尾矿库在线监测系统.doc

前言尾矿库在线监测系统是利用现代电子、信息、通信及计算机技术，实现对尾矿库监测指标数据实时、自动、连续采集、传输、管理及分析的监测技术。1.1系统简介 系统建立综合性的监管平台，依托智能的软件系统，当尾矿库监控内容出现异常时，及时预报预警，提醒企业尽快启动相应的处理措施及预案，保障尾矿库的安全运行。 1.2 系统应用技术 系统通过六大技术组合，实现监测信息的采集、处理及发布。GPS卫星定位技术、传感器自动采集技术、GPRS无线分组传输技术、高清晰图像监控技术、无线网络传输技术、计算机技术等。 1.3系统监测指标 内、外部坝体位移（分别监测水平及垂直位移） 浸润线 库水位 干滩长度、安全超高 降雨量 库区影像 1.4系统组成 系统由库区数据采集装置、信号接收及处理装置、库区机房及计算机管理系统、无线信号传输装置、企业及省局指挥中心五部分组成。 系统总体拓扑图 1.5系统特点 监测指标的全面性 包括位移监测、浸润线监测、库水位及干滩指标等关键参数监测，结合无线库区图像，做到各数据监测的无缝结合。 信息采集时效性 系统支持主动式及应答式采集数据模式，即保证数据的实时性，又保证数据的有效性。 强大的专家分析系统 专家预警分析系统实现实时分析和解读各监测数据，做出单项或多项对比报警功能，同时能够根据各监测数据的变化，综合分析出坝体的安全运行状况，辅助矿方决策。 对异常监测指标通过短消息发送到矿方管理人员 监测指标达到预报值时，联动短信群发平台，给矿方有关人员和领导短信提示，使矿方能够及时采取相关的处理措施，消除安全隐患，确保尾矿库的安全运行。 节省投资，降低运行维护费用 系统的选用的组件都是免维护、寿命长的产品；系统依托的网络采用有线与无线联合组网的方式，不仅投资少，且拥有良好的扩展性和整合性。其中部分设备采用太阳能供电，降低了运行维护的成本，节能高效。 良好的兼容性及扩展性 本系统可兼容原有LED大屏等终端，具有良好的扩展性。 1.6系统监测精度 优于国家尾矿库安全监测技术规范要求第一章 设备5.监测系统的组成尾矿库安全监测系统主要由现场信号监测仪器设备、远程监测单元、监测中心数据处理与分析三部分构成。技术构架图如下所示5.1 现场信号监测仪器设备现场信号传感器按监测项目参数的性质主要有以下三个部分：1) 坝体浸润线测量传感器，可采用渗压计。2) 坝体内部变形测量传感器，可采用固定式测斜仪。坝体或地表变形位移测量，可采用GPS位移监测系统。3) 库水位测量传感器， 可采用适于水位量程的水位计。土壤含水量的测量可选用含水计。以下介绍了一些可应用在尾矿库安全监测系统中的性能可靠的监测仪器设备，在实际应用中还可根据实际的环境、范围以及使用成本选用适合的仪器。5.1.1 坝体浸润线测量传感器对于坝体浸润线的监测，一般选择尾矿库坝上最大断面或者一旦发生事故将对下游造成重大危害的断面为监测剖面。大型尾矿库在一些薄坝段也应设有监测剖面。每个监测剖面应设置5个以上的监测点，并应根据设计资料中坝体下游坡处的孔隙水压力变化梯度灵活选择监测点。垂直方向含水量测量处可选用加拿大ROCTEST公司的PW系列弦式渗压计用来测量孔隙水压力。PW型渗压计是一个振动膜压力传感器，传感元件是把柔软的压力膜焊接在坚固的圆柱体空腔上而组成的，除振弦外的所有部分都是由高强不锈钢组成，高强度的振动弦一端夹在膜的中间，其另一端夹在空腔的另一端，在制造过程中振弦预紧到一定的张力状态然后密封确保寿命和稳定。传感器安装有防水保护：防水接头、陶瓷、带O型线圈的防水头。使用过程中，压力导致膜的变形而使弦的张紧度和共振频率改变，采用渗压计的压力计算公式便可以计算压力。PWL型渗压计直径较小，可以安装在土体和混凝土中或者安装在钻孔中，甚至直径小到38mm的管内。渗压计内有压力传感器和温度电阻，其一端装有高通或低通过滤器，另一端是电缆接口，用环氧密封。所有部件都由不锈钢制造而成。渗压计的过滤器用O型线圈密封，由于有过滤器的隔离作用，压力膜可以免遭外界微小颗粒的破坏，传感器就仅仅可以测量到液体的压力。在需要率定和浸润饱和时过滤器可以很容易卸开，当作为压力传感器使用时，可以用管螺纹接头代替过滤器。技术规格 测量范围 0.170Mpa 或1510000psi 分辨率 0.01ms或0.1L.U. (MB-6TL)0.1Hz.(PALMETO VW)0.1 精度 0.1%F.S.(0.5%和 0.25%选项) 温度飘移 0.1%F.S./C 最大超载 两倍量程范围 型号 PWS PWP PWC PWF 外壳 袖珍型 推进式 EW螺纹 螺纹式 厚壁式 材料 不锈钢 外径(mm) 19 33 19 28 长度(mm) 200 260 213 225 透水石 50微米低气压烧结的不锈钢式16微米高气压的陶瓷式 测量范围 -4065C 精度 0.5%F.S. 热感应电阻热常量 1分/C（2分/F） 电缆 标准 双绞线22AWG，IRC-41屏蔽式 备选 双绞屏蔽线，中心有合成纤维（2PK-13或2PK-15） 浸润线监测仪器埋设位置的选择，应根据尾矿库安全技术规程（AQ20062005）中规定的计算工况所得到的坝体浸润线位置来埋设。5.1.2 坝体内部变形测量传感器对于坝体内部变形，一般在最大坝高处、地基地形地质变化较大处均布置监测剖面。每个剖面上根据坝的高矮，在坝坡表面从上到下均匀设置46个监测点。最下面一个点应设置在坝脚外510m范围内的地面上，以用于监测尾矿坝发生整体滑动的可能性。可选用美国AGI公司的906 little dipper双轴固定测斜仪来测量坝体内部变形。906 little dipper双轴固定测斜仪由一个玻璃瓶和装入瓶内的5个内置电极组成，当传感器倾斜时，电极的浸入深度不同，电极之间的直流电阻就不同，因而四个象限的电极就可以测量平面X和Y方向的倾斜。输出信号为直流电压，并且和倾斜量及温度成正比。固定测斜仪可以多个串接安装，固定测斜仪的导向片可以用于保证传感器在管内的安装方向，通常安装在孔深小于45米的浅孔内监测结构位移。主要技术参数 轴数 2 分辨率 20弧秒 (0.01mm/m) 角量程 12.5 响应时间 0.15秒 工作温度 -10+50 输出电压 2.5 V DC or 0-5 V DC 比例因子 大约4/V 温度传感器 输出为0.1/mV，0mV=0精度：0.75 输出电阻 270 ohms，短路保护 电源要求 8 24 VDC/7mA，最大纹波Vp-p=250mV，电压极性反转保护 外部连接 多芯镀锡铜线电缆 尺寸及重量 33mm208mm，最大规格长3米 5.1.3 库水位测量传感器对于库水位的测量，一般在库内排水构筑物上放置合适量程水位计。库内排水构筑物一般位于尾矿库内，排水构筑物周边为尾矿澄清水，因此需要在监测系统布置前，针对特定尾矿库的实际情况选择放置。可选用国产STLP投入式水位计，该产品采用美国原装高精度扩散硅不锈钢隔离膜传感器及专用转换电路，吸收引进国外先进的生产工艺和设备，确保产品能够长期稳定可靠地在水中及其它液体介质中使用。主要特点:产品精度高，长期稳定性好，测量范围宽，可靠性强；业界领先的激光全焊接结构，无O形圈密封结构，确保产品长期使用无渗漏；全固定结构，抗冲击震动；防射频，防雷击设计；过电压，反极性，限流等多重保护。技术指标:测量范围: 010 mH2O供电电源: 12V DC工作温度: -4080精度：0.5%5.2 远程监测单元（MCU）远程监测单元（MCU）系统主要由数据采集系统、电源系统、GPRS/CDMA无线数据传输终端、防雷器件、接线与通讯接口、防水工业机箱等组成。各种传感器信号按顺序接入输入信号模块中，经由防雷板处理后，进入DT采集器中传感器采集通道，采集的数据通过串口与GPRS/CDMA无线数据传输终端连接后，便可按TCP/IP协议远程与数据存储与处理系统进行通讯了。远程监测单元的工作、结构示意图如下。远程监测单元的工作、结构示意图5.2.1 数据采集器采用澳大利亚dataTaker 公司生产的DT80G/DT85G型岩土智能可编程数据采集器及其扩展模块CEM20,动态采集可使用DT800数据采集器。DT80G/DT85G具有如下特点：支持振弦式及其它岩土型传感器，独立工作或使用强大的内置通讯选项组网，以各种期望的方式及地点访问数据； 支持U盘；坚固的设计与结构，提供了在极端的岩土环境应用下可靠的操作；低成本高效，DT80G具有515个模拟通道，DT85G具有1648个模拟通道，通过与CEM20扩展模块连接， DT80G可扩展到100个通道，DT85G可扩展到300个通道。实时浏览数据和存储到高达五百万个数据点。数据存储和恢复可以通过U盘、FTP、手机，适合于SCADA的Modbus，以太网或网页实现。DT80G/85G可以连接到大部分的传感器和数据测量设备，包括智能传感器，SDI12传感器组成的网络，GPS，PLC和其他智能设备。测量结果可以被比例缩放，存储以及返回工程单位或者进行统计报表。所有通道都可以进行报警设置。支持Windows版软件。CEM20 是DT80g系列的通道扩展模块，它具有紧凑小巧的尺寸，极低的能耗，可以低成本方式增加数据采集器通道，每个连接到数据采集器模拟通道的CEM20都可以扩展20个模拟通道。DT80G、DT85G及CEM20图片如下：5.2.2 电源系统 可提供两种供电方式供实际选择：1）利用现场供电，采用高精度线性1124VDC开关电源，可为数据采集器和传感器供电 2）采用外部15V太阳能板为系统供电。5.2.3 GPRS/CDMA无线数据传输终端采用 dataTaker-GPRS/CDMA DTU 无线数据传输终端。dataTaker-GPRS/CDMA DTU 可为用户提供高速、永远在线、透明数据传输的虚拟专用数据通信网络，利用手机 GPRS 网络或 CDMA 网络平台实现数据信息的透明传输。支持根据域名和 IP 地址访问中心多种工作模式选择，支持串口软件升级和远程维护，使用方便、灵活，特别适用于间断的、突发性的和频繁的、点多分散、中小流量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。 dataTaker- GPRS/CDMA DTU 的技术指标如下： 1) 产品特点： 采用低功耗高性能的嵌入式处理器，可高速处理协议和大量数据； 内嵌标准的 TCP/IP 协议栈，数据终端永远在线； 支持全透明方式下多中心数据传输； 支持根据域名和 IP 地址访问中心； 多种工作模式选择，使用方便、灵活，方便的系统配置和维护接口； 软硬件看门狗设计，保证系统稳定； 采用 5V35V 电压，供电电源适应性更宽； 抗干扰设计，适合电磁环境恶劣的应用需求。 2) 接口： 天线接口：50 SMA(阴头)； SIM 卡：3V/5V，自动检测； 接收灵敏度：-104dbm； 发射功率：CLASS4 (2W)/GSM(900)、CLASS1(1W)/GSM(1800)； 串口数据接口：RS-232/485； 串口速率： 110115200bps 可选。 3) 电源： 供电电压：标准 DC12V/24V； 可调电压范围：DC+5V+35V； 工作电流：待机时电流小于 30mA，发射时峰值电流小于 200 mA。 4) 环境参数： 工作温度：-30+65； 存储温度：-40+85； 相对湿度：95%(无凝结)。 5.2.4 防雷器件安装在户外的桥梁监测系统的关键部件均需经过防雷保护，采用专用电源防雷器对电源进行 D 级电涌防护，输入信号接入保护等级为 IP00 的信号防雷板进行过压保护。数据传输通过天馈防雷器后与发射天线联接。系统与大地之间应用专用防雷接地线连接，确保整个系统不遭受雷击和其它高电压破坏。 电源避雷器采用国内资深厂家的 REP 型交、直流电源电涌保护器。该产品采用最新大容量的浪涌吸收元件，经严格老化筛选，质量稳定，具有通流量大、输出残压低、响应迅速等特点，可对电源有效进行保护。 同轴避雷器采用国内资深厂家的 REP 型同轴(天馈)避雷器，该产品是专门为保护高频通讯设备及天馈线相连端口设备而设计的同轴型避雷器。采用一体化封装形式，内置的高速过压保护器件，对从天馈线感应而来的雷电高压脉冲具有高效的防御功能。其极低的插入损耗可使无线信号畅通无阻，能满足各种不同要求的无线收发站的需要。各传感器接入MCU 系统时需通过通道防雷模块，dataTaker 的通道防雷模块是澳大利亚的产品，具有先进的防雷技术，是经过 20 多年、多个工程验证过的性能稳定可靠的产品，雷击感应符合正态分布曲线。防雷模块从起始端就开始防雷，一直到终端，使整个MCU 系统完全处于防雷保护状态。 主要技术指标如下： 型号：dataTaker LSA-20 通道数：4 线 20 通道，80 芯线 防雷电感应：?1500W 接地装置采用非常可靠的产品，从引雷入地的观点出发，工频接地电阻值不大于 4 ，装置的安装将按相关标准执行。 5.2.5 密封防水机箱机箱样机图片如下：? 型号：RITTAL AE 1038? 材料：钢板，镀锌安装板? 尺寸：600 x 380 x 210mm? 重量：15.6kg? 防护等级：IP66，符合NEMA 4 要求? 适合各种气候的坚固设计结构? 适合于恶劣的环境? 适合墙、柱、线杆或机柜内安装机箱内板坚固，配有标准DIN导轨供仪器配置。数据采集器、电源、防雷器、数据传输单元被安装于内板上，此外，内板上还装有监测系统的接线端子、控制开关及其它固定件。此外，根据环境需要，机箱配有加热器装置，保证系统在低温环境也能正常工作。5.3 监测单元的配置容量远程监测单元的容量可以根据实际监测目标的多少进行配置，系统内部数据采集器的选用与联网方式也会有所不同。如果尾矿库的测量范围大，监测点数多，或者还需对其加固效果或水文气象等诸多参量进行监测，那么系统可按以下三种方式扩容：1）直接在远程监测单元MCU内部增加CEM20扩展模块，也可采用内部RS485组网连接方