馬東升

（河鋼集團(tuán)礦業(yè)公司司家營北區(qū)分公司，唐山 灤縣 063700）

安全生產(chǎn)事關(guān)廣大人民群眾的根本利益，事關(guān)改革發(fā)展和穩(wěn)定的大局。當(dāng)前，我國尾礦庫安全運行的主要技術(shù)參數(shù)有壩體內(nèi)外部形變位移、浸潤線、干灘長度、庫水位等，傳統(tǒng)的監(jiān)測方式安全監(jiān)測工作量大、受天氣、人工、現(xiàn)場條件等許多因素的影響，存在一定的系統(tǒng)誤差和人工誤差。同時，人工監(jiān)測還存在不能及時監(jiān)測尾礦庫的各項技術(shù)參數(shù)，難以及時掌握尾礦庫各項安全技術(shù)指標(biāo)等缺點，這些都將影響尾礦庫的安全生產(chǎn)和安全管理水平。

系統(tǒng)的實施，便于企業(yè)和安全監(jiān)管部門快速掌握與尾礦庫安全密切相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)的最新動態(tài)，有利于及時掌握尾礦庫的運行狀況和安全現(xiàn)狀，可以提高尾礦庫的安全性，保障庫區(qū)下游企業(yè)及人民群眾的生命財產(chǎn)安全，避免因尾礦庫事故而造成的環(huán)境污染，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

1 總體思路

本系統(tǒng)是由庫區(qū)監(jiān)測終端、網(wǎng)絡(luò)通訊子系統(tǒng)、監(jiān)測數(shù)據(jù)處理服務(wù)中心、預(yù)警發(fā)布系統(tǒng)四部分組成。系統(tǒng)的實施目標(biāo)是發(fā)現(xiàn)及預(yù)報尾礦庫當(dāng)前存在的問題及不足，便于企業(yè)和安全監(jiān)管部門快速掌握與尾礦庫安全密切相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)的最新動態(tài)，有利于及時掌握尾礦庫的運行狀況和安全現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)問題預(yù)先處理，提高尾礦庫的安全性。

2 技術(shù)方案

本系統(tǒng)是在我公司幾個尾礦庫建立一套以GNSS為核心技術(shù)的尾礦庫在線安全監(jiān)測系統(tǒng)，包括利用GNSS監(jiān)測終端及各種在線傳感器對尾礦庫的實時安全監(jiān)測、尾礦庫控制室與廠區(qū)總調(diào)度室之間的通信子系統(tǒng)、控制中心計算機(jī)系統(tǒng)、web報表查詢系統(tǒng)和聲光與短信報警系統(tǒng)。使企業(yè)能夠逐級對尾礦庫進(jìn)行在線監(jiān)測，從宏觀上實時控制、監(jiān)督、指揮調(diào)度，微觀上實時監(jiān)控尾礦庫的安全運行，以技術(shù)和管理雙方面為抓手，確實消除尾礦庫的安全隱患。主要監(jiān)測項目：壩體外部形變位移監(jiān)測、壩體內(nèi)部形變位移監(jiān)測、浸潤線監(jiān)測、庫水位監(jiān)測、干灘長度監(jiān)測、降雨量監(jiān)測、視頻監(jiān)控。

2.1 尾礦庫壩體形變位移監(jiān)測

表面位移測主要是監(jiān)測尾礦壩整體及局部位置的水平及垂直位移變化量，即觀測點在某一時刻的水平及垂直方向的位移。本系統(tǒng)采用三星多頻GNSS監(jiān)測。每個監(jiān)測點與基準(zhǔn)點的GNSS接收機(jī)實時接收衛(wèi)星信號，并通過數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)實時傳送到控制室，控制室服務(wù)器內(nèi)的在線監(jiān)測軟件實時差分解算出各監(jiān)測點三維坐標(biāo)，再由數(shù)據(jù)分析軟件對獲取的坐標(biāo)進(jìn)行分析，再與原始標(biāo)定坐標(biāo)進(jìn)行比對得出位移量。

2.2 內(nèi)部位移監(jiān)測

內(nèi)部位移監(jiān)測通過測斜儀來進(jìn)行監(jiān)測，用測斜儀的變化量來測定壩體內(nèi)部的位移量。

2.3 浸潤線監(jiān)測

浸潤線作為尾礦壩安全的生命線，其數(shù)據(jù)超標(biāo)直接影響尾礦庫的安全，故而對浸潤線的監(jiān)測是尾礦庫在線監(jiān)測的重中之重。浸潤線采用滲壓計來進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)測孔內(nèi)的水壓作用在滲壓計上，將引起傳感器的形變，其形變帶動振弦轉(zhuǎn)變成振弦應(yīng)力的變化，從而改變其振動頻率。電磁線圈激振振弦并測量其振動頻率，頻率信號傳輸至控制室，即可測出孔內(nèi)水壓的壓力值，進(jìn)而計算得出浸潤線的高度。

2.4 庫水位監(jiān)測

對于庫水位的監(jiān)測能夠?qū)崟r準(zhǔn)確的反映出庫區(qū)水位狀況，保證安全監(jiān)管部門和企業(yè)在汛期來臨之前，直觀地了解和掌握尾礦庫內(nèi)庫水位情況。在庫內(nèi)排水構(gòu)筑物附近安裝超聲波液位計，可實時測量出液位計距庫水面的高差，高差值加上液位計安裝高度即為庫水位高程。

2.5 干灘長度、灘頂標(biāo)高及特征點監(jiān)測

干灘長度、灘頂標(biāo)高、特征點的測量是由尾礦壩自身的運行特點決定的，尾礦庫隨著尾礦的排放壩體需要一直加高，干灘長度、灘頂標(biāo)高和設(shè)計最高洪水位下允許達(dá)到的干灘標(biāo)高是動態(tài)變化的指標(biāo)。利用庫水位監(jiān)測結(jié)果和壩體灘頂標(biāo)高，結(jié)合數(shù)學(xué)計算方法，在軟件中實現(xiàn)干灘上3個點干灘長度的測量和計算，并選擇最短的一個做為干灘長度數(shù)值。檢測采用可移動特征點進(jìn)行測量，系統(tǒng)的精度為：1mm＋1ppm*D（其中D表示位移觀測中心與監(jiān)測點間的距離，m）

2.6 雨量監(jiān)測

在汛期，對雨量的監(jiān)測也十分重要，它是尾礦庫在有限的庫容范圍內(nèi)防洪能力調(diào)節(jié)的原始指標(biāo)。如果雨量過大、過急，而調(diào)洪能力有限，則就要采取相應(yīng)措施。使用PH-YL雨量計可以實時觀測雨量數(shù)據(jù)。

2.7 視頻巡視監(jiān)測

為了真實地觀測尾礦庫大壩、庫區(qū)現(xiàn)狀、庫區(qū)周邊情況等，安裝了線視頻攝像系統(tǒng)，對尾礦庫進(jìn)行視頻觀測。目前網(wǎng)絡(luò)視頻攝像技術(shù)非常成熟，選擇了360旋轉(zhuǎn)、長距離變焦的高速云臺攝像系統(tǒng)。

2.8 系統(tǒng)功能模塊

系統(tǒng)主要包含：數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)解算模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、數(shù)據(jù)查詢模塊、數(shù)據(jù)分析模塊。

（1）數(shù)據(jù)采集模塊。軟件系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場GNSS接收機(jī)、滲壓計、測斜儀、雨量計、物位計等現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備接入系統(tǒng)，系統(tǒng)通過各類設(shè)備的數(shù)據(jù)接口對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

（2）數(shù)據(jù)解算模塊。監(jiān)測系統(tǒng)采用GNSS解算軟件，該軟件支持GPSGLONASSBDSA聯(lián)合解算。系統(tǒng)對采集的各類原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最終解算出基準(zhǔn)站和監(jiān)測站的原始坐標(biāo)。監(jiān)測系統(tǒng)基于變形監(jiān)測中所有基準(zhǔn)站和監(jiān)測站的原始數(shù)據(jù)，調(diào)用系統(tǒng)的解算軟件接口，生成高精度單歷元變形信息，并將變形信息實時存入數(shù)據(jù)庫，供其他系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)用。

（3）數(shù)據(jù)處理模塊。監(jiān)測系統(tǒng)需要將多系統(tǒng)采集的傳感器數(shù)據(jù)以及解算的GNSS接收機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行計算處理。處理后的數(shù)據(jù)推送至數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)進(jìn)行分析運算，同時推送至實時數(shù)據(jù)頁面進(jìn)行數(shù)據(jù)展示，另外處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)入數(shù)據(jù)存儲模塊進(jìn)行存儲與應(yīng)用。

（4）數(shù)據(jù)存儲模塊。為了應(yīng)對實際應(yīng)用中的各種需求對于各類監(jiān)測設(shè)備所得到的原始數(shù)據(jù)、解算結(jié)果數(shù)據(jù)均需要進(jìn)行保存。數(shù)據(jù)庫采用的是SQL2008。

（5）數(shù)據(jù)查詢模塊。系統(tǒng)具有統(tǒng)計查詢功能，可對基準(zhǔn)站、監(jiān)測站、傳感器采集的實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、報警信息等進(jìn)行多種方式的查詢和統(tǒng)計，可查詢實時數(shù)據(jù)、某時間段數(shù)據(jù)和累積數(shù)據(jù)。

（6）數(shù)據(jù)分析模塊。數(shù)據(jù)分析模塊主要是對監(jiān)測解算數(shù)據(jù)以圖形化的方式統(tǒng)計分析，數(shù)據(jù)在存儲到數(shù)據(jù)庫的同時，也將解算結(jié)果傳輸給數(shù)據(jù)分析軟件，以實現(xiàn)實時的數(shù)據(jù)分析，也能調(diào)用數(shù)據(jù)庫中歷史數(shù)據(jù)實現(xiàn)歷史統(tǒng)計分析。

（7）預(yù)警報告功能。系統(tǒng)提供了多種現(xiàn)在采用的多種預(yù)警分析方法，有設(shè)置閥值報警等，從不同的角度來預(yù)測尾礦壩的安全性。

2.9 通訊

三個尾礦庫安全在線監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)通過VPN和公司建立連接，廠區(qū)人員可通過辦公電腦實時查看、監(jiān)測尾礦庫各項內(nèi)容，保證數(shù)據(jù)的實時性，準(zhǔn)確性。

3 總結(jié)

該系統(tǒng)于2018年6月起在司家營北區(qū)礦山分公司投入運行，運行后利于安全監(jiān)管部門以及企業(yè)能夠?qū)崟r、準(zhǔn)確的掌握尾礦庫的運行狀況和安全現(xiàn)狀，增加了尾礦庫的安全性。

尾礦庫各項參數(shù)的實時監(jiān)測及預(yù)警是尾礦庫安全生產(chǎn)管理過程中頭等重要的工作，尾礦庫安全在線監(jiān)測系統(tǒng)實施后，主要表現(xiàn)在以下幾方面。采用數(shù)字化、信息化的手段檢測和監(jiān)視日常尾礦庫狀況，實現(xiàn)了對尾礦庫的在線監(jiān)測。通過對尾礦庫技術(shù)參數(shù)的在線監(jiān)測，保證了尾礦庫長期運行的穩(wěn)定、安全。通過在線監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行實際工作性態(tài)的反分析，可檢驗尾礦庫的遠(yuǎn)行狀態(tài)。通過對尾礦庫各項數(shù)據(jù)、指標(biāo)的監(jiān)測，保障庫區(qū)下游企業(yè)及人民群眾的生命財產(chǎn)安全，避免因尾礦庫事故而造成的環(huán)境污染，保護(hù)庫區(qū)周圍的生態(tài)環(huán)境。該系統(tǒng)的逐步實施和推廣，可以較大提高尾礦庫各項數(shù)據(jù)監(jiān)測的實時性及準(zhǔn)確性，全面提升尾礦庫安全、生產(chǎn)管理水平，增強(qiáng)政府、社會、企業(yè)對于尾礦庫災(zāi)害的預(yù)警響應(yīng)能力，制定科學(xué)有效的方法來預(yù)防尾礦庫風(fēng)險，有效保障人民的生命財產(chǎn)安全和生態(tài)環(huán)境安全。