馬建平++李寶山

摘 要：基于信息技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、GPS技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)設(shè)計(jì)的包鋼尾礦庫(kù)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，主要功能實(shí)現(xiàn)了對(duì)尾礦庫(kù)重要特性指標(biāo)的全面監(jiān)測(cè)，同時(shí)實(shí)時(shí)地在調(diào)度室顯示監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。并根據(jù)尾礦庫(kù)的實(shí)際運(yùn)行歷史經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)比對(duì)，設(shè)定預(yù)、報(bào)警閥值，自動(dòng)預(yù)警、報(bào)警，用戶可以根據(jù)軟件顯示的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)查看尾礦庫(kù)的運(yùn)行狀況，同時(shí)依據(jù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)、計(jì)算出的數(shù)據(jù)和人工經(jīng)驗(yàn)資料，為包鋼尾礦庫(kù)的安全運(yùn)行、綜合治理提供客觀的科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：尾礦庫(kù)；在線監(jiān)測(cè)；設(shè)計(jì)

1 包鋼尾礦庫(kù)的基本情況

包鋼尾礦堆積壩位于內(nèi)蒙古自治區(qū)包頭市昆都侖區(qū)以西的包鋼場(chǎng)區(qū)西南部，包鋼選礦廠西南約4.0km的平原緩坡上，整體地勢(shì)北高南低，該尾礦庫(kù)為二等庫(kù)。截止目前，尾礦庫(kù)已有視頻監(jiān)測(cè)、人工浸潤(rùn)線監(jiān)測(cè)孔、人工變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)等監(jiān)測(cè)設(shè)施。

2 包鋼尾礦庫(kù)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)思路

包鋼尾礦庫(kù)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由多類傳感器、通訊電纜（有線或無線）、數(shù)據(jù)采集儀、軟件、顯示設(shè)備等組成，形成一整套的系統(tǒng)?？蓪?shí)現(xiàn)對(duì)尾礦庫(kù)重要運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、集中傳輸、計(jì)算、分析；直觀顯示設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)；在線實(shí)時(shí)分析數(shù)據(jù)；對(duì)數(shù)據(jù)及狀態(tài)參數(shù)等相關(guān)資料進(jìn)行存儲(chǔ)。包鋼尾礦庫(kù)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括以下子系統(tǒng)：

2.1 位移監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)

（1）壩體表面位移監(jiān)測(cè)。壩體表面位移監(jiān)測(cè)采用GPS，監(jiān)測(cè)原理為各GPS監(jiān)測(cè)點(diǎn)與參考點(diǎn)接收機(jī)實(shí)時(shí)接收GPS信號(hào)，并通過數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)發(fā)送到控制中心，控制中心服務(wù)器GPS數(shù)據(jù)處理軟件GPSensor實(shí)時(shí)差分解算出各監(jiān)測(cè)點(diǎn)三維坐標(biāo)，數(shù)據(jù)分析軟件獲取各監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)三維坐標(biāo)，并與初始坐標(biāo)進(jìn)行對(duì)比而獲得該監(jiān)測(cè)點(diǎn)變化量，同時(shí)分析軟件根據(jù)事先設(shè)定的預(yù)警值而進(jìn)行報(bào)警[1]。

（2）壩體內(nèi)部位移監(jiān)測(cè)。首先在尾礦壩設(shè)定位置鉆孔，鉆孔深度到壩體內(nèi)部穩(wěn)定部位，然后在鉆孔中裝入傾斜儀傳感器，從而監(jiān)測(cè)壩體結(jié)構(gòu)內(nèi)部的傾斜狀態(tài)。在鉆孔內(nèi)安裝多只傾斜儀可以更加準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)壩體內(nèi)部變形情況。位移采用的計(jì)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(shù)；Y為當(dāng)前讀數(shù)；G為設(shè)備提供的儀器系數(shù)，出廠后標(biāo)定后得到；K為傳感器修正系數(shù)；Z為初始溫度；H為當(dāng)前的溫度。一般情況下，測(cè)量的溫度系數(shù)很小，溫度的影響可以忽略不計(jì)。

2.2 浸潤(rùn)線監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)

采用滲壓計(jì)，通過在壩體里鉆鑿鉆孔，把滲壓計(jì)放置在鉆孔里。通過測(cè)量滲壓計(jì)的壓力，再轉(zhuǎn)化為水頭高度，結(jié)合安裝深度以及孔口高程即可得到壩體或者繞壩的浸潤(rùn)線高度[3]。測(cè)量精度取決于滲壓計(jì)的精度，誤差小于10mm。

浸潤(rùn)線高度=安裝儀器高+滲壓計(jì)測(cè)量高度

2.3 庫(kù)水位監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)

庫(kù)水位利用超聲波測(cè)得探頭距離水面的距離，從而計(jì)算出庫(kù)區(qū)水位高程值。

2.4 視頻監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)

沿尾礦庫(kù)周邊10公里，依據(jù)監(jiān)控的重點(diǎn)位置，安裝187個(gè)高清攝像頭，以光纖為傳輸介質(zhì)，將監(jiān)控的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳回尾礦車間的服務(wù)器上。

2.5 系統(tǒng)防雷

防雷系統(tǒng)由接地部分和地電位均衡器組成。

接地網(wǎng)是安全迅速泄放雷電流的重要環(huán)節(jié)。也是保障電子儀器、設(shè)備正常運(yùn)行的基礎(chǔ)設(shè)施。地電位均衡器在兩端出現(xiàn)電位差時(shí)呈現(xiàn)閉路狀態(tài)，而在正常情況下則處于開路狀態(tài)，是用于兩個(gè)獨(dú)立地之間的連接。

3 軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

包鋼尾礦庫(kù)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件包括：傳感器數(shù)據(jù)采集與存貯管理軟件、數(shù)據(jù)計(jì)算分析軟件、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)在線顯示（圖示）軟件、參數(shù)配置軟件。

數(shù)據(jù)采集與存貯管理軟件設(shè)定采樣周期，采取輪巡方式，將各類傳感器讀數(shù)實(shí)時(shí)采集并保存至數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)將設(shè)計(jì)的報(bào)警閥值數(shù)據(jù)也保存在數(shù)據(jù)庫(kù)，采集軟件支持GPS、測(cè)斜儀、浸潤(rùn)線等監(jiān)測(cè)設(shè)備監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集與數(shù)據(jù)的上傳，同時(shí)可以遠(yuǎn)程控制各監(jiān)測(cè)設(shè)備，支持串口、TCP/IP等協(xié)議。

數(shù)據(jù)計(jì)算分析軟件通過分析實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和報(bào)警閥值數(shù)據(jù)的關(guān)系，如果實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)大于或小于閥值數(shù)據(jù)，達(dá)到報(bào)警觸發(fā)條件，觸發(fā)聲光報(bào)警器、短信報(bào)警模塊實(shí)現(xiàn)多種方式同時(shí)報(bào)警。分為壩體位移計(jì)算、浸潤(rùn)線計(jì)算、庫(kù)水位換算等監(jiān)測(cè)模塊，支持自動(dòng)、手動(dòng)生成報(bào)表等功能。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)在線顯示（圖示）軟件可以依據(jù)用戶的需要，直觀地顯示設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)的各類數(shù)據(jù)，包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、對(duì)比圖、波型圖等。方便用戶對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)象的運(yùn)行參數(shù)全面掌握。

參數(shù)配置功能主要分為系統(tǒng)用戶的權(quán)限設(shè)置、報(bào)警參數(shù)及人員設(shè)置及監(jiān)測(cè)項(xiàng)目配置等功能。

4 包鋼尾礦庫(kù)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的用戶評(píng)價(jià)

包鋼尾礦庫(kù)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了包鋼尾礦庫(kù)位移（表面、內(nèi)部位移）、浸潤(rùn)線、水位等重要特征數(shù)據(jù)自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)目的。包鋼尾礦庫(kù)在線安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建立便于安監(jiān)、環(huán)境部門實(shí)時(shí)掌握尾礦庫(kù)的運(yùn)行狀況和安全現(xiàn)狀，提高尾礦庫(kù)的安全性，保障庫(kù)區(qū)下游包蘭鐵路的正常運(yùn)轉(zhuǎn)及人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，避免因尾礦庫(kù)事故而造成黃河的水源污染，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。 尾礦庫(kù)安全在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可以大幅度提高包鋼對(duì)于尾礦庫(kù)潰壩災(zāi)害機(jī)理的認(rèn)識(shí)水平，全面提升尾礦庫(kù)安全監(jiān)管和日常管理水平，增強(qiáng)企業(yè)、社會(huì)、政府對(duì)于尾礦庫(kù)災(zāi)害的預(yù)警響應(yīng)能力，建立潰壩風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)判的科學(xué)方法，有效保障人民的生命財(cái)產(chǎn)安全和生態(tài)環(huán)境安全，社會(huì)效益顯著，符合國(guó)家環(huán)保法的要求。

該系統(tǒng)成功運(yùn)行方便管理人員隨時(shí)掌握包鋼尾礦庫(kù)的運(yùn)行情況，全面、及時(shí)、準(zhǔn)確了解各項(xiàng)監(jiān)測(cè)情況，在突發(fā)情況下迅速的調(diào)閱第一手資料，及時(shí)啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，處理和救援，做到防患于未然。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：馬建平（1972-），內(nèi)蒙古人，工程師，現(xiàn)從事計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究工作。endprint