磷石膏尾礦庫安全監測預警系統設計探究

李及利 陳前鋒 趙大玲

甕福（集團）有限責任公司 貴州 福泉 540010

1 尾礦庫在線安全監測關鍵技術分析

（1）位移在線監測技術。位移在線監測主要是對尾礦庫的壩體進行監測，分為壩體表面位移監測和內部位移監測。在對壩體表面實施位移監測技術時可采用GPS、北斗等RTK設備，通過基站與測點不斷解算來實時獲取位移數據。

（2）浸潤線在線監測技術。浸潤線對壩體內部含水層的測量，其中測壓管的預埋位置要能體現出滲流情況及可能出現滲流異常的位置。通過水位計、滲壓計等設備來獲取數據。

（3）干灘在線監測技術。在尾礦庫防洪能力的衡量指標中，灘頂標高與正常水位、最高洪水位下尾礦庫的干灘距離是最重要的幾項指標。當前主要是通過對斷面測量點進行有效的選取來獲取干灘高程以及測點間距等數據，并結合對水庫水位和灘頂等數據，計算干灘到尾礦庫的距離。

（4）降雨量在線監測技術。降雨量與尾礦庫的安全性具有緊密的聯系，可以利用容柵式雨量計儀器對降水量數據進行測量，通過對標分析來判斷尾礦庫的安全性。

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

2 硬件系統方案設計的研究

①表面水平位移監測設計。對于位移監測控制值的計算方法，可以考慮在一定置信區間內建立數學模型，并根據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，同時以此來作為監控指標。預警不僅要監測項目的累計變化量，還要控制其Δ值，當監測的數據超過其中之一時，即刻報警。②庫水位監測子系統。通過超聲波探頭對庫水位與水面之間的距離進行測量，從而對庫區水位的高程值進行計算。③浸潤線監測子系統。在尾礦庫壩體內部通過鉆孔，將滲壓計置入其中，系統通過對滲壓計的壓力進行測量并將測量數據轉化為水頭高度，并根據滲壓計的安裝深度及孔口高程就能夠計算出尾礦庫壩體的浸潤線高度。滲壓計的精度決定了浸潤線的測量精度，一般誤差不超過10mm。④視頻監測子系統。在尾礦庫周邊10km范圍內，根據尾礦庫的具體實際情況，設定重點監控位置，并安裝高清攝像頭，以光纖作為傳輸介質，將監控畫面嵌入安全監測預警系統上[2]。

3 系統軟件方案設計研究

尾礦庫安全監測預警系統軟件設計包含數據采集、數據處理、數據庫、預警報警、用戶管理以及數據查詢等模塊，如下圖。

（1）數據采集模塊設計。數據采集系統由GNSS、測距儀、雷達、測斜儀、滲壓計6類傳感器組成，通過TCP/IP協議對6類傳感器實時傳回的各類數據進行接收，包含振弦量、開關量以及電壓量等，并將接收的數據解釋后寫入SQL/MYSQL數據庫。

（2）數據處理系統設計。通過均值濾波、差分等算法對所接收的數據進行計算。數據處理能夠對6類傳感器的運行狀態信息進行實時監測和反饋。主要是對實時位移偏移、實時滲流水位、實時庫水位以及實時視頻監控等情況進行監控，并將這些數據信息存到數據顯示系統中。

（3）數據庫系統設計。數據庫由原始數據庫和核心數據庫兩部分組成，主要是承擔數據傳輸和存儲的功能，原始數據庫主要是存儲各個設備直接采集的數據，例如大壩位移數據、降雨量數據等。而核心數據庫其實質是監測數據庫，主要是對數據庫的訪問請求進行處理，從而將各項數據傳遞到系統終端。

（4）預警報警系統設計。預警報警系統主要是對實時數據與閾值進行對標分析，如果實時數據超過了閾值，系統就會在顯示屏幕上以不同的顏色進行預警。同時系統還會根據閾值對相應級別的管理人員推送短信息，以實現實時監控的功能。

（5）用戶權限管理模塊設計。在權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限，能夠使用系統的所有功能；而訪客根據身份信息能夠對相應的模塊進行訪問和使用并對預警信息進行消缺。

（6）數據查詢模塊。數據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，通過它們提供的實時數據能明確了解歷史數據、時程曲線、歷史曲線和傳感器當前的運行狀態等。而歷史數據的呈現結合了兩種形式，即表單和曲線圖，方便查詢時選取明確的起止時間[3]。

4 結束語

該系統投入使用后，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：加強國內核心技術的研發，脫離對外來進口；對于尾礦庫整體安全性缺乏統一標準，還應建立更加完善和規范的系統評價；缺乏相應的系統人才，應進一步加大人才培養。