磷石膏尾矿库安全监测预警系统设计探究

李及利 陈前锋 赵大玲

瓮福（集团）有限责任公司 贵州 福泉 540010

1 尾矿库在线安全监测关键技术分析

（1）位移在线监测技术。位移在线监测主要是对尾矿库的坝体进行监测，分为坝体表面位移监测和内部位移监测。在对坝体表面实施位移监测技术时可采用GPS、北斗等RTK设备，通过基站与测点不断解算来实时获取位移数据。

（2）浸润线在线监测技术。浸润线对坝体内部含水层的测量，其中测压管的预埋位置要能体现出渗流情况及可能出现渗流异常的位置。通过水位计、渗压计等设备来获取数据。

（3）干滩在线监测技术。在尾矿库防洪能力的衡量指标中，滩顶标高与正常水位、最高洪水位下尾矿库的干滩距离是最重要的几项指标。当前主要是通过对断面测量点进行有效的选取来获取干滩高程以及测点间距等数据，并结合对水库水位和滩顶等数据，计算干滩到尾矿库的距离。

（4）降雨量在线监测技术。降雨量与尾矿库的安全性具有紧密的联系，可以利用容栅式雨量计仪器对降水量数据进行测量，通过对标分析来判断尾矿库的安全性。

（5）库水位在线监测技术。在监测尾矿库的防洪能力的过程中，由于尾矿库中必定会存在很多的尾矿滤水和降水，这些水位的高低也会影响尾矿库的防洪能力。因此在监测过程中要充分利用各类液位计来实时监测水库水位[1]。

2 硬件系统方案设计的研究

①表面水平位移监测设计。对于位移监测控制值的计算方法，可以考虑在一定置信区间内建立数学模型，并根据最不利可能因变量组合，通过对误差因素的分析，从而确定极限值，同时以此来作为监控指标。预警不仅要监测项目的累计变化量，还要控制其Δ值，当监测的数据超过其中之一时，即刻报警。②库水位监测子系统。通过超声波探头对库水位与水面之间的距离进行测量，从而对库区水位的高程值进行计算。③浸润线监测子系统。在尾矿库坝体内部通过钻孔，将渗压计置入其中，系统通过对渗压计的压力进行测量并将测量数据转化为水头高度，并根据渗压计的安装深度及孔口高程就能够计算出尾矿库坝体的浸润线高度。渗压计的精度决定了浸润线的测量精度，一般误差不超过10mm。④视频监测子系统。在尾矿库周边10km范围内，根据尾矿库的具体实际情况，设定重点监控位置，并安装高清摄像头，以光纤作为传输介质，将监控画面嵌入安全监测预警系统上[2]。

3 系统软件方案设计研究

尾矿库安全监测预警系统软件设计包含数据采集、数据处理、数据库、预警报警、用户管理以及数据查询等模块，如下图。

（1）数据采集模块设计。数据采集系统由GNSS、测距仪、雷达、测斜仪、渗压计6类传感器组成，通过TCP/IP协议对6类传感器实时传回的各类数据进行接收，包含振弦量、开关量以及电压量等，并将接收的数据解释后写入SQL/MYSQL数据库。

（2）数据处理系统设计。通过均值滤波、差分等算法对所接收的数据进行计算。数据处理能够对6类传感器的运行状态信息进行实时监测和反馈。主要是对实时位移偏移、实时渗流水位、实时库水位以及实时视频监控等情况进行监控，并将这些数据信息存到数据显示系统中。

（3）数据库系统设计。数据库由原始数据库和核心数据库两部分组成，主要是承担数据传输和存储的功能，原始数据库主要是存储各个设备直接采集的数据，例如大坝位移数据、降雨量数据等。而核心数据库其实质是监测数据库，主要是对数据库的访问请求进行处理，从而将各项数据传递到系统终端。

（4）预警报警系统设计。预警报警系统主要是对实时数据与阈值进行对标分析，如果实时数据超过了阈值，系统就会在显示屏幕上以不同的颜色进行预警。同时系统还会根据阈值对相应级别的管理人员推送短信息，以实现实时监控的功能。

（5）用户权限管理模块设计。在权限管理中主要分为管理员和访客两种形式。管理员具有最高的访问权限，能够使用系统的所有功能；而访客根据身份信息能够对相应的模块进行访问和使用并对预警信息进行消缺。

（6）数据查询模块。数据查询模块的组成成分较多，有坝体位移、库水位及视频等，这是最为主要的几大检测子系统，通过它们提供的实时数据能明确了解历史数据、时程曲线、历史曲线和传感器当前的运行状态等。而历史数据的呈现结合了两种形式，即表单和曲线图，方便查询时选取明确的起止时间[3]。

4 结束语

该系统投入使用后，在很大程度上提升了公司安全管理工作效率，但依旧存在一些问题，建议如下改进：加强国内核心技术的研发，脱离对外来进口；对于尾矿库整体安全性缺乏统一标准，还应建立更加完善和规范的系统评价；缺乏相应的系统人才，应进一步加大人才培养。