尾礦庫自動監測系統設計[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測系統設計與應用[J].有色金屬（礦山部分），2012，64（05）27-29.

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[4]程敏.某鎢礦尾礦庫在線監測系統分析[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測[J].工業安全與環保，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