包钢尾矿库在线监测系统设计与实现

马建平++李宝山

摘 要：基于信息技术、通信技术、网络技术、GPS技术等先进技术设计的包钢尾矿库在线监测系统，主要功能实现了对尾矿库重要特性指标的全面监测，同时实时地在调度室显示监测数据。并根据尾矿库的实际运行历史经验数据与监测数据比对，设定预、报警阀值，自动预警、报警，用户可以根据软件显示的数据，实时查看尾矿库的运行状况，同时依据自动监测、计算出的数据和人工经验资料，为包钢尾矿库的安全运行、综合治理提供客观的科学依据。

关键词：尾矿库；在线监测；设计

1 包钢尾矿库的基本情况

包钢尾矿堆积坝位于内蒙古自治区包头市昆都仑区以西的包钢场区西南部，包钢选矿厂西南约4.0km的平原缓坡上，整体地势北高南低，该尾矿库为二等库。截止目前，尾矿库已有视频监测、人工浸润线监测孔、人工变形监测点等监测设施。

2 包钢尾矿库在线监测系统的硬件设计思路

包钢尾矿库在线监测系统由多类传感器、通讯电缆（有线或无线）、数据采集仪、软件、显示设备等组成，形成一整套的系统。可实现对尾矿库重要运行数据的实时采集、集中传输、计算、分析；直观显示设计监测的各项数据；在线实时分析数据；对数据及状态参数等相关资料进行存储。包钢尾矿库在线监测系统包括以下子系统：

2.1 位移监测子系统

（1）坝体表面位移监测。坝体表面位移监测采用GPS，监测原理为各GPS监测点与参考点接收机实时接收GPS信号，并通过数据通讯网络实时发送到控制中心，控制中心服务器GPS数据处理软件GPSensor实时差分解算出各监测点三维坐标，数据分析软件获取各监测点实时三维坐标，并与初始坐标进行对比而获得该监测点变化量，同时分析软件根据事先设定的预警值而进行报警[1]。

（2）坝体内部位移监测。首先在尾矿坝设定位置钻孔，钻孔深度到坝体内部稳定部位，然后在钻孔中装入倾斜仪传感器，从而监测坝体结构内部的倾斜状态。在钻孔内安装多只倾斜仪可以更加准确的监测坝体内部变形情况。位移采用的计算公式为：

S=（X-Y）*G+K*（Z-H） [2]

其中S为位移变化量；X为初始仪器读数；Y为当前读数；G为设备提供的仪器系数，出厂后标定后得到；K为传感器修正系数；Z为初始温度；H为当前的温度。一般情况下，测量的温度系数很小，温度的影响可以忽略不计。

2.2 浸润线监测子系统

采用渗压计，通过在坝体里钻凿钻孔，把渗压计放置在钻孔里。通过测量渗压计的压力，再转化为水头高度，结合安装深度以及孔口高程即可得到坝体或者绕坝的浸润线高度[3]。测量精度取决于渗压计的精度，误差小于10mm。

浸润线高度=安装仪器高+渗压计测量高度

2.3 库水位监测子系统

库水位利用超声波测得探头距离水面的距离，从而计算出库区水位高程值。

2.4 视频监测子系统

沿尾矿库周边10公里，依据监控的重点位置，安装187个高清摄像头，以光纤为传输介质，将监控的实时数据传回尾矿车间的服务器上。

2.5 系统防雷

防雷系统由接地部分和地电位均衡器组成。

接地网是安全迅速泄放雷电流的重要环节。也是保障电子仪器、设备正常运行的基础设施。地电位均衡器在两端出现电位差时呈现闭路状态，而在正常情况下则处于开路状态，是用于两个独立地之间的连接。

3 软件设计与实现

包钢尾矿库在线监测系统软件包括：传感器数据采集与存贮管理软件、数据计算分析软件、实时数据在线显示（图示）软件、参数配置软件。

数据采集与存贮管理软件设定采样周期，采取轮巡方式，将各类传感器读数实时采集并保存至数据库，同时将设计的报警阀值数据也保存在数据库，采集软件支持GPS、测斜仪、浸润线等监测设备监测数据的采集与数据的上传，同时可以远程控制各监测设备，支持串口、TCP/IP等协议。

数据计算分析软件通过分析实时数据和报警阀值数据的关系，如果实时数据大于或小于阀值数据，达到报警触发条件，触发声光报警器、短信报警模块实现多种方式同时报警。分为坝体位移计算、浸润线计算、库水位换算等监测模块，支持自动、手动生成报表等功能。

实时数据在线显示（图示）软件可以依据用户的需要，直观地显示设计监测的各类数据，包括实时数据、历史数据、对比图、波型图等。方便用户对监测对象的运行参数全面掌握。

参数配置功能主要分为系统用户的权限设置、报警参数及人员设置及监测项目配置等功能。

4 包钢尾矿库在线监测系统的用户评价

包钢尾矿库在线监测系统实现了包钢尾矿库位移（表面、内部位移）、浸润线、水位等重要特征数据自动实时监测目的。包钢尾矿库在线安全监测系统的建立便于安监、环境部门实时掌握尾矿库的运行状况和安全现状，提高尾矿库的安全性，保障库区下游包兰铁路的正常运转及人民群众的生命财产安全，避免因尾矿库事故而造成黄河的水源污染，保护生态环境。 尾矿库安全在线监测系统的可以大幅度提高包钢对于尾矿库溃坝灾害机理的认识水平，全面提升尾矿库安全监管和日常管理水平，增强企业、社会、政府对于尾矿库灾害的预警响应能力，建立溃坝风险综合评判的科学方法，有效保障人民的生命财产安全和生态环境安全，社会效益显著，符合国家环保法的要求。

该系统成功运行方便管理人员随时掌握包钢尾矿库的运行情况，全面、及时、准确了解各项监测情况，在突发情况下迅速的调阅第一手资料，及时启动应急预案，处理和救援，做到防患于未然。

参考文献：

[1]耿俊鹏.尾矿库自动监测系统设计[J].云南地质，2011，32（04）：482-486.

[2]张春玲，邓金迪.榆木沟尾矿库在线监测系统设计与应用[J].有色金属（矿山部分），2012，64（05）27-29.

[3]王利岗，张达.在线监测系统在胡家峪铜矿尾矿库的应用[J].矿冶，2012，21（06）：73-74.

[4]程敏.某钨矿尾矿库在线监测系统分析[J].工程设计与研，2011（130）：28-30.

[5]曾群伟，谢殿荣，苏举端等.尾矿库溃坝的安全监测[J].工业安全与环保，2010，36（01）：44-46.

作者简介：马建平（1972-），内蒙古人，工程师，现从事计算机网络技术研究工作。endprint