【文章內(nèi)容簡介】 凡口尾礦庫數(shù)字自動化安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng) 6 第 一 部 分尾礦庫監(jiān)測管理系統(tǒng) 凡口尾礦庫數(shù)字自動化安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng) 71 工程概述以凡口為例凡口鉛鋅礦位于韶關(guān)市仁化縣境內(nèi)，是目前中國乃至亞洲最大的鉛鋅礦產(chǎn)基地。設(shè)計年產(chǎn)金屬（鉛+鋅）能力 15 萬噸。是中國有色金屬對外窗口，有“有色金屬之鄉(xiāng)”之稱。凡口鉛鋅礦共使用了 1 號、2 號和 3 號共三個尾礦，均位于仁化縣董塘鎮(zhèn)，其中：1 號尾礦庫總庫容約 104 ，總壩高 ，屬 V 等庫，1968 年 7 月與選廠同時投入使m用，1976 年停止使用；2 號尾礦庫于 1976 年投入使用，設(shè)計總庫容 190104 ，服務(wù)年限 14 年。1990 年考慮到新3m庫尚未建成，根據(jù)選廠生產(chǎn)需要，設(shè)計加高主壩擴容尾礦庫，加高后總庫容約 104 ，3m總壩高 ，屬 IV 等庫，并與 1996 年停止使用。3 號尾礦庫是目前生產(chǎn)在用的尾礦庫，該庫與 1992 年 3 月開始設(shè)計，建壩兩座，即上游壩（1）和下游壩（2） ，兩座尾礦庫相距約 1. 28KM，匯水面積 ，壩頂標(biāo)高均為 118m，2k設(shè)計總庫容 788104 ，壩高 24m，設(shè)計服務(wù)年限為 21 年，屬 IV 等庫。3m本方案針對 2 號尾礦庫在線監(jiān)測系統(tǒng)進行設(shè)計。尾礦庫區(qū)監(jiān)測管理系統(tǒng)，主要監(jiān)測尾礦庫區(qū)內(nèi)同生產(chǎn)、安全密切相關(guān)各項指標(biāo)數(shù)據(jù)，如浸潤線、壩頂高度、灘頂高度、干灘長度、庫區(qū)水位等，并根據(jù)監(jiān)測的結(jié)果指導(dǎo)生產(chǎn)，并給出相應(yīng)的預(yù)警信息，同時將尾礦管理日常工作納入計算機管理，實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)報表、相關(guān)文檔管理等的信息化。以下為 2 號尾礦庫現(xiàn)場圖：圖 11 2 號尾礦庫壩體 凡口尾礦庫數(shù)字自動化安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng) 8圖 12 2 號尾礦庫庫區(qū)2 監(jiān)測設(shè)計的預(yù)期目標(biāo)尾礦庫大壩監(jiān)測系統(tǒng)的預(yù)期目標(biāo)是：保證壩體的安全，充分發(fā)揮工程效益，更好地為安全生產(chǎn)服務(wù)。尾礦庫大壩監(jiān)測系統(tǒng)實施后將能實現(xiàn)以下任務(wù)：1）監(jiān)視運行期間大壩的狀況變化和運行情況。在發(fā)現(xiàn)不正常現(xiàn)象時及時分析原因，采取措施，防止發(fā)生事故，以保證生產(chǎn)的安全運行。2）隨時對觀測資料進行分析，開展對大壩技術(shù)鑒定，總結(jié)運行經(jīng)驗，為改善運行方式和制定安全計劃、評價工程質(zhì)量提供數(shù)據(jù)。3）定期進行觀測資料的整編、為其它類似建筑物的設(shè)計、施工、管理和科研提供資料。4）本系統(tǒng)主要觀測項目：壩體表面變形，尾礦視頻監(jiān)控系統(tǒng)，浸潤線監(jiān)測，庫水位監(jiān)測。3 監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn) 工程等級和設(shè)計標(biāo)準(zhǔn) 凡口尾礦庫數(shù)字自動化安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng) 9名稱 編號 批準(zhǔn)單位 年份全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范 GB/T 18314 國家測繪局 2022國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范 GB/T 12897 國家測繪局 1991工程測量規(guī)范 GB 50026 國家技術(shù)監(jiān)督局 1993衛(wèi)星通信中央站通用技術(shù)條件 GB/T 16952 國家技術(shù)監(jiān)督局 1997計算機信息系統(tǒng)安全保護等級劃分準(zhǔn)則 GB 17859 國家技術(shù)監(jiān)督局 1999精密工程測量規(guī)范 GB/T 15314 國家技術(shù)監(jiān)督局 1994全球定位系統(tǒng)城市測量技術(shù)規(guī)程 CJJ 7397 中國建設(shè)部 1997測繪技術(shù)設(shè)計規(guī)定 ZBA 75001 國家測繪局 1989測繪技術(shù)總結(jié)編寫規(guī)定 CH100191 國家測繪局 1991測繪產(chǎn)品檢查驗收規(guī)定 CH 1002 國家測繪局 1995測繪產(chǎn)品質(zhì)量評定標(biāo)準(zhǔn) CH 1003 國家測繪局 1995全球定位系統(tǒng)（GPS）測量型接收機檢定規(guī)程 CH 8016 國家測繪局 1995電子設(shè)備雷擊保護導(dǎo)則 GB 7450 國家技術(shù)監(jiān)督局 1987通信用電源設(shè)備通用試驗方法 GB/T 16821 國家技術(shù)監(jiān)督局 1997計算機軟件產(chǎn)品開發(fā)編寫指南 GB8567 國家技術(shù)監(jiān)督局 1988數(shù)據(jù)流程圖、程序流程圖、系統(tǒng)流程圖、程序網(wǎng)絡(luò)圖和系統(tǒng)資源圖的文件編制符號及約定 GB1526 國家技術(shù)監(jiān)督局 1989信息處理系統(tǒng) 計算機系統(tǒng)配置圖符號及約定 GB/T 14085 國家技術(shù)監(jiān)督局 1993計算機軟件質(zhì)量保證計劃規(guī)范 GB/T 12504 國家技術(shù)監(jiān)督局 1990計算機軟件配置管理計劃規(guī)范 GB/T 12505 國家技術(shù)監(jiān)督局 1990UNAVCO 基準(zhǔn)站建立規(guī)范 國際 UNAVCO 組織IGS 基準(zhǔn)站建立規(guī)范 國際 IGS 委員會法國國家雷標(biāo)準(zhǔn) NF C17102 法國 LCIE中國地殼形變監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)基準(zhǔn)站建立規(guī)范 地震局、測繪局 2022中華人民共和國公共安全行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) GA173 國家技術(shù)監(jiān)督局 1998混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 GBJ 10 國家建設(shè)部 1989尾礦庫安全管理規(guī)定 第 20 號令 國家經(jīng)貿(mào)委 2022 設(shè)計依據(jù)和設(shè)計原則遵照中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《尾礦庫安全技術(shù)規(guī)程》 （征求意見稿） 、 《國家尾礦庫安全監(jiān)督管理規(guī)定》( 征求意見稿)、SL6094《土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》 、中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SL2682022《大壩自動監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備基本技術(shù)條件》的有關(guān)規(guī)定，并綜合考慮工程的實際情況。 凡口尾礦庫數(shù)字自動化安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng) 10尾礦庫大壩監(jiān)測設(shè)計中遵循下列原則： （1）安全監(jiān)測系統(tǒng)要滿足上述兩個行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求。（2）充分考慮原工程特點，選擇必要的監(jiān)測項目和測點。監(jiān)測點的布置，既要保證監(jiān)測點的位置具有代表性，又要體現(xiàn)其特殊性。（3）全面、準(zhǔn)確地反映大壩工作性態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)異常跡象，有效地監(jiān)視大壩安全，為運行管理提供可靠的資料，滿足工程現(xiàn)代化管理的需要。（4）監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計和選型，既要先進又要實用。在滿足安全監(jiān)測要求的前提下力求經(jīng)濟合理。（5）配置相應(yīng)的軟件，實現(xiàn)大壩安全監(jiān)測數(shù)據(jù)的自動整理和分析。4 監(jiān)測子項目和測點布置按規(guī)范要求，三等以上建筑物的必設(shè)監(jiān)測項目為：壩體表面變形、滲流量、壩基滲流壓力、壩體滲流壓力、庫水位、降水量、氣溫和巡視檢查。一般監(jiān)測項目為：內(nèi)部變形、壩坡位移、繞壩滲流、孔隙水壓力等。在必設(shè)項目中，由于尾礦庫由尾礦漿中的固體成份堆積而成，是長年形成的堆積壩體，磁感應(yīng)較強，與一般水庫存在較大的差異，故有些項目設(shè)置的意義不大。本系統(tǒng)按照要求，具體觀測項目監(jiān)測手段如下所述： 巡視檢查巡視檢查分日常巡視檢查、定期檢查和特殊情況下的巡視檢查等。尾礦庫主要進行壩體、壩面、壩肩及灘面及庫水位的巡視檢查。 庫水位監(jiān)測 庫水位自動化監(jiān)測的目的和意義在尾礦庫營運過程中需要對水位進行監(jiān)控，可能現(xiàn)場無法靠近或現(xiàn)場無需人力來監(jiān)控。我們就可以通過遠(yuǎn)程監(jiān)控，坐在監(jiān)控中心服務(wù)器前就能對現(xiàn)場進行監(jiān)控，既方便又節(jié)省人力。為了保證尾礦庫的安全營運,提高工作效率,在生產(chǎn)過程需要對水庫水位進行監(jiān)測。但是,由于不同的尾礦庫有著不同的實際情況,因此就有著不同的技術(shù)要求,而且水位參數(shù)的測量方法和測量位置不同，對監(jiān)測設(shè)備的要求亦有所不同。這樣往往造成監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備專用化程度 凡口尾礦庫數(shù)字自動化安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng) 11高,品種多,互換性差,不利于設(shè)備維護,亦增加了設(shè)備設(shè)計、生產(chǎn)、安裝的復(fù)雜性。因此,在綜合研究庫水位監(jiān)測的實際情況以及特點的基礎(chǔ)上,利用現(xiàn)代電子技術(shù),特別是微處理器技術(shù)和flash存儲器技術(shù),設(shè)計開發(fā)一種通用性好、可靠性高、維護方便、可適用于多種監(jiān)測環(huán)境的多模式水位自動監(jiān)測系統(tǒng)具有重要的實際意義。 水位遙測系統(tǒng)發(fā)展情況水位監(jiān)測系統(tǒng)在我國的應(yīng)用已相當(dāng)普及。大型國家水壩常采用由 PC 機和單片機組成的主從式的多機聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，單片機作為下位機，負(fù)責(zé)大壩現(xiàn)場各水位點的選通和采集，作為上位機的 PC機，則負(fù)責(zé)大壩水位的集中顯示和管理記錄。PC 機與單片機之間的通訊方式主要采用RS232/RS485 總線技術(shù)和以太網(wǎng)技術(shù)兩種。RS485 是使用較為廣泛的雙向有補償傳輸線標(biāo)準(zhǔn)，每段最多支持 32 個節(jié)點，采用單組雙絞線雙向主從通信。當(dāng)總線加長或節(jié)點增多時需要使用中繼器連接，全網(wǎng)絡(luò)支持最多 256 個節(jié)點。RS485 通信技術(shù)應(yīng)用時間較長，軟硬件實現(xiàn)較為容易，因此是國內(nèi)測控系統(tǒng)采用較多的通信方式。 南方水位遠(yuǎn)程自動化監(jiān)測系統(tǒng)南方水位自動化監(jiān)測系統(tǒng)具有對大壩水位信息的自動采集、處理、數(shù)據(jù)顯示和越限報警功能。其中，單片機作為下位機，負(fù)責(zé)大壩現(xiàn)場各水位點的采集，上位機則負(fù)責(zé)大壩水位的集中顯示和管理記錄。系統(tǒng)硬件采用單片機和超聲波傳感器。其中超聲波傳感器主要進行數(shù)據(jù)采集，傳感器將非電量信號變?yōu)殡娦盘?，然后?jīng)放大器放大后送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器。單片機則將采集到的數(shù)據(jù)進行處理，并通過 RS232/RS485 通信總線或以太網(wǎng)傳給上位機。 上位機軟件對所有監(jiān)測點的數(shù)據(jù)進行集中處理、顯示等。遠(yuǎn)離水庫的指揮中心通過該系統(tǒng)可獲得當(dāng)前時刻的水位、當(dāng)天最高水位、最低水位、日水位升降、平均水位等一系列數(shù)據(jù)，為水庫的防洪、水庫水資源調(diào)度提供科學(xué)的數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示和水位預(yù)警等部分組成。 凡口尾礦庫數(shù)字自動化安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng) 12圖 41 水位遙測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 水位測量工作原理水位測量由收發(fā)共用聲學(xué)探頭發(fā)射一聲脈沖，經(jīng)聲管傳聲 L 聲程遇水界面產(chǎn)生反射，反射波（下稱回波） ，又經(jīng) L 聲程由同一聲學(xué)探頭接收，只要測得聲波（由發(fā)射至接收到回波）在空氣中的傳播時間 t 及現(xiàn)場聲速 c，就可測算出聲學(xué)探頭發(fā)射面至水面的距離，即 2/ctL?在設(shè)計上采用自校準(zhǔn)技術(shù)對聲速進行補償，即在連接聲學(xué)探頭的第一節(jié)聲管（稱此聲管為校準(zhǔn)管）的已知距離 L0 處開有一校準(zhǔn)用小圓孔。聲學(xué)探頭發(fā)射的聲脈沖首先遇小孔這一界面產(chǎn)生反射回波，這一回波傳播的聲程 2L0 為已知，傳播時間 T0 可測出，傳播聲速若為 C0 則有： 2/ootcL??取校準(zhǔn)孔回波與水面回波傳播聲程的比值則有： 0/lt由式 可知聲程 L 是傳播聲速 C、C0，傳播時間 t、T0 和校準(zhǔn)孔距 L0 的函數(shù)。如果2/ctL?在聲管中傳播聲速由發(fā)射面至水面間變化很小，這樣 式就可簡化為：2/cL? 0Tt發(fā)射聲脈沖后，測得 T0、t 即可測算出聲程 L。若探頭安裝基準(zhǔn)面至水位零點高度為 S（S 可以當(dāng)?shù)厮疁?zhǔn)點或水尺為參考，安裝時測量確定）則水位值 H 為： 凡口尾礦庫數(shù)字自動化安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng) 13 　　　 LSH??圖 42 水位測量原理示意圖式中：H 為水位值S 為探頭發(fā)射面至水位零點距離L 為探頭發(fā)射面至水面間距離 技術(shù)指標(biāo)量程：～20m 測量精度: 177?！? ；分辨率:3mm 或 %(取大者)輸出方式：4～20mA/750 歐姆負(fù)載。2 組 AC250V/8A 或 DC30V/5A 狀態(tài)可編程。485 輸出傳輸距離為 2022 米顯示輸出:中英文背光液晶顯示物位測量值、距離測量值、變送輸出電流、環(huán)境溫度值、回波狀態(tài)、報警顯示、特殊環(huán)境算法選擇。供電方式:95～275VAC 50Hz/60Hz 或者 24VDC 120mA 可選工作溫度：儀表:20～+60℃探頭: 40 ～+70℃環(huán)境壓力: 常規(guī)探頭為 3 公斤，就是 。探頭耐壓可以做到 16 公斤，就是 發(fā)射角度：半功率角：9176。，銳度角：23176。耐腐蝕性：探頭部分四氟外殼，分體式機加工結(jié)構(gòu)．強酸強堿環(huán)境下可以使用主機防護等級: IP66。探頭防護等級：IP68(可以達(dá)到在 100 米水深放置 12 個月，出水后仍然正常工作.1安裝尺寸：螺紋 M78*2mm 凡口尾礦庫數(shù)字自動化安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng) 14 相關(guān)安裝圖紙超聲波水位計安裝整體示意圖：圖 43 超聲波水位計安裝整體示意圖超聲波水位計尺寸：圖 44 超聲波水位計尺寸法蘭安裝示意圖：