安全監測儀器製造商和物聯網解決方案提供商!


解決方案     |     當前位置: 首頁  >   解決方案   >   尾礦庫   >   成人版抖音尾礦庫在線監測係統方案

名稱:成人版抖音尾礦庫在線監測係統方案

應用範圍:礦山尾礦庫在線監測

簡介:目前,我國尾礦庫數量多、分布廣,許多尾礦庫已運行了多年,庫容量在逐漸減小,抵製自然災害的能力不斷下降,安全隱患日益增多。尾礦庫的安全關係到其影響區域內人民生命財產及環境的安全,故而搞好尾礦庫的安全監測意義重大。


  • 1、設計背景

    目前,我國尾礦庫數量多、分布廣,許多尾礦庫已運行了多年,庫容量在逐漸減小,抵製自然災害的能力不斷下降,安全隱患日益增多。尾礦庫的安全關係到其影響區域內人民生命財產及環境的安全,故而搞好尾礦庫的安全監測意義重大。然而,許多尾礦庫管理由於檢測監控係統不完備、檢測監控技術落後,專業檢測人員缺乏等原因,有些處在無檢測監控狀態,有些雖有人工定期用傳統儀器到現場進行測量,但受天氣、人工、現場條件等諸多因素的影響,存在一定的係統誤差和人工誤差,這些都影響著尾礦庫的安全生產和安全管理水平。因此,采用現代通信、電子設備及計算機技術實現對尾礦庫監測指標數據實時、自動監測,是對尾礦庫的安全監管一條必由之路。

    事實上,於2011年5月1日起正式實施的《尾礦庫安全監測技術規範》(以下簡稱為《規範》)中已明確規定,尾礦庫的安全監測,必須根據尾礦庫設計等別、築壩方式、地形和地質條件、地理環境等因素,設置必要的監測項目及其相應設施,定期進行監測。一等、二等、三等尾礦庫必須安裝在線監測係統。

    正是基於以上背景,我公司按照《規範》標準,根據尾礦庫安全監測要素特點,結合本公司現有安全監測產品設備,設計製定了本方案。

    2、係統構架

    《規範》中規定,一等、二等、三等、四等尾礦庫應監測位移、浸潤線、幹灘、庫水位、降水量,必要時還應監測孔隙水壓力、滲透水量、混濁度。其中絕大部分監測項目可以以我公司針對土石壩和橋梁的自動監測係統為原型,根據尾礦庫特點及監測規範稍加修改、優化,形成專門針對尾礦壩的自動監測係統。再結合其他項目已有的監測方案,如視頻監測係統、GPS三維位移監測係統,一起構成本監測方案。

    我公司原有針對土石壩和橋梁的自動監測係統已運用於全國各地多個項目,相對比較成熟,主要基於MCU-32型分布式模塊化自動測量單元(以下簡稱為“MCU”),將大多數監測儀器匯總至MCU,由MCU負責統一測量數據、轉發至計算機等。其他不利於集成的設備(如距離原因),直接傳輸至計算機。各種監測數據經自動監測係統軟件計算、分析、處理、顯示、存貯、導出。

    現針對尾礦庫修改後的整體結構如下圖所示,圖中通訊方式已GPRS/CDMA無線傳輸為例,采集中心假定設置與企業廠區,具體情況依實際需求而定。



    圖1:基於MCU的尾礦庫監測係統結構圖


    3、係統監測方法及原理

    圖2:尾礦庫安全監測儀器設備布設示意圖


    3.1 位移監測

    位移監測包括壩體和岸坡的表麵位移、內部位移。

    3.1.1 表麵位移

    表麵位移包括水平位移和垂直位移。

    傳統的測量方法將水平、垂直位移分開施測,但儀器設備繁多、安裝複雜、測量結果無法同時等缺點使得壩體位移無法自動化、實時化的連續觀測。最好采用三維位移監測法,即一個監測點同時測量水平位移和垂直位移數據。

    目前三維位移監測主要有兩種實現方法,分別是GPS法和自動型全站儀極坐標差分法。

    兩種方法原理不同,但儀器安裝位置大體相同,先是在壩體兩側山體岩石或堅實土基上安裝一兩個基準點,再在壩體上安裝若幹測點,通過比對基準點坐標得出測點相對於基準點的三維位移。

    監測斷麵應選擇最大壩高斷麵、有排水管通過的斷麵、地基工程地質變化較大的地段及運行有異常反應處。初期壩頂和後期壩頂各布設一排,每30~60m高差布設一排,一般不少於3排。圖2中選擇了兩個斷麵,分別在初期壩頂和後期壩頂布置了一個測點,中間處布置了一個測點;應根據壩長增減監測斷麵,一般壩長小於300m時,宜取20~100m;壩長大於300m時,宜取50~200m;壩長大於1000m時,宜取100~300m。

    GPS法每個測點通過無線傳輸與計算機通信,計算機軟件分析對比各點坐標算出測點位移;而自動型全站儀極坐標差分法在布置測點後,還需建立全站儀觀測站,使得觀測站與各測點間可視,全站儀通過無線傳輸與計算機通信,計算機軟件控製測繪計算得出測點位移。

    測點安裝方法見我公司相關說明。

    3.1.2 內部位移

    內部位移包括內部水平位移、內部豎向位移。

    壩體內部水平位移采用在壩麵上豎直向下鑽測斜孔,在孔內分段布置固定測斜儀,固定測斜儀通過儀器電纜與MCU電壓電流模塊相連,自動監測係統軟件測得孔內各點位移得出壩體整體水平位移。

    視尾礦庫的等別、壩的結構型式和施工方法以及地質地形等情況,設1~3個斷麵。每個監測斷麵上可布設1~3條監測垂線,其中一條宜布設在壩軸線附近。監測垂線的布置應盡量形成縱向監測斷麵。圖2中僅在壩體中間設了一個斷麵,該斷麵僅布設了1條監測垂線。該斷麵儀器布設示意圖如圖3所示,圖中可以看到,該監測垂線測斜管內均勻放置了3個固定測斜儀,測斜儀的間距,應根據壩高、結構形式、壩料特性及施工方法與質量等而定,一般2~10m。每條監測垂線上宜布置3~15個。


    圖3:尾礦庫某斷麵監測儀器布設示意圖

    3.1.3 岸坡位移

    對於危及尾礦壩、排水構築物及附屬設施安全和運行的新老滑坡體或潛在滑坡體應進行監測。

    應能掌握滑坡體範圍及位移分布規律。通常順滑坡方向布設1~3個監測斷麵,包括主滑斷麵及其它特征斷麵。

    監測設備和方法同壩體表麵和內部位移。

    3.2 滲流監測

    尾礦壩滲流監測,包括滲流壓力、繞壩滲流和滲流量等監測。

    3.2.1 壩體滲流壓力

    壩體滲流壓力監測,包括監測斷麵上的壓力分布和浸潤線位置的確定。

    在壩體內布置斷麵,每個斷麵布置若幹監測點,監測點處豎直向下鑽滲壓孔、安裝測壓管及振弦式滲圧計,滲圧計通過儀器電纜連接MCU振弦測量模塊,自動監測係統軟件通過MCU測得斷麵內各滲圧計的滲流水壓力,將各點壓力值換算為水位值,連成曲線得出浸潤線。

    監測橫斷麵宜選在有代表性且能控製主要滲流情況的壩體橫斷麵以及預計有可能出現異常滲流的橫斷麵,一般不少於3個,並盡量與位移監測斷麵相結合。

    監測橫斷麵上的測點布置,應根據壩型結構、斷麵大小和滲流場特征確定。宜在堆積壩壩頂、初期壩上遊坡底、下遊排水體前緣各布置l條鉛直線,其間部位每20~40m布設1條鉛直線,埋深應參考實際浸潤線深度確定。

    圖2中設了3個斷麵,每個斷麵設了3個測點。

    測壓孔、滲圧計安裝方法見我公司相關資料。

    3.2.2 繞壩滲流

    繞壩滲流監測,包括兩岸壩端及部分山體、壩體與岸坡或混凝土建築物接觸麵、兩岸接合部等關鍵部位的滲流監測。

    尾礦壩兩端的繞滲監測,宜沿流線方向或滲流較集中的透水層(帶)設2~3個監測斷麵,每個斷麵上設3~4條監測鉛直線(含滲流出口)。如需分層監測,應做好層間止水。

    尾礦壩與剛性建築物接合部的繞滲監測,應在接觸輪廓線的控製處設置監測鉛直線,沿接觸麵不同高程布設監測點。

    在岸坡防滲齒槽和灌漿帷幕的上下遊側各設1個監測點。

    監測儀器和方法同壩體滲流。

    3.2.3 滲流量

    在壩基滲流出水口布設量水堰堰槽,堰槽上安裝磁伸縮量水堰計,分辨率為0.5mm。量水堰計可接入MCU電壓電流測量模塊,也可設為單獨的量水堰站,直接與計算機通信。MCU或計算機測得堰上水頭,再根據公式算出滲流量。

    對壩體、壩基、繞滲及導滲(含減壓井和減壓溝)的滲流量,應分區、分段進行測量;所有集水和量水設施均應避免客水幹擾;對排滲異常的部位應專門監測。

    量水堰的安裝方法見《規範》和我公司相關資料。

    3.3 幹灘監測

    包括灘頂高程、幹灘長度、幹灘坡度。

    3.3.1灘頂高程測定

    7.2.1 尾礦庫灘頂高程的測點布設,應沿壩(灘)頂方向布置測點,當灘頂一端高一端低時,應在低標高段選較低處檢測1~3個點;當灘頂高低相同時,應選較低處不少於3個點;其它情況,每100m壩長選較低處檢測1~2個點,但總數不少於3個點。

    7.2.2 灘頂高程測量誤差應小於20mm。各測點中最低點的標高作為尾礦庫灘頂標高。

    7.2.3 灘頂高程根據灘頂上升情況,定時做好檢測,隨時掌握灘頂高程,汛前必須檢測一次。

    3.3.2幹灘長度測定

    7.3.1 視壩長及水邊線彎曲情況,選幹灘長度較短處布置1~3個斷麵。測量斷麵應垂直於壩軸線布置,在幾個測量結果中,選最小者作為該尾礦庫的沉積灘幹灘長度。

    7.3.2 應在幹灘設立幹灘長度標尺,幹灘較長時以50m為間隔,較小者以10m為間隔。

    7.3.3 在幹灘長度發生較大變化時,及時檢測,隨時掌握幹灘長度,汛前必須檢測一次。

    3.3.1幹灘坡度測定

    7.4.1 檢查尾礦庫沉積灘幹灘的平均坡度時,應視沉積幹灘的平整情況,每100m壩長布置不少於2個斷麵。測量斷麵應垂直於壩軸線布置,測點應盡量在各變坡點處進行布置,且測點間距不大於10~20m(幹灘長者取大值),測點高程測量誤差應小於5mm。

    7.4.2 尾礦庫沉積幹灘平均坡度,應按各測量斷麵的尾礦沉積幹灘平均坡度加權平均計算。

    7.4.3 幹灘坡度與設計不符時應采取相應的處理措施。

    7.4.4 幹灘坡度根

    據坡度變化情況,一季度檢測一次,隨時掌握幹灘坡度,汛前必須檢測一次。

    3.3 水文、氣象監測

    包括庫水位、降水量監測和排水構築物檢查。

    3.4.1 庫水位監測

    庫水位測量儀器可以采用振弦式滲圧計,通過壓力換算得出水頭,滲圧計通過儀器電纜連接至MCU,由MCU定時采集;或者采用浮子式水位計,精度為10mm,直接與計算機通信采集,可在水位變化時自動發送報文,或由計算機控製定時采集。

    測量儀器可安裝於排水井、排水斜槽上。

    3.4.2 庫區降水量監測

    監測設備用翻鬥式雨量器,分辨率為0.5mm,安裝於壩上或山坡開闊地,當安裝地點距MCU較近時,可以直接接入MCU主控模塊,當距離較遠不利於拉線時,亦可采用單獨的遙測雨量站,直接與計算機通信。當有降雨量發生時,MCU或遙測雨量站自動給計算機發送報文。

    3.4.2 其他

    一些非必要監測項目如氣溫、氣壓、相對濕度、滲透水質情況等都可以接入MCU或直接並入自動監測係統軟件。

    3.4 在線視頻監控係統

    庫區構築物有無變形、位移、損毀、淤堵,排水能力是否滿足要求等都需要定時現場巡視、檢查。庫區距離較遠、壩高較高等因素都使得正常的巡視工作耗費大量人力,一套先進的在線視頻監控係統使得普通巡視、檢查變得更簡單,也使得觀測員、各級領導能夠實時直觀的觀察到庫區各部分實際狀態。

    攝像裝置采用球型或槍型攝像頭,分別於大壩上遊、壩體、下遊邊坡上安裝,可配夜用照明燈。通訊方式可選擇有線光纖、互聯寬帶、3G網或無線網橋,中心計算機安裝監控軟件,可手動控製雲台方向。

    3.5 自動監測係統軟件

    3.5.1 數據采集

    采集方式多樣化,包括可指定采集時間、采集間隔、采集次數的定時采集,可被動接收設備自動上報的數據,可選點測量或多點巡測等。

    數據顯示直觀化,對各種傳感器采集到的數據按各自原理公式算出物理量,按測點、時間排序顯示采集到的數據,將采集到的數據及時繪製成便於觀察的數據圖線。

    越限數據報警,當采集到的數據計算出的物理量超過設置的報警值時會采用多種報警方法提示觀測員,包括文字閃爍、播放報警音和手機短信通知等。

    3.5.2 數據管理

    對存儲在數據庫中的曆史采集數據進行篩選查詢、刪除、清空、導出Excel工作簿、打印等。

    3.5.3 監測報表

    將采集到的曆史數據按傳感器類型、監測內容劃分,繪製出圖片加數據的報表。

    包括庫水位過程線、浸潤線、測斜孔位移曲線、滲流量過程線、壩體表麵位移過程線、雨量日報表、雨量月報表、雨量年報表等。

    3.5.4 傳感器設置

    設置所接傳感器位置信息、計算參數等係統必要信息,以便計算分析物理量。

    3.5.5 係統設置

    係統運行參數設置。

    ——計算機係統,與數據采集裝置連接在一起的監控主機和監測中心的管理計算機配置應滿足在線監測係統的要求,並應配置必要的外部設備。

    ——數據通信,數據采集裝置和監控主機之間可采用有線和(或)無線網絡通訊,尾礦庫安全監測站或網絡工作組應根據要求提供網絡通信接口。

    9.2.3 在線監測係統軟件應包括在線采集和安全監測管理分析兩個模塊。安全監測管理分析模塊應具備基礎資料管理、各項監測內容適時顯示發布、圖形報表製作、數據分析、綜合預警等功能。其中數據分析部分應包括各項監測內容趨勢分析、綜合過程線分析等內容。

    3.2

    監測資料的整編與分析

    3.2.4 一般規定

    11.1.1 每次儀器監測或安全檢查後應對監測記錄進行整理,及時做出初步分析。每年應至少進行一次監測資料整編。在整理和整編的基礎上,應定期進行資料分析。

    11.1.2 下列情況應專門進行資料分析,並提出資料分析報告:

    ——尾礦庫竣工驗收時;

    ——尾礦庫定期安全檢查評價時;

    ——尾礦庫閉庫時;

    ——出現異常或險情狀態時。

    11.1.3 資料整理和分析中,如發現異常情況,應及時做出判斷,有問題及時處理上報。

    11.1.4 整編成果應做到項目齊全、考證清楚、數據可靠、圖表完整、規格統一、說明完備。

    11.1.5 應建立監測資料數據庫或信息管理係統。

    11.1.6 工程施工階段和試運行階段,宜根據理論計算或模型試驗成果,並參考類似工程經驗,對一些重要監測項目提出預計的測值變化範圍,提出設計監控指標。在尾礦庫投入運行後,宜定期根據實測資料建立數學模型,提出或調整運行監控指標。

    3.2.5 資料整理和整編

    11.2.1 人工監測、在線監測和安全檢查均應做好所采集數據或所檢查情況的原始記錄。記錄應有固定的格式,數據和情況的記載應準確、清晰、齊全,應記入監測日期、責任人姓名及監測條件的必要說明。

    11.2.2 應做好原始監測數據中監測物理量的計算、填表和繪圖,初步分析和異常值之判識等日常資料整理工作。

    11.2.3 監測資料除在計算機磁、光載體內存儲外,應定期打印主要圖表供查用。

    11.2.4 每年汛前必須將上一年度的監測資料整編完畢。資料整編應包括整理後的資料的審定及編印等工作。

    11.2.5 凡曆年共同性的資料,若已在前期整編資料中刊印,且其後不再重印時,應在整編前言中說明已收入何年整編資料。

    3.2.6 資料的分析

    11.3.1 資料分析的項目、內容和方法應根據實際情況而定,對於壩體位移監測、浸潤線監測及安全檢查的資料必須進行分析。

    11.3.2 資料分析通常采用比較法、作圖法、特征值統計法及數學模型法。使用數學模型法作定量分析時,應同時用其它方法進行定性分析,加以驗證。

    11.3.3 資料分析應分析了解各監測物理量的大小、變化規律、趨勢及效應量與原因量之間(或幾個效應量之間)的關係和相關的程度。有條件時,還應建立效應量與原因量之間的數學模型,借以解釋監測量的變化規律,在此基礎上判斷各監測物理量的變化和趨勢是否正常、是否符合技術要求;並應對各項監測成果進行綜合分析,發現尾礦庫的異常情況和不安全因素;評估尾礦庫的安全狀態,預報將來的變化趨勢。

    11.3.4 資料分析後,提出資料分析報告,資料分析報告的主要內容:

    ——監測設備情況的述評,包括設備、設施的管理、保養、完好率、變更情況等。

    ——安全檢查開展情況,主要成果、結論。

    ——監測資料整編、分析情況,主要成果、結論。

    ——對改進安全管理工作和運行調度工作的建議。

    11.3.5 通過監測數據整編、分析,為尾礦庫設計及安全評價提供可靠依據。

    11.3.6 監測報告和整編資料,應按檔案管理規定,及時存檔。