《尾礦庫安全在線監測及綜合預警系統方案》

第一部分 系統介紹

第二部分 在線監測系統的總體設計方案

項目設計依據

本系統在設計依據的規定和標準如下:

《尾礦庫安全技術規程》(AQ2006-2005)

《尾礦庫安全監測技術規范》(AQ 2030—2010)

《視頻安防監控系統工程設計規范》(GB30395-2007)

《光纜線路自動監測系統工程設計規范》(YD5066-2005)

尾礦庫設計方案及設計圖紙、

項目建設原則及目標

以科學發展觀和國家加強安全生產整體戰略為指導,以確保尾礦庫安全為前提,以實現礦業可持續發展為目標,加大對尾礦庫安全監管,進而減少和避免尾礦庫安全事故的發生。

統籌規劃:監測系統的總體設計,分步實施。

合理布局:項目建設要充分考慮各庫區所在的區域地形、地質及庫容等特點,合理布局,保證重點。

科技領先:在項目建設的同時,注重高科技技術手段的應用,注重環保、節能。

通過尾礦庫位移監測子系統、壩體浸潤線監測子系統、干灘監測子系統、庫水位監測子系統、庫區降雨量監測子系統、庫區遠程視頻監控子系統的建設,實現對尾礦庫安全的在線監測,從而及時掌握尾礦庫的運行狀況和安全現狀。

系統總體設計

依據《尾礦庫安全監測技術規范》(AQ2030-2010)等相關規范及文件要求,在充分調研、實驗的基礎上,提出尾礦庫安全在線監測系統設計方案。

尾礦庫安全在線監測系統主要由以下子系統組成:

  • 壩體(內部、表面)位移監測子系統;
  • 壩體浸潤線監測子系統;
  • 干灘監測子系統;
  • 庫水位監測子系統;
  • 庫區降雨量監測子系統;
  • 庫區遠程可視化監控子系統;
  • 滲流量監測子系統;

系統電源設計

供電設計

市電220V,引入壩體總設備箱UPS。

接入方式,就近取電。

鋪設方式,架空加地埋鋪設。

壩體電源直接接入總設備箱,經由UPS穩壓濾波后分別接入各個監測點。

采用寬電壓工作設備。

電源設置總線路穩壓濾波設備。

配備UPS,以備停斷電時臨時為系統供電;

各監測子系統詳細設計

壩體位移監測子系統

尾礦庫壩體整體表面位置變化(包括平面位移和垂直沉降),確定尾礦壩壩體整體位移變形的情況,是確定尾礦庫安全性的重要指標之一。

表面位移監測點布置

根據《尾礦庫安全技術規程》(GB51108-2015),《尾礦庫安全技術規程》(GB51108-2015)要求如下:

5.2.2 ?監測布置

——斷面選擇和測點布置:監測斷面宜選在最大壩高斷面、有排水管通過的斷面、地基工程地質變化較大的地段及運行有異常反應處。

——初期壩頂和后期壩頂各布設一排,每30~60m高差布設一排,一般不少于3排。

——測點的間距,一般壩長小于300m時,宜取20~100m;壩長大于300m時,宜取50~200m;壩長大于1000m時,宜取100~300m。

——各種基點均應布設在兩岸巖石或堅實土基上。

表面位移監測實現方式

表面位移監測設備選用高性能GNSS芯片,具有尺寸小、功耗低等優點,可以用于各種具有高精度定位要求的變形監測。

測量精度

水平面測量誤差小于±3mm、垂直測量誤差小于±5mm。

設備選型

表面位移監測采用單機單天線GPS表面位移監測系統。

主要技術指標如下:

測量精度:平面小于±3mm、垂直小于±5mm

工作電壓:DC12V

輸出方式:RS232

系統圖示

位移監測其典型工作示意圖如下所示:

內部位移監測點布置

根據《尾礦庫安全技術規程》(GB51108-2015)、《尾礦庫安全監測技術規范》(AQ2030-2010)規定:

5.3.2 ?監測布置

——監測斷面的布置應視尾礦庫的等別、壩的結構型式和施工方法以及地質地形等情況而定,宜布置在最大壩高斷面及其它特征斷面(原河床、地質及地形復雜段、結構及施工薄弱段等)上,可設1~3個斷面。

——每個監測斷面上可布設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面。

——監測垂線上測點的間距,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個測點。最下一個測點應置于壩基表面,以兼測壩基的沉降量。

內部位移監測設備選型

系統采用測斜儀對壩體內部位移進行監測。固定式測斜儀廣泛適用于監測土石壩、面板壩、邊坡、路基、基坑、巖體滑坡等結構物的水平或垂直位移、垂直沉降及滑坡,該儀器配合測斜管可反復使用,并可方便實現傾斜監測的自動化。固定式測斜儀采用的是耐沖擊型傾斜傳感器,可靠性好穩定時間快,安裝附件少組裝方便。固定式測斜儀具有智能識別功能。

主要規格及技術參數

測桿直徑: 25/38 mm
測桿輪距: 500 mm
單孔測點: 1~12 點
測量范圍: ±15 °
靈敏度: ≤ 9 ?〃
工程最小讀數: ±0.02 ?mm/500mm/F
測量精度: ±0.1% ?F.S
耐水壓: ≥1 MPa
絕緣電阻: ≥50 MΩ

防雷措施

1.電源防雷:安裝通流容量不小于20KA的穩波泄流裝置,接在設備前端并與地網連接。

2.設備接地:采集設備、光纖轉發設備、設備箱與地網相連接。

浸潤線監測子系統

監測目的

浸潤線監測是尾礦庫安全監測一項重要的內容。

浸潤線監測實現原理

浸潤線監測儀器采用振弦式滲壓計,把滲壓計安裝在浸潤線觀測孔里。將測得的滲水壓力轉換為水位的高度,結合安裝深度及觀測孔深度即可得到浸潤線高度。

如圖所示:浸潤線水位=H-h

浸潤線監測點布置

依據《尾礦庫安全監測技術規范》(AQ 2030—2010)規定如下:

6.2.2 ?監測布置

——監測橫斷面宜選在有代表性且能控制主要滲流情況的壩體橫斷面以及預計有可能出現異常滲流的橫斷面,一般不少于3個,并盡量與位移監測斷面相結合。

——監測橫斷面上的測點布置,應根據壩型結構、斷面大小和滲流場特征確定。宜在堆積壩壩頂、初期壩上游坡底、下游排水體前緣各布置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。

——在滲流進、出口段,滲流各向異性明顯的土層中,以及浸潤線變幅較大處,應根據預計浸潤線的最大變幅沿不同高程布設測點,每條鉛直線上的測點數一般不少于2個。

設備選

振弦式滲壓計

依據《尾礦庫安全監測技術規范》(AQ 2030—2010)。我們選用振弦式滲壓計,該儀器適用于長期布設在測量水壓管或水庫內,監測內部水壓力的變化量,并可同步監測埋設點的溫度。采用全不銹鋼結構(經過防腐蝕處理),24mm的外徑,可方便的放置在1英寸以上的浸潤線觀測孔內。測量儀器具有智能識別的功能。

數據采集設備

采集模塊由高速低功耗微處理器為核心,具有抗干擾能力強、可靠性好,智能集成化程度高、測量精度高,功耗低,安裝、運行、維護方便等特點。

  1. 數據采集模塊提供以太網接口可選,可通以太網接口與中心站實現雙向通信。
  2. 技術參數
量程 頻率:800—3500Hz溫度:-30~70℃
精度 頻率(frequency)≤1Hz溫度(temperature)≤1℃
分辨率 頻率(frequency)1Hz溫度(temperature)1℃
測量速度 2—5秒/路(包括頻率和溫度)
通信形式 串行接口(RS232/485)或以太網接口
以太網接口 通信速率默認10Mbps
工作環境 溫度-20~+50℃,濕度≤98%Rh。
通訊協議 modbus

 

干灘監測子系統

干灘監測的內容

干灘監測內容包括灘頂高程、干灘長度、干灘坡比、安全超高。

干灘監測點布置

依據《尾礦庫安全監測技術規范》(AQ2030-2010)規定,選擇干灘長度較短處布置縱斷面。測量斷面垂直于壩軸線布置,在幾個測量結果中,選最小者作為該尾礦庫的沉積灘干灘長度。

設備選型

依據《尾礦庫安全監測技術規范》(AQ 2030—2010)。系統采用高程測量儀(定制)對灘頂高程進行測量。

主要特點:無線傳輸、全天候無人值守。

供電方式

系統采用太陽能供電;

系統通訊

采用無線傳輸方式將采集的數據傳至數據采集儀后經光纖傳至廠區監控中心和庫區監控室。

防雷措施

防直擊雷:在設備立桿頂端安裝避雷針(長度為0.6m)。并進行有效的接地。

3.4庫水位監測子系統

監測目的

及時掌握庫水位高程,可反算干灘長度,可以為庫水位安全評價及其預警預報提供基礎數據。

庫水位測點選擇

根據《尾礦庫安全監測技術規范》(AQ2030-2010)?“庫水位監測8.2.1 ?測點布置庫水位測點的布置根據壩型、筑壩及排尾方式確定,應設置在基本能代表庫內平穩水位,并能滿足工程管理和監測資料分析需要的地方。一般宜布置在庫內排水構筑物(如排水井、排水斜槽等)”。

設備安裝在庫水區溢流井上方。隨著尾礦沙的不斷堆積庫水位的測量點也要不斷升高。

供電方式

接入方式,就近取電。接入最近的設備箱。

電源線鋪設,采用架空鋪設。

防雷措施

電源防雷:安裝通流容量不小于20KA的穩波泄流裝置,接在設備前端并與地網連接,并從設備箱引出一根接地線沿井架投入庫區水中。

現場安裝方式說明

設備安裝在支架上,固定在溢流井的頂部,垂直向下測量。

注意事項:為以后設備移位安裝考慮預留足夠的傳輸線纜。

庫區降雨量監測子系統?

監測目的

及時掌握庫區降雨量的大小,是尾礦庫特別是汛期安全的重要考察對象之一。

降雨量測點選擇

雨量計安裝位置選擇在空曠平坦的地方,周圍無樹木遮擋;先打好水泥地基,然后將雨量計固定在水泥地基上。

安裝位置:雨量計安放在壩體總設備箱處。

設備精度

設備精度滿足國家規范0.2mm/min的監測精度要求。

系統通訊

經由傳輸線纜傳至監控室。

供電方式

設備采用市電+UPS直流電源模塊轉換后供電。

視頻監控子系統

監測目的

為直觀掌握干灘情況,進水口排水情況、庫岸滑坡情況、壩面情況、出水口排水情況、危險部位情況、尾漿排放情況、遠程巡視等。

視頻監控遵循以下要求

根據《尾礦庫安全監測技術規范》(AQ2030-2010)規定,庫區視頻監控包括對初期壩和堆積壩、干灘、庫水位、排洪構筑物的進水口和出水口、攔洪壩、攔污壩、放礦設施等進行24小時在線智能視頻監控。

監控點布置

共設計視頻監控點??處,所采用監控攝像單元均具有鏡頭水平360度旋轉、垂直90度翻轉及自動變焦功能。攝像單元均采用大功率雙紅外燈作為輔助光源,對壩體的重要部位可實現全天候24小時監控。能保存15天不間斷循環錄像視頻,并可根據需求進行擴容。

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星光智能攝像機

  • 產品優勢

具有背景反差好、成像清晰、不受外界照明影響等特點,使用低照度攝像機,并可實現晝夜連續監控。采用萬向變速云臺,可進行全方位無盲角監控,智能化程度高,操作簡單,外殼經過特殊加固和密封處理,具有良好的抗震、抗沖擊、防塵、防淋雨等特性,特別適用于自然災害監控、山體滑坡以及尾礦庫等需要中短距離晝夜連續監控的場合。

  • 技術特點
  • 采用近紅外光源補光。
  • 支持日夜模式自動切換、背光補償、寬動態
  • 內置高性能嵌入式處理器,采用高效率H264壓縮算法,視頻清晰、實時、流暢
  • 支持雙碼流,充分滿足實際應用中不同的網絡帶寬環境
  • 全面支持ONVIF、GB/T28181,提供SDK,可對接國內外主流監控平臺
  • 精密電機驅動,反應靈敏,運行平穩,圖像無抖動
  • 人性化設計,智能化程度高,斷電記憶、變焦變速
  • 采用高性能散熱體系,有效降低內部溫度,提高穩定性
  • IP65防護等級,防雷、防淋雨,適用于各種復雜環境

系統通訊

前端一體化智能攝像機信號通過光纖傳輸設備實時傳輸至監測中心。

前段的視頻信號通過信號線傳至壩體總設備箱,通過交換機把所有視頻信號進行匯聚后,再經由光纖收發器的轉化,傳至監測中心。

供電方式

視頻監控系統圖

  • 一體化攝像機采用直流24V供電 ,光纖收發器采用交流220V供電。
  • 接入方式,就近取電,接入最近的測點設備箱。
  • 電源線鋪設,采用架空和地埋相結合的方式鋪設。

現場防雷措施

1.電源防雷:接在設備前端并與地網連接。

2.防直擊雷:攝像機立桿均安裝避雷針,攝像機立桿高度為4.5米,直擊雷防護采用60cm的避雷短針1根。避雷針接地母線引至接地網,通過地網(地網建設方式見3.9)將電流釋放到大地。

監測中心

監測中心功能綜述

從尾礦庫數據采集點傳回的數據在此匯總。傳回的數字視頻信號存儲在視頻存儲設備,通過視頻管理機進行遠程視頻管理和控制大屏幕顯示視頻;前端傳回采集數據自動存儲在數據服務器;通過尾礦庫安全監測系統軟件對全系統進行統一的數據管理,進行各種圖形報表的匯總打印、報警信號的處理、安全警戒值的設定等。

機房及監控室布置平面圖此為示例圖具體依實際為準

監測系統采取機柜集中布局方式以減少系統初始安裝的成本,這樣能合理分配有限的機房的空間、降低系統維護的復雜程度,使故障排除變得更簡單。

機房配備1個電視墻,可提供的19英寸的標準機架空間,容納視頻處理、信號傳輸、數據存儲、網絡交換設備。

主要包含:pdu電源模塊2套,數據存儲服務器1臺,視頻存儲服務器1臺,19英寸理線器兩個,控制臺主控制器一臺,視頻增益分配器2臺。

電視墻由兩臺55寸的液晶大屏幕組成。顯示監控點的實時圖像及采集分析后的數據。

 

3.8尾礦庫在線安全監測系統軟件簡介

系統管理

1)操作管理:對操作人員進行基本的管理,操作人員密碼修改等。

2)權限管理:系統管理、數據查詢、查看數據圖形化分析、預警管理等。

3)預警管理:對浸潤線、庫水位、干灘長度、位移、降雨量等的報警值的設置。

4)監測設備管理:對所有監測設備的參數、初值、進行設置。

5)視頻管理:對視頻相關參數的設置修改。

?數據采集(實時在線采集)

主要功能:監測數據采集、存儲。

監測數據:表面位移、內部位移、浸潤線、庫水位、干灘、降雨量。

1)浸潤線數據采集

浸潤線是指土體中滲流水的自由表面的位置,在縱斷面上為一條曲線。采集到數據存儲到數據庫同時并以圖形化顯示。

圖 ?浸潤線監測軟件圖

2)庫水位數據采集

通過采集得到滲壓計到水面的距離計算出庫水位高程并存儲到數據庫同時以圖形化顯示。當庫水位值超過預警值,軟件自動報警

3)干灘長度

通過采集到干灘高程變化數據結合庫水位高程計算出長度取最小一個為干灘長度并存儲到數據庫同時圖形化顯示。

庫水位、干灘長度監測軟件圖

4)內部位移

內部位移包括水平與豎向位移。監測的目的是掌握沉降規律和分析穩定與安全狀況。軟件通過采集測斜儀的數據得到位移量并存儲到數據庫同時圖形化顯示。

內部位移監測軟件圖

5)外部表面位移數據采集

利用三維坐標測得各測點的位移量和位移方向,對各點位移進行反映。

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6)降雨量數據采集

庫區降雨量是影響尾礦庫安全的重要因素。安裝雨量計獲取降雨量數據,存儲到數據庫并顯示曲線變化圖。

數據查詢

可根據不同時間段、也可進行綜合數據查詢??缮筛黝悎蟊砑按蛴?。

報警

將報警通過畫面、手機短信等通知相關人員。

地網施工

  • 戶外設備需要就近引接地線至附近地網接地,建造獨立地網,地網方案如下:

專用地網接地體采用16平方接地母線。

  • 地網施工程序:

施工前首先要充分了解施工現場的地形地貌、地質結構,然后根據方案設計和現場情況定出各處接地極的孔位和連接導體溝槽,再進行施工安裝。注意避開電纜溝、管道和其它導電裝置。

A.挖溝:合理使用挖掘工具,采取逐層下挖法,溝槽寬度以能挖深為宜。

B.連接:把安裝好的接地模塊的接地極接地母線連接起來,形成網狀。

C.引入:將接地系統接到立桿底座。

D.回填:先填凈土,逐層夯實,整理好路面。

  • 接地模塊

A.接地模塊根據現場情況可采用垂直埋置和水平埋置兩種,埋設深度根據現場情況而定;

B.模塊在埋設時其間距不小于2m(根據現場實際情況可適當的調整);

C.地模塊在回填時應加入適量水并分層夯實以保證其與大地緊密接觸,待其充分吸濕后測量接地電阻。

  • 簡圖:

  • 降阻劑施工示意圖:

 

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