【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 凡口尾礦庫(kù)數(shù)字自動(dòng)化安全監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng) 6 第 一 部 分尾礦庫(kù)監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng) 凡口尾礦庫(kù)數(shù)字自動(dòng)化安全監(jiān)測(cè)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(guó)乃至亞洲最大的鉛鋅礦產(chǎn)基地。設(shè)計(jì)年產(chǎn)金屬（鉛+鋅）能力 15 萬噸。是中國(guó)有色金屬對(duì)外窗口，有“有色金屬之鄉(xiāng)”之稱。凡口鉛鋅礦共使用了 1 號(hào)、2 號(hào)和 3 號(hào)共三個(gè)尾礦，均位于仁化縣董塘鎮(zhèn)，其中：1 號(hào)尾礦庫(kù)總庫(kù)容約 104 ，總壩高 ，屬 V 等庫(kù)，1968 年 7 月與選廠同時(shí)投入使m用，1976 年停止使用；2 號(hào)尾礦庫(kù)于 1976 年投入使用，設(shè)計(jì)總庫(kù)容 190104 ，服務(wù)年限 14 年。1990 年考慮到新3m庫(kù)尚未建成，根據(jù)選廠生產(chǎn)需要，設(shè)計(jì)加高主壩擴(kuò)容尾礦庫(kù)，加高后總庫(kù)容約 104 ，3m總壩高 ，屬 IV 等庫(kù)，并與 1996 年停止使用。3 號(hào)尾礦庫(kù)是目前生產(chǎn)在用的尾礦庫(kù)，該庫(kù)與 1992 年 3 月開始設(shè)計(jì)，建壩兩座，即上游壩（1）和下游壩（2） ，兩座尾礦庫(kù)相距約 1. 28KM，匯水面積 ，壩頂標(biāo)高均為 118m，2k設(shè)計(jì)總庫(kù)容 788104 ，壩高 24m，設(shè)計(jì)服務(wù)年限為 21 年，屬 IV 等庫(kù)。3m本方案針對(duì) 2 號(hào)尾礦庫(kù)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。尾礦庫(kù)區(qū)監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)，主要監(jiān)測(cè)尾礦庫(kù)區(qū)內(nèi)同生產(chǎn)、安全密切相關(guān)各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)，如浸潤(rùn)線、壩頂高度、灘頂高度、干灘長(zhǎng)度、庫(kù)區(qū)水位等，并根據(jù)監(jiān)測(cè)的結(jié)果指導(dǎo)生產(chǎn)，并給出相應(yīng)的預(yù)警信息，同時(shí)將尾礦管理日常工作納入計(jì)算機(jī)管理，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)報(bào)表、相關(guān)文檔管理等的信息化。以下為 2 號(hào)尾礦庫(kù)現(xiàn)場(chǎng)圖：圖 11 2 號(hào)尾礦庫(kù)壩體 凡口尾礦庫(kù)數(shù)字自動(dòng)化安全監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng) 8圖 12 2 號(hào)尾礦庫(kù)庫(kù)區(qū)2 監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)的預(yù)期目標(biāo)尾礦庫(kù)大壩監(jiān)測(cè)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(kù)大壩監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)施后將能實(shí)現(xiàn)以下任務(wù)：1）監(jiān)視運(yùn)行期間大壩的狀況變化和運(yùn)行情況。在發(fā)現(xiàn)不正?，F(xiàn)象時(shí)及時(shí)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(yùn)行。2）隨時(shí)對(duì)觀測(cè)資料進(jìn)行分析，開展對(duì)大壩技術(shù)鑒定，總結(jié)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，為改善運(yùn)行方式和制定安全計(jì)劃、評(píng)價(jià)工程質(zhì)量提供數(shù)據(jù)。3）定期進(jìn)行觀測(cè)資料的整編、為其它類似建筑物的設(shè)計(jì)、施工、管理和科研提供資料。4）本系統(tǒng)主要觀測(cè)項(xiàng)目：壩體表面變形，尾礦視頻監(jiān)控系統(tǒng)，浸潤(rùn)線監(jiān)測(cè)，庫(kù)水位監(jiān)測(cè)。3 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn) 工程等級(jí)和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 凡口尾礦庫(kù)數(shù)字自動(dòng)化安全監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng) 9名稱 編號(hào) 批準(zhǔn)單位 年份全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范 GB/T 18314 國(guó)家測(cè)繪局 2022國(guó)家一、二等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范 GB/T 12897 國(guó)家測(cè)繪局 1991工程測(cè)量規(guī)范 GB 50026 國(guó)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(guó)家技術(shù)監(jiān)督局 1997計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)安全保護(hù)等級(jí)劃分準(zhǔn)則 GB 17859 國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局 1999精密工程測(cè)量規(guī)范 GB/T 15314 國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局 1994全球定位系統(tǒng)城市測(cè)量技術(shù)規(guī)程 CJJ 7397 中國(guó)建設(shè)部 1997測(cè)繪技術(shù)設(shè)計(jì)規(guī)定 ZBA 75001 國(guó)家測(cè)繪局 1989測(cè)繪技術(shù)總結(jié)編寫規(guī)定 CH100191 國(guó)家測(cè)繪局 1991測(cè)繪產(chǎn)品檢查驗(yàn)收規(guī)定 CH 1002 國(guó)家測(cè)繪局 1995測(cè)繪產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn) CH 1003 國(guó)家測(cè)繪局 1995全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量型接收機(jī)檢定規(guī)程 CH 8016 國(guó)家測(cè)繪局 1995電子設(shè)備雷擊保護(hù)導(dǎo)則 GB 7450 國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局 1987通信用電源設(shè)備通用試驗(yàn)方法 GB/T 16821 國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局 1997計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)品開發(fā)編寫指南 GB8567 國(guó)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(hào)及約定 GB1526 國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局 1989信息處理系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配置圖符號(hào)及約定 GB/T 14085 國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局 1993計(jì)算機(jī)軟件質(zhì)量保證計(jì)劃規(guī)范 GB/T 12504 國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局 1990計(jì)算機(jī)軟件配置管理計(jì)劃規(guī)范 GB/T 12505 國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局 1990UNAVCO 基準(zhǔn)站建立規(guī)范 國(guó)際 UNAVCO 組織IGS 基準(zhǔn)站建立規(guī)范 國(guó)際 IGS 委員會(huì)法國(guó)國(guó)家雷標(biāo)準(zhǔn) NF C17102 法國(guó) LCIE中國(guó)地殼形變監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)基準(zhǔn)站建立規(guī)范 地震局、測(cè)繪局 2022中華人民共和國(guó)公共安全行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) GA173 國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局 1998混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 GBJ 10 國(guó)家建設(shè)部 1989尾礦庫(kù)安全管理規(guī)定 第 20 號(hào)令 國(guó)家經(jīng)貿(mào)委 2022 設(shè)計(jì)依據(jù)和設(shè)計(jì)原則遵照中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《尾礦庫(kù)安全技術(shù)規(guī)程》 （征求意見稿） 、 《國(guó)家尾礦庫(kù)安全監(jiān)督管理規(guī)定》( 征求意見稿)、SL6094《土石壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》 、中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SL2682022《大壩自動(dòng)監(jiān)測(cè)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(shí)際情況。 凡口尾礦庫(kù)數(shù)字自動(dòng)化安全監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng) 10尾礦庫(kù)大壩監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)中遵循下列原則： （1）安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)要滿足上述兩個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求。（2）充分考慮原工程特點(diǎn)，選擇必要的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和測(cè)點(diǎn)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置，既要保證監(jiān)測(cè)點(diǎn)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(shí)發(fā)現(xiàn)異常跡象，有效地監(jiān)視大壩安全，為運(yùn)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(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和選型，既要先進(jìn)又要實(shí)用。在滿足安全監(jiān)測(cè)要求的前提下力求經(jīng)濟(jì)合理。（5）配置相應(yīng)的軟件，實(shí)現(xiàn)大壩安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的自動(dòng)整理和分析。4 監(jiān)測(cè)子項(xiàng)目和測(cè)點(diǎn)布置按規(guī)范要求，三等以上建筑物的必設(shè)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為：壩體表面變形、滲流量、壩基滲流壓力、壩體滲流壓力、庫(kù)水位、降水量、氣溫和巡視檢查。一般監(jiān)測(cè)項(xiàng)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(xiàng)目中，由于尾礦庫(kù)由尾礦漿中的固體成份堆積而成，是長(zhǎng)年形成的堆積壩體，磁感應(yīng)較強(qiáng)，與一般水庫(kù)存在較大的差異，故有些項(xiàng)目設(shè)置的意義不大。本系統(tǒng)按照要求，具體觀測(cè)項(xiàng)目監(jiān)測(cè)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(kù)主要進(jìn)行壩體、壩面、壩肩及灘面及庫(kù)水位的巡視檢查。 庫(kù)水位監(jiān)測(cè) 庫(kù)水位自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的目的和意義在尾礦庫(kù)營(yíng)運(yùn)過程中需要對(duì)水位進(jìn)行監(jiān)控，可能現(xiàn)場(chǎng)無法靠近或現(xiàn)場(chǎng)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(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)控，既方便又節(jié)省人力。為了保證尾礦庫(kù)的安全營(yíng)運(yùn),提高工作效率,在生產(chǎn)過程需要對(duì)水庫(kù)水位進(jìn)行監(jiān)測(cè)。但是,由于不同的尾礦庫(kù)有著不同的實(shí)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(cè)量方法和測(cè)量位置不同，對(duì)監(jiān)測(cè)設(shè)備的要求亦有所不同。這樣往往造成監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)備專用化程度 凡口尾礦庫(kù)數(shù)字自動(dòng)化安全監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng) 11高,品種多,互換性差,不利于設(shè)備維護(hù),亦增加了設(shè)備設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、安裝的復(fù)雜性。因此,在綜合研究庫(kù)水位監(jiān)測(cè)的實(shí)際情況以及特點(diǎn)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(chǔ)器技術(shù),設(shè)計(jì)開發(fā)一種通用性好、可靠性高、維護(hù)方便、可適用于多種監(jiān)測(cè)環(huán)境的多模式水位自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有重要的實(shí)際意義。 水位遙測(cè)系統(tǒng)發(fā)展情況水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在我國(guó)的應(yīng)用已相當(dāng)普及。大型國(guó)家水壩常采用由 PC 機(jī)和單片機(jī)組成的主從式的多機(jī)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，單片機(jī)作為下位機(jī)，負(fù)責(zé)大壩現(xiàn)場(chǎng)各水位點(diǎn)的選通和采集，作為上位機(jī)的 PC機(jī)，則負(fù)責(zé)大壩水位的集中顯示和管理記錄。PC 機(jī)與單片機(jī)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(bǔ)償傳輸線標(biāo)準(zhǔn)，每段最多支持 32 個(gè)節(jié)點(diǎn)，采用單組雙絞線雙向主從通信。當(dāng)總線加長(zhǎng)或節(jié)點(diǎn)增多時(shí)需要使用中繼器連接，全網(wǎng)絡(luò)支持最多 256 個(gè)節(jié)點(diǎn)。RS485 通信技術(shù)應(yīng)用時(shí)間較長(zhǎng)，軟硬件實(shí)現(xiàn)較為容易，因此是國(guó)內(nèi)測(cè)控系統(tǒng)采用較多的通信方式。 南方水位遠(yuǎn)程自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)南方水位自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有對(duì)大壩水位信息的自動(dòng)采集、處理、數(shù)據(jù)顯示和越限報(bào)警功能。其中，單片機(jī)作為下位機(jī)，負(fù)責(zé)大壩現(xiàn)場(chǎng)各水位點(diǎn)的采集，上位機(jī)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(jī)和超聲波傳感器。其中超聲波傳感器主要進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，傳感器將非電量信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)，然后經(jīng)放大器放大后送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器。單片機(jī)則將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并通過 RS232/RS485 通信總線或以太網(wǎng)傳給上位機(jī)。 上位機(jī)軟件對(duì)所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中處理、顯示等。遠(yuǎn)離水庫(kù)的指揮中心通過該系統(tǒng)可獲得當(dāng)前時(shí)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(kù)的防洪、水庫(kù)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(kù)數(shù)字自動(dòng)化安全監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng) 12圖 41 水位遙測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 水位測(cè)量工作原理水位測(cè)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(cè)得聲波（由發(fā)射至接收到回波）在空氣中的傳播時(shí)間 t 及現(xiàn)場(chǎng)聲速 c，就可測(cè)算出聲學(xué)探頭發(fā)射面至水面的距離，即 2/ctL?在設(shè)計(jì)上采用自校準(zhǔn)技術(shù)對(duì)聲速進(jìn)行補(bǔ)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(shí)間 T0 可測(cè)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(shí)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(jiǎn)化為：2/cL? 0Tt發(fā)射聲脈沖后，測(cè)得 T0、t 即可測(cè)算出聲程 L。若探頭安裝基準(zhǔn)面至水位零點(diǎn)高度為 S（S 可以當(dāng)?shù)厮疁?zhǔn)點(diǎn)或水尺為參考，安裝時(shí)測(cè)量確定）則水位值 H 為： 凡口尾礦庫(kù)數(shù)字自動(dòng)化安全監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng) 13 　　　 LSH??圖 42 水位測(cè)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(diǎn)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(cè)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(cè)量值、距離測(cè)量值、變送輸出電流、環(huán)境溫度值、回波狀態(tài)、報(bào)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(jī)加工結(jié)構(gòu)．強(qiáng)酸強(qiáng)堿環(huán)境下可以使用主機(jī)防護(hù)等級(jí): IP66。探頭防護(hù)等級(jí)：IP68(可以達(dá)到在 100 米水深放置 12 個(gè)月，出水后仍然正常工作.1安裝尺寸：螺紋 M78*2mm 凡口尾礦庫(kù)數(shù)字自動(dòng)化安全監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng) 14 相關(guān)安裝圖紙超聲波水位計(jì)安裝整體示意圖：圖 43 超聲波水位計(jì)安裝整體示意圖超聲波水位計(jì)尺寸：圖 44 超聲波水位計(jì)尺寸法蘭安裝示意圖：