尾矿库在线监测方案

工程编号：

尾矿库在线监测系统

设计方案

上海华桓电子科技有限公司 提交日期：二○一二 年十月

尾矿库在线监测系统

设计方案

负 责 人： 项目负责人： 方案设计： 参与人员：

上海华桓电子科技有限公司 提交日期：二○一二年十月

目 录

一、项目概况 .......................................................................................................... - 1 -

1.1建设单位概况 ............................................................................................. - 1 - 1.2 设计范围..................................................................................................... - 1 - 1.3项目交通位置 ............................................................................................. - 1 - 1.4尾矿库基本情况 ......................................................................................... - 1 - 1.5尾矿库周围环境 ......................................................................................... - 1 - 二、设计总体思路 .................................................................................................. - 1 -

2.1设计依据 ..................................................................................................... - 1 - 2.2设计基本原则 ............................................................................................. - 2 - 2.3设计总体目标 ............................................................................................. - 2 - 三、尾矿库在线监测系统设计 .............................................................................. - 4 -

3.1 尾矿库在线监测系统一期工程设计 ........................................................ - 5 - 3.2尾矿库在线监测系统二期工程设计 ....................................................... - 26 - 3.3在线监测系统管理 ................................................................................... - 32 - 3.4监测资料的整编与分析 ........................................................................... - 34 - 3.5供电系统 ................................................................................................... - 36 - 四、尾矿库在线监测系统造价估算表 ..................................... 错误！未定义书签。

尾矿库在线监测系统方案设计

一、项目概况 1.1建设单位概况

1.2 设计范围

据业主委托，本项目仅针对XX尾矿库在线监测进行方案设计。

1.3项目交通位置

1.4尾矿库基本情况

1.5尾矿库周围环境

二、设计总体思路 2.1设计依据

? 《尾矿库安全监督管理规定》国家安全生产监督管理总局令第38号； ? 《尾矿库安全监测技术规范》AQ2030-2010 ? 《尾矿库安全技术规程》AQ2006-2005； ? 《选矿厂尾矿设施设计规范》ZBJ1-90； ? 《尾矿设施施工及验收规程》S5418-95 ? 《土石坝安全监测技术规范》SL551—2011 ? 《降水量观测规范》SL21-2006

- 1 -

尾矿库在线监测系统方案设计

? 《岩土工程勘察规范》GB50021-2001 ? 《岩土工程监测规范》YS5229-96 ? 《碾压式土石坝设计规范》DL/T5395-2007 ? 《压式土石坝施工规范》DL/T5129-2001 ? 《工程测量规范》GB50026-2007

? 《全球定位导航系统测量规范》GB/T 18314-2001 ? 《国家三、四等水准测量规范》GBl2898-91 ? 《国家一、二等水准测量规范》GB12897-91 ? 《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB 50204-2002 ? 我院与建设单位签订的设计合同； ? 建设单位提供的与本工程有关的资料。

2.2设计基本原则

（1）要求尾矿库监测系统具有先进性，实用性和可操作性，还需考虑具有良好的扩展性，同时还要兼顾项目投资经济性。

（2）充分考虑工程的实际特点，合理设置监测项目，系统要能有效、准确地反映尾矿库的运行状态。

（3）要求尾矿库监测系统能及时发现尾矿库异常迹象的能力，配置必要有效的分析处理软件，及时把握尾矿库的发展变化趋势。

（4）要求尾矿库监测系统具有预警发布能力，为各级安全生产管理提供实时信息服务。

2.3设计总体目标

（1）实现对尾矿库相关运行数据的实时采集、传输、计算、分析，实时掌握尾矿库整体运行的安全状态。

- 2 -

尾矿库在线监测系统方案设计

（2）直观显示各项监测、监控信息数据的历史变化过程及当前状态，为矿区安全生产管理人员提供简单、明了、直观、有效的信息参考。 （3）一旦尾矿库出现紧急异常情况（如库水位超水位、干滩长度小于汛限长度、坝体位移或位移速率超过警界值、坝体浸润线异常超高、坝后渗流量异常超高等），系统能及时发出预警信息。

（4）能实现尾矿库安全监测系统的远程登录、远程访问、远程管理、远程控制和远程维护。

（5）实现多级管理平台工作模式，可方便实现尾矿库安全监测信息在库区监测站、矿区监测中心站、矿所在集团公司管理站、矿所在县、市、省安全生产主管部门等多级管理与信息共享。

- 3 -

尾矿库在线监测系统方案设计

三、尾矿库在线监测系统设计

尾矿库属三等尾矿库，根据《尾矿库安全监测技术规范》AQ2030-2010的要求，应安装尾矿库在线监测系统，在线检测系统为库区人民生产生活提供预测预警数据，为用户组织抢险，疏散地质灾害影响区域人群赢得时间，减少事故伤亡和财产损失，加强对地质灾害安全隐患治理。系统的建设符合国家和省有关标准和规定的要求。

本次尾矿库在线监测系统设计内容主要包括位移监测、岸坡监测、渗流监测、干滩监测、水位监测、降水量监测、视频监控、机房建设等部分。

尾矿库为已建设项目，在线监测系统拟一次性设计，分二期建设，一期工程针对目前已经形成坝体、排水斜槽进行建设，监测内容包括坝体内部位移监测、岸坡位移监测、水位监测、浸润线监测、降水量监测、视频监控及机房；二期工程主要针对拦渣坝及升高部分的坝体进行建设，监测内容包括拦渣坝表面位移监测和升高部分的坝体内部位移监测、浸润线监测等进行建设。

在线监测系统监测项目与精度及监测点布置位置见下表 在线监测系统监测项目与精度一览表

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 项目名称 降雨量监测 库水位监测 浸润线监测 干滩监测 岸坡位移监测 内部位移监测 表面位移监测 视频监控 监测内容 库区雨量 库内水位 浸润高度 滩顶高程 岸坡表面 坝体内部变形 坝体表面位移 各部位视频监控 精度要求 ±0.2mm <20mm <20mm <20mm 水平±3mm 2mm 水平±3mm，垂直±3mm 夜视效果良好 备注 在线监测系统监测点布置汇总表

- 4 -

尾矿库在线监测系统方案设计

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 监测断面合计数 降雨量 / 库水位 / 干滩监测 2 浸润线 1 岸坡位移 / 表面位移 4 表面、岸坡位移基准 / 内部位移 2 视频监控 / 监测项目 监测垂线合计数 / / / 3 / / / 6 / 测点合计数量 1 1 2 3 2 4 1 24 6 一期工程 1 1 2 3 2 0 1 18 6 二期备注 工程 0 0 0 0 0 4 0 两期共用 6 0 3.1 尾矿库在线监测系统一期工程设计

3.1.1位移监测

根据《尾矿库安全监测技术规范》AQ2030-2010的规定，位移监测包括坝体的表面位移、内部位移及岸坡监测。

岸坡位移为岸坡水平位移监测；内部水平及竖向位移监测结合布置；岸坡监测以表面监测为主。

监测基点设在稳定区域内，测点与岸坡牢固结合。基点及测点均设有保护装置。

3.1.1.1岸坡位移监测 （1）岸坡位移监测方法

岸坡位移监测用的平面坐标及水准高程，应与设计、施工和运行诸阶段的控制网坐标系统相一致。本工程拟采用GPS自动化监测方式对岸坡位移进行实时自动化监测，各GPS监测点与参考点接收机实时接收GPS信号，并通过数据传输网络实时发送到控制中心，控制中心服务器GPS数据处理软件实时差分解算出各监测点三维坐标，数据分析软件获取各监测点实时三维坐标，并与初始坐标进行对比而获得该监测点变化量，同时分析软件根据事先设定的预警值而进行报警。

- 5 -

尾矿库在线监测系统方案设计

岸坡位移监测断面选在地基工程地质变化较大的地段及运行有异常反应岸坡处。

基点布设在岸坡坚实土基上。

GPS表面位移监测的误差水平为±3mm。 （2）岸坡位移监测设置

根据《尾矿库安全监测技术规范》要求，结合尾矿库的实际情况，设计尾矿库两侧山坡设2个监测点，左岸山坡1个监测点，右岸山坡1个监测点，值班室附近1个GPS监测基站。监测点位于边坡较陡处，监测基站设置在值班室周边的山坡上的坚实土基上，共设置3台GPS。

GPS监测基站即为连续运行参考站，它是整个尾矿库坝表面位移监测的基准框架，一般一个GPS参考站能够覆盖1km以内的监测点，鉴于尾矿库的情况，设置一个参考站即可，为了保证监测系统稳定可靠，参考站需定时统一和矿区控制点进行联测，以实现监测坐标与矿区坐标的统一，同时校准参考点是否会发生位移。

岸坡位移监测位置示意图

（3）岸坡位移监测报警值

- 6 -

尾矿库在线监测系统方案设计

根据尾矿库岸坡实际情况岸坡位移历史观测数据，进行坝体表面位移报警值设计。

岸坡位移报警值表

监测参数 平面位移 垂直沉降 1级报警值 15mm 20mm 2级报警值 25mm 30mm 3级报警值 30mm 40mm （4）岸坡位移监测设备选型

根据尾矿库岸坡实际情况，尾矿库两侧山坡位移监测系统应采用目前较为先进的设备，配以方便灵活的通信方式，包括串口、以太网、无线等接口。产品采用宽温、全封闭式设计，可有效的实现抗高温、防尘、防电磁干扰、防腐蚀等，使产品可在恶劣的现场环境下稳定工作。

GPS监测基站设备技术参数需满足： ? 水平精度＜3mm ? 可靠性>99.9% ? 远程控制

? 接口防雷设计，整机工业级标准 ? 防腐,抗老化性能佳,寿命长

? 在高温等恶劣环境中使用性能更加突出

? 监测设备的数据输入输出均为数字信号，串口服务器将数字信号转换为电信号。

（5）岸坡位移监测系统防雷设计

岸坡位移监测系统采用避雷针进行直击雷防护，使用电源避雷器、通讯电缆防雷器实现对感应雷的防护。

直接雷电防护采用装设避雷针保护，要求避雷针与被保护物体横向距

- 7 -

尾矿库在线监测系统方案设计

离不小于3m，避雷针高度根据设备情况按照“滚球法”确定。

监测设备采用金属机柜屏蔽感应雷，电源部分加装防雷插座和单项电源避雷器。通讯线路防雷保护采用在通信线路两端分别加装防雷器，一端靠近传感器，避免由于感应雷造成的电流对传感器的损害；另一个防雷器尽量靠近数据处理设备。

所有避雷器的接地端与避雷网连接，连接处采用涂抹防锈漆等手段保证导电，接地电阻不大于10欧姆。 （6）岸坡位移监测系统接地设计

接地网选用3根50×50×5mm热镀锌角钢为垂直地极L=2.5米，以25×4mm热镀锌扁钢互连，垂直地极埋地深度>1米。避雷针基座为500×500×60mm钢筋混凝土，由地网引两根25×4mm热镀锌扁钢与基座连接（连接处必须为焊接）。接地电阻要求不大于10欧姆。 （7）岸坡位移监测工程设备清单：

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 名称 GPS卫星接收主机 GPS卫星接收天线 数据采集模块 天线保护罩 GPS避雷网 GPS机柜 GPS观测墩 避雷针 光端机 电源线 光缆 配套 配套 配套 一路485接口 RVV3*2.0 GYXTW-8B 规格 分辨率：垂直3-5mm，水平1-3mm 单位 台 台 台 个 个 个 个 根 对 米 米 数量 3 3 1 3 3 3 3 3 3 700 700 3.1.1.2内部位移系统监测方法

首先在尾矿坝设定位置钻孔，在土质比较坚硬的部位钻孔，钻孔深度

- 8 -

尾矿库在线监测系统方案设计

强风化花岗斑岩即可，然后在钻孔中装入倾斜仪传感器，把最下面点作为固定点，从而监测坝体结构内部的倾斜状态。在钻孔内安装多只倾斜仪可以更加准确的监测坝体内部变形情况。位移采用的计算公式为：S=（X-Y）*G+K*(Z-H)。

其中S为位移变化量；X为初始仪器读数；Y为当前读数；G为设备提供的仪器系数，出厂后标定后得到；K为传感器修正系数；Z为初始温度；H为当前的温度。一般情况下，测量的温度系数很小，温度的影响可以忽略不计。

测点间距为25米，每个监测断面上布设3条监测垂线，每条监测垂线上布置3个测点，最下一个测点应置于坝基表面。 （2）内部位移监测设计

根据《尾矿库安全监测技术规范》要求，结合尾矿库的实际情况，设计在坝体中心最大剖面处（该剖面也为坝体最大受力点）和坝体两侧设置内部位移监测剖面。在坝顶剖面上布设2个断面，每个断面设置3个条监测垂线，每条监测垂线布设3个测点。

内部位移监测示意图

（3）内部位移报警值设计

根据尾矿库实际情况及筑坝材料、筑坝工艺、排矿工艺、坝体位移历

- 9 -

尾矿库在线监测系统方案设计

史观测数据，进行坝体内部位移报警值设计。

内部位移报警值表

监测参数 内部位移 1级报警值 10mm 2级报警值 15mm 3级报警值 20mm （4）内部位移设备技术参数

根据尾矿库实际情况，并参照《尾矿库安全监测技术规范》，采用HC-5100固定式测斜仪。

技术参数满足： ? 类型：重力感应式

? 精度：0.1% 量程：100mm

? 数据传输方式：坝体内部位移传感器为本身防雷的重力感应传感器，并采用光缆进行数据传输至值班室监控中心服务器。 （5）内部位移设备防雷设计

内部位移监测系统采用避雷针进行直击雷防护，使用电源避雷器、通讯电缆防雷器实现对感应雷的防护。 （6）内部位移工程设备清单

序号 1 2 3 4 5 6 7 名 称 固定式测斜仪 数据采集模块 测斜管 测斜仪连接杆 专用防水接头 钻孔施工 光端机 规 格 分辨率：1mm 单孔测点3点 16通道 PVC 定制（不锈钢） 一路485接口 单位 台 台 米 米 套 米 对 数量 6 3 300 300 18 300 3 - 10 -

尾矿库在线监测系统方案设计

序号 8 9 10 11 12 13 14 备注 名 称 防护箱 线路避雷器 光缆 防水电缆 测量保护墩 防护箱保护墩 接地保护网 规 格 单位 台 台 米 米 个 个 套 数量 3 12 2000 2800 6 3 6 在坝体内埋设电缆管和数据线，应预留二期坝体增高的长度。 3.1.2渗流监测

（1）渗流系统监测方法

采用振弦式渗压计，通过在坝体里钻凿钻孔，把渗压计放置在钻孔里（与测压管结合使用）。通过测量渗压计的压力，再转化为水头高度（高程），结合安装深度以及孔口高程即可得到坝体或者绕坝的浸润线高度（高程）。测量精度取决于渗压计的精度，误差小于10mm。

浸润线高度=安装仪器高+渗压计测量高度

监测横断面选在有代表性且能控制主要渗流情况的坝体横断面以及预计有可能出现异常渗流的3个横断面，并与位移监测断面相结合。

监测横断面上的测点布置，根据坝型结构、断面大小和渗流场特征确定。在坝体下游坡面高差25m布设1条铅直线，共布置3个测点，埋深应参考实际浸润线深度确定。 （2）渗流监测设计

浸润线位置一般选择在内部位移监测点附近，一般设计3个监测断面，需要钻孔深度一般为见水2米以下。

- 11 -

尾矿库在线监测系统方案设计

尾矿坝浸润线设计示意图

根据《尾矿库安全监测技术规范》要求，结合尾矿库的实际情况，设计在坝体布设1条监测断面，监测断面上布设3条铅直线，每条条铅直线布设1个测点，即现有坝体标高300.8m、275m及250m处，共布设3个监测孔。

（3）浸润线报警值

根据现状实测浸润线高度，本方案的浸润线孔位自上而下埋深分别为20m，23m，25m。浸润线的三级报警依次设置为：

浸润线报警值表

监测参数 浸润线 1级报警值 16m 2级报警值 13m 3级报警值 10m （4）渗流监测设备技术参数要求

根据尾矿库实际情况，并参照《尾矿库安全监测技术规范》，采用振弦式渗压计技术参数需满足：

? 设备类型：振弦式 ? 量程：0-350KPa ? 精度：<0.3%F.S

- 12 -

尾矿库在线监测系统方案设计

? 灵敏度：0.05%F.S

? 数据传输方式：直接采用的坝体浸润线传感器为本身防雷的光纤式传感器，并采用光纤进行数据传输至值班室监控中心服务器。 （5）渗流监测设备防雷设计

渗流监测设备采用避雷针进行直击雷防护，使用电源避雷器、通讯电缆防雷器实现对感应雷的防护。 （6）渗流监测工程设备清单

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 备注 名称 渗压计 渗压计采集模块 渗压管 专用防水接头 钻孔施工 防护箱 光端机 线路避雷器 传感器保护墩 信号线 规格 振弦式，量程：0.2MP 单位 台 台 米 套 米 个 对 个 个 米 数量 3 1 80 3 80 3 1 3 3 2200 在坝体内埋设电缆管和预留足够长数据线，以备二期加高时使用。 3.1.3干滩监测 （1）干滩监测方法

由于干滩监测要具有非接触式要求（滩内有时无法安装，而且安装设备会自动沉降，影响监测结果），故采用激光测距仪结合角度测量仪来监测干滩的设备，该设备具有非接触式，测量精度小于3mm，结合库水位数据可实时得到滩顶高程、安全超高、干滩坡度和最小干滩长度。

- 13 -

尾矿库在线监测系统方案设计

监测原理与下所示：

干滩监测示意图

在干滩测量立杆顶部固定角度安装测距传感器(竖直角分别为0°,30°，60°)，根据传感器所测准确距离通过三角形正弦/余弦定理即可计算出准确的干滩监测结果，如滩顶高程、干滩坡度、干滩长度。计算公式如下：

22L=LL2*LL**cosa1a+b-ab1 22L=LL2*LL**cosa2a+c-ac2 P=arcsin(L/(L/sin)a)1b11

P=arcsin(L/(L/sin)a)2c22

°P=(P+P)/2-9012

°L=(PP-s)/cos(90-P)d

Ht=Pd-Ha

其中，Ha、Hb、Hc三个传感器测量结果，Ps、Pd为立杆底部、顶部高程，Pd为库水位高程，a1和a2分别为传感器安装垂直角度。Ht、P、L分别为滩顶高程、干滩坡度、干滩长度。

干滩监测精度计算：

? 干滩坡度测量精度（测距仪测量精度）：±2mm

- 14 -

尾矿库在线监测系统方案设计

? 干滩长度监测精度：0.8m

? H1测量误差2：高程起点误差2+库水位测量误差2+滩顶高程测量精度2，即，H1测量误差=

? Sx=

=52.23mm

，对根公式进行全微分，根据误差传播

理论，代入已知量（s。， s1，a）便可算出Sx边长的误差值。

? 同理，便可根据公式：H12+Sx2-2H1×SxCosb=S12，便可得出角度b的误差值，从而根据滩顶高程与库水位高差差算出干滩长度：公式为L=H1÷Cosb，同理微分便可得到L的误差，即精度。

? 经过计算为：0.8m （2）干滩监测设计

根据《尾矿库安全监测技术规范》要求，结合尾矿库的实际情况，设计对尾矿堆积坝形成的干滩进行监测，共设置2条干滩监测剖面，然后在监测剖面线上坝顶部安置监测仪器，此位置随坝体的不断上升而移动。在尾矿库堆积坝顶的位置放置2台监测仪器，位置是在滩顶高程低处，与水线最近接触。 （3）干滩监测报警值

干滩长度报警值表

监测参数 干滩长度 1级报警值 70m 2级报警值 50m 3级报警值 35m （3）干滩监测设备技术参数

根据尾矿库实际情况，并参照《尾矿库安全监测技术规范》，采用HC-2700激光位移传感器。

技术参数满足：

- 15 -

尾矿库在线监测系统方案设计

? 测距精度小于+/-1毫米 ? 测量速度快，达到3次/秒 ? 量程：0.05－200米 ? 精度：小于+/-1毫米

? 激光类型：635纳米，二级安全 ? 防水防尘：IP54

? 温度范围 操作：-25到+50度 ? 存放：-40到+70度

? 数据传输方式：干滩监测设备输入输出数据均为数字信号，由串口服务器转换为电信号。 （4）干滩监测设备防雷设计

干滩监测系统采用避雷针进行直击雷防护，使用单相电源避雷器、通讯电缆防雷器实现对感应雷的防护。 （5）干滩监测工程设备清单

序号 1 2 3 4 5 6 7 名称 激光位移传感器 数据采集模块 防护箱 线路避雷器 立杆 信号线 电源线 规格 HC-2700(分辨率：1mm) HC-2000 单位 台 台 个 台 根 米 米 数量 2 2 2 2 2 800 800 3.1.4库水位监测方法

在线监测系统中库水位监测可选用多种装置，如渗压计、超声波水位

- 16 -

尾矿库在线监测系统方案设计

计、GPS水位计等各种自动水位测报装置，本方案暂按渗压计设计。

渗压型传感计较适合测量水位变化幅度较大场合。根据具体水位情况，水位监测设置在库内排水构筑物排水斜槽上。在排水斜槽岸边水域安装渗压计，通过测量渗压计的池水深度来计算库水位高程，其监测原理如下：

库水位高程=仪器低高程+渗压计测量高度

库水位监测示意图

（1）库水位监测设计

根据《尾矿库安全监测技术规范》要求，结合尾矿库的实际情况，保证在洪水位时有足够的最小干滩长度，须严格控制库内水位高度。设计在库区深部澄清水域的岸边布置1个水位监测点。

库水位报警值设计：

库水位3级报警值 = 当前坝高 - 安全超高3级报警值 库水位2级报警值 = 当前坝高 - 安全超高2级报警值 库水位1级报警值 = 当前坝高 - 安全超高1级报警值

备注：本次设计为暂定滩面坡度为2%，但应根据现场实际滩面坡度，按规定要求的最小干滩长度，确定最小安全超高报警值。

- 17 -

尾矿库在线监测系统方案设计

尾矿坝的最小安全超高表

监测参数 滩顶与库水位差 1级报警值 1.4m 2级报警值 1.0m 3级报警值 0.7m 库水位报警阈值表及尾矿坝最小滩长度表

最缓滩面坡度 报警值高差（m） 最小滩长（m） 2% 1.4 70 2% 1.0 50 2% 0.7 35 （2）库水位监测设备技术要求

根据尾矿库实际情况，并参照《尾矿库安全监测技术规范》，库水位所采用的渗压计的技术参数需满足：

? 设备类型：振弦式 ? 量程：0-350KPa ? 精度：<0.03%F.S ? 灵敏度：0.05%F.S

? 设备数据传输方式采用电缆进行数据传输至值班室监控中心服务器。

（3）库水位监测防雷设计

水位监测系统采用避雷针进行直击雷防护，使用电源避雷器、通讯电缆防雷器实现对感应雷的防护。 （4）库水位监测工程设备清单

序号 1 渗压计 名称 由厂家定 规格 单位 台 数量 1 - 18 -

尾矿库在线监测系统方案设计

2 3 4 5 6 7 水位管 渗压计采集模块 线路避雷器 防护箱 传感器保护墩 信号线 PVC 配套 米 台 米 台 个 米 5 1 1 1 1 300 3.1.5库区降水量监测 （1）库区降水量监测方法

采用雨量计进行监测，雨水由承水器收集→经过进水阀→进入贮水室→水位上升→浮子上升→容栅传感器读取数据→微机控制电路输出无源脉冲（每当降雨量0.1毫米时，集电极开路电路导通一次，即输出一个脉冲：宽度320mm，电平由后面连接的采集器输入电路决定）。 如果连续降雨，贮水室的水位继续上升到特定水位的时候，进水电动阀关闭、而后排水电动阀打开，开始放水（放水过程大概12秒钟）；待放水完毕，排水电动阀关闭，同时进水电动阀打开，继续降雨计量。精度为1mm。

雨量计内部结构图

（2）库区降水量监测设计

根据《尾矿库安全监测技术规范》要求，结合尾矿库的实际情况，设

- 19 -

尾矿库在线监测系统方案设计

计在原值班室（现作为监测机房）屋顶上无遮挡的位置布置1台雨量计。通过雨量计自动获取雨量数据，以及根据降雨量的情况预测库水位趋势，绘制历史降雨量曲线图。

根据尾矿库实际情况及气象部门对雨级的划分以及企业安环部管理人员的建议，降雨量报警值按中雨、大雨、暴雨进行设计，依次为：10mm、25mm、50mm。

降雨量报警阈值一览表

监测参数 降雨量 1级报警值 10mm 2级报警值 25mm 3级报警值 50mm （3）库区降水量监测设备技术参数

数字雨量计是通过容栅位移传感器检测降雨量的，由于容栅传感器的分辨率是0.1mm，所以容栅雨量计的计量非常精确。采用上下电动阀控制进水和排水，又使得容栅雨量计在记录降水过程中雨量不流失，从而保证了计量过程的准确性。

技术参数满足：

? 精度最高： 分辨率 0.1mm。

? 容许测量的降雨强度范围最大：国家标准是 0.1mm—4mm/分钟，而容栅式雨量计的最大降雨强度测量可以高达9mm/分钟，从而解决了以往其他遥测雨量计大雨时计量严重失准的弊病。

? 计量误差最小：容栅式雨量计的误差小于± 2%，远低于国家标准±4%，符合国际对雨量计的检测标准。

? 雨量监测设备输入、出数据均为数字信号，由串口服务器转换为电信号。

- 20 -

尾矿库在线监测系统方案设计

（4）库区降水量监测防雷设计

雨量监测系统采用避雷针进行直击雷防护，使用电源避雷器、通讯电缆防雷器实现对感应雷的防护。 （5）库区降水量监测工程设备清单

序号 1 2 3 4 5 名称 数字雨量计 雨量计采集模块 雨量计墩 保护箱 线路避雷器 规格 分辨率：0.1mm 单位 台 台 个 个 个 数量 1 1 1 1 1 3.1.6视频监控

（1）视频监控设置要求

视频监控系统设计对坝坡面、干滩、库水位、出水口、排水斜槽等重要设施进行监控。

本设计工程主要对坝体、排放口、库区全景，排水明渠入水口、排水斜槽入水口及监控机房进行监控。

监控位置：320m值班房附近设置1个（监控点监控整个坝环境情况）、排水斜槽附近设置1个、监控机房内设置1个、坝体下游设置1个、下游出水口1个及尾砂排放口1个，共设置6个视频监测点。

- 21 -

尾矿库在线监测系统方案设计

频监测布置示意图

（2）视频监控设备技术参数

根据尾矿库实际情况，并参照《尾矿库安全监测技术规范》，采用红外一体化高速云台摄像机。

技术参数需满足： ? 夜视距离80m—120m ? 分辨率：不小于600线

? 360度水平回旋镜头，90度垂直镜像

? 寸护罩：防紫外线、防水、耐老化、防酸雨、耐高温、抗腐蚀。 ? 旋转角度：水平 0～360°（可调），垂直90°（不可调），旋转速度。 ? 多个预置位，具预置位巡检功能。

? 镜头控制：光圈、焦距、变焦由监视计算机控制。 ? 云台控制：方位角、俯仰角由监视计算机控制。 ? 工作温度：-35℃-55℃（室外）

? 数据传输方式：串口服务器将数据转换为电信号，再由光电转换器转换为光信号，最后由光纤传输至值班室监控中心。 （3）视频监控防雷设计

系统采用避雷针进行直击雷防护，使用电源避雷器、通讯电缆防雷器

- 22 -

尾矿库在线监测系统方案设计

实现对感应雷的防护。 （4）视频监控工程设备清单

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 名称 硬盘录像机 显示器 硬盘 光缆终端盒 红外一体化高速摄像机 红外恒速摄像机 摄像机电源 线路避雷器 补光灯 支架 视频光端机 视频线 电源线 光缆 规格 16路 27英寸以上液晶 1TB 8口 红外120M 360°球机 三合一 2路带控制接口 75-7 3*1.5 GYXTW-4B 单位 台 台 块 个 台 台 只 台 台 个 对 米 米 米 数量 1 1 2 4 1 5 6 6 5 6 6 400 3000 3000 3.1.7尾矿库在线监测系统软件要求

在线监测系统软件部分包括数据采集、处理软件、数据分析软件，数据采集、处理软件分两个模块。数据采集、处理软件将传感器采集数据接收并保存至数据库，同时将设计的报警限制也保存在数据库，数据分析软件实时比较最新的实时数据和限制的关系，如果超限随即出发声光报警器、短信报警模块、网络报警功能实现多种方式同时报警。

可实现多级管理平台工作模式，可实现尾矿库安全监测信息在库区监测站、矿区监测中心站、矿所在集团公司管理站、矿所在县、市、省安全生

- 23 -

尾矿库在线监测系统方案设计

产主管部门等多级管理与信息共享以及可方便上互联网查阅。

采集软件要求支持GPS、测斜仪、浸润线等监测设备监测数据的采集与数据的上传，同时可以远程控制各监测设备，支持串口、TCP/IP等协议。

GPS数据处理软件支持GPS数据处理，数据处理是尾矿库GPS自动化监测系统的核心组成部分，结果精度的高低关系到对坝体稳定性的判断、分析。包括GPS、浸润线、干滩等各个传感器的采集和接收。

数据采集巡检时间小于30分钟，单点采集时间小于3分钟。 测量周期为10分钟~30天可调。

数据分析软件支持坝体位移、浸润线、库水位等监测模块分析，自动异常报警、自动生成报表等功能。

设备防雷要求：雷感应＜5%，防雷及抗干扰功能。 3.1.8监控机房 （1）监控机房概况

根据《尾矿库安全监测技术规范》要求，结合尾矿库的实际情况，设计在左岸上坡标高325m处设置一机房，建筑面积约为24m2，高3.0m。 （2）监控机房装修要求

地面铺设抗静电活动地板，活动地板地面抬高20cm，楼板考虑防水、防尘、抗静电的处理。吊顶采用塑板材料，墙面刷水泥漆。 （3）监控机房照明系统

机房照明系统依据有关标准规定的要求进行设计，避免直接反射光，避免灯光从作业面至眼睛的直接反射，损坏对比度。机房的照明光线均匀，照明照度应大于300lx，事故照明照度应大于50lx。

坝上照明采用低压电缆供电，左岸岸坡设置泛光灯，功率为2KW，电

- 24 -

尾矿库在线监测系统方案设计

压220V。同时，为了方便夜间放矿管理。 （4）监控机房综合布线系统

要求设置值班通讯电话，预留外部网络接口，综合布线系统全部采用六类UTP布线系统，线缆、模块、线架、跳线均要求使用同一品牌产品。线缆均有镀锌金属槽、管、盒保护。 （5）机房防雷接地系统

配电系统设两级防雷，一级防雷设在电源总配电柜前，用于抵御经一级避雷器消弱后的雷电流，其通流量的设计要求为≥40KA。二级防雷设在重要回路或网络设备插座前，其通流量的设计要求为≥5KA，彻底免除雷电流对网络设备的影响。接地网选用5根50×50×5mm热镀锌角钢为垂直地极（L=2.5米），以25×4mm热镀锌扁钢互连，地极埋地深度>1米。接地电阻不大于4欧姆。机房防雷设施应由县级以上气象站进行防雷接地监测，并出具监测报告。 （6）监控机房设备清单

序号 名称 规格型号 单位 数量 1 2 3 4 5 6 7 8 9 抗静电活动地板 铝合金天棚吊顶 日光灯 应急灯 泛光灯 立杆 电缆 插座 配电箱 钢质600*600*35 600*600*12 2x36W 2KW 4米 空气开关220V*6 m2 m2 台 台 台 根 米 个 台 24 24 4 1 1 5 150 10 1 - 25 -

尾矿库在线监测系统方案设计

序号 名称 规格型号 单位 数量 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 稳压器 UPS电源 接地/防雷系统 空调 灭火器 控制台 交换机 计算机机柜 数据处理/存储服务器 现场操作电脑 声光报警模块 数据库操作系统 三级监测、预警/发布软件 固定电话 大屏显示器 10KA C3KS 2匹冷暖 ABC干粉灭火器2kg 3联 24口 600*950*2000 软件 软件 46寸 台 台 套 台 台 套 个 台 台 套 台 套 套 台 台 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3.2尾矿库在线监测系统二期工程设计

3.2.1表面位移监测

根据《尾矿库安全监测技术规范》AQ2030-2010的规定，位移监测包括坝体的表面位移、内部位移及岸坡位移。

二期位移监测工程主要表面位移和增高部分的内部位移。表面位移包括表面水平位移及垂直位移监测，本工程水平位移及垂直位移监测共用一个测点；内部水平及竖向位移监测结合布置。

监测基点与一期共用，测点与坝体牢固结合。基点及测点均设有保护装置。

- 26 -

尾矿库在线监测系统方案设计

（1）表面位移监测方法

表面位移监测用的平面坐标及水准高程，应与设计、施工和运行诸阶段的控制网坐标系统相一致。本工程拟采用GPS自动化监测方式对坝体表面位移进行实时自动化监测，各GPS监测点与参考点接收机实时接收GPS信号，并通过数据传输网络实时发送到控制中心，控制中心服务器GPS数据处理软件实时差分解算出各监测点三维坐标，数据分析软件获取各监测点实时三维坐标，并与初始坐标进行对比而获得该监测点变化量，同时分析软件根据事先设定的预警值而进行报警。

因本库为中线式尾矿库，堆积坝和初期坝均无法进行表面位移监测，故本次表面位移选择在下游拦渣坝上布点。即监测断面选在最大坝高断面、有排水管通过的断面、地基工程地质变化较大的地段及运行有异常反应处。

拦渣坝间距40m布设一个监测点，基点与一期岸坡监测相同。 GPS表面位移监测的误差水平为±3mm，高程方向为±5mm。 （2）表面位移监测设置

根据《尾矿库安全监测技术规范》要求，结合尾矿库的实际情况，设计尾矿库下游拦渣坝上布设4个监测点，监测基站仍利用原一期岸坡监测的基站。本期共设置4台GPS基站。

GPS监测基站即为连续运行参考站，它是整个尾矿库坝表面位移监测的基准框架，一般一个GPS参考站能够覆盖1km以内的监测点，鉴于尾矿库的情况，设置一个参考站即可，为了保证监测系统稳定可靠，参考站需定时统一和矿区控制点进行联测，以实现监测坐标与矿区坐标的统一，同时校准参考点是否会发生位移。

- 27 -

尾矿库在线监测系统方案设计

表面位移监测位置示意图

（3）表面位移监测报警值

根据尾矿库岸坡实际情况岸坡位移历史观测数据，进行坝体表面位移报警值设计。

岸坡位移报警值表

监测参数 平面位移 垂直沉降 1级报警值 15mm 20mm 2级报警值 25mm 30mm 3级报警值 30mm 40mm （4）表面位移监测设备选型

根据尾矿库实际情况，尾矿库坝体位移监测系统应采用目前较为先进的设备，配以方便灵活的通信方式，包括串口、以太网、无线等接口。产品采用宽温、全封闭式设计，可有效的实现抗高温、防尘、防电磁干扰、防腐蚀等，使产品可在恶劣的现场环境下稳定工作。

GPS监测基站设备技术参数需满足： ? 水平精度＜3mm ? 垂直精度＜5mm

- 28 -

尾矿库在线监测系统方案设计

? 可靠性>99.9% ? 远程控制

? 接口防雷设计，整机工业级标准 ? 防腐,抗老化性能佳,寿命长

? 在高温等恶劣环境中使用性能更加突出

? 监测设备的数据输入输出均为数字信号，串口服务器将数字信号转换为电信号。

（5）表面位移监测系统防雷设计

坝体表面位移监测系统采用避雷针进行直击雷防护，使用电源避雷器、通讯电缆防雷器实现对感应雷的防护。

直接雷电防护采用装设避雷针保护，要求避雷针与被保护物体横向距离不小于3m，避雷针高度根据设备情况按照“滚球法”确定。

监测设备采用金属机柜屏蔽感应雷，电源部分加装防雷插座和单项电源避雷器。通讯线路防雷保护采用在通信线路两端分别加装防雷器，一端靠近传感器，避免由于感应雷造成的电流对传感器的损害；另一个防雷器尽量靠近数据处理设备。

所有避雷器的接地端与避雷网连接，连接处采用涂抹防锈漆等手段保证导电，接地电阻不大于10欧姆。 （6）表面位移监测系统接地设计

接地网选用3根50×50×5mm热镀锌角钢为垂直地极L=2.5米，以25×4mm热镀锌扁钢互连，垂直地极埋地深度>1米。避雷针基座为500×500×60mm钢筋混凝土，由地网引两根25×4mm热镀锌扁钢与基座连接（连接处必须为焊接）。接地电阻要求不大于10欧姆。

- 29 -

尾矿库在线监测系统方案设计

（7）表面位移监测工程设备清单：

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 名称 GPS卫星接收主机 GPS卫星接收天线 数据采集模块 天线保护罩 GPS避雷网 GPS机柜 GPS观测墩 避雷针 光端机 电源线 光缆 规格 分辨率：垂直3-5mm，水平1-3mm 配套 和一期相配套 配套 RVV3*2.0 GYXTW-8B 单位 台 台 台 个 个 个 个 根 对 米 米 数量 4 4 1 4 4 4 4 4 4 1500 1500 3.2.2内部位移观测管监测

（1）内部位移测点布置

根据《尾矿库安全监测技术规范》要求，结合尾矿库的一期工程布置实际情况，二期工程设计在一期每个内部位移监测铅垂线上增设1个测点。 （2）内部位移报警值设计

根据尾矿库实际情况及筑坝材料、筑坝工艺、排矿工艺、坝体位移历史观测数据，进行坝体内部位移报警值设计。

内部位移报警值表

监测参数 内部位移 1级报警值 10mm 2级报警值 15mm 3级报警值 20mm （3）内部位移设备技术参数

- 30 -

尾矿库在线监测系统方案设计

根据尾矿库实际情况，并参照《尾矿库安全监测技术规范》，采用HC-5100固定式测斜仪。

技术参数满足： ? 类型：重力感应式

? 精度：0.1% 量程：100mm

? 数据传输方式：坝体内部位移传感器为本身防雷的重力感应传感器，并采用电缆进行数据传输至值班室监控中心服务器。 （4）内部位移设备防雷设计

内部位移监测系统采用避雷针进行直击雷防护，使用电源避雷器、通讯电缆防雷器实现对感应雷的防护。 （5）内部位移工程设备清单

序号 1 2 3 4 5 名称 固定式测斜仪 数据采集模块 测斜管 测斜仪连接杆 专用防水接头 规格 与一期共用，增设6测点 与一期共用 PVC 定制（不锈钢） 单位 点 台 米 米 套 数量 6 0 110 110 6 3.2.3浸润线观测管监测

本尾矿库为中线法筑坝，坝体外坡面随着坝顶升高而升高，布设在坝上浸润线观测管也需在生产过程不断加高，并加以保护。因此，二期润线观测管监测工程仅增加渗压管，其他设施仍沿用一期工程。 （1）浸润线工程设备清单

序号 1 名称 渗压管 规格 PVC - 31 -

2

浸

单位 米 数量 55 尾矿库在线监测系统方案设计

2 连接杆 定制（不锈钢） 米 55 3.3在线监测系统管理

3.3.1在线监测组织机构

3.3.1.1机构和人员

1）成立专门在线监测系统的专业管理机构，以及其他辅助机构。 2）明确机构主要负责人、专职值班人员、维护人员、数据分析人员、调度指挥人以及负责培训人员等。

3.3.1.2明确机构职责

1）负责监督各监控点监测设备设施的运行情况是否正常，对在线监测网络传输系统、服务器系统、视频监控系统及客户终端机无法正常使用负有管理责任，负责对软硬件的维修、更换工作，负责制定系统的管理标准。

2）负责尾矿库在线监测系统工业自动化技术的结构规划和管理，对系统的改造和项目制作制定方案，提供技术支持。

3）负责对数据服务器的维护管理，每月对网络室各设备、软件功能进行一次专业点检，保证设备正常运行。

4）负责对相关的材料、备件计划进行审核。

5）负责软件安装，操作培训，对作业区进行技术指导。

6）负责无线网桥传输系统、数据采集系统、以及视频监控系统的维护、检修、每月检查维护一次。

7）负责做好软件维护、软硬件版本升级、软件修改和数据修改的管理工作，保证软件系统正常运行。

8）在线监测系统位移、浸润线监测设施加高后，及时进行数据的重新录入及软件修改等重新标定工作。

- 32 -

尾矿库在线监测系统方案设计

9）负责系统用户终端使用权限审批管理。

10）对尾矿作业区监测系统的点检和维护记录每月至少进行一次全面检查，检查结果及时反馈工艺质量科。

11）负责在线监测检测数据异常、监控主机发出报警、预警时，立即以电话形式报选矿车间、矿领导及相关部门，并到现场核对警报的真实性。

12）负责在检测数据异常、监控主机发出报警、预警时，到现场核实，确认检测数据超出安全数据时，提出隐患整改方案。

13）负责制定在线监测操作规程、岗位职责以及规章制度等。 3.3.2监测仪器、设备、设施的管理

3.3.2.1监测仪器、仪表的管理

建立仪器、仪表档案。档案内容包括名称、生产厂家、出厂号码、规格、型号、附件名称及数量、合格证书、使用说明书、出厂率定资料、购置日期、单位使用编号、使用日期、使用人员、发生故障、损伤及维修等。

仪器、仪表在运输和使用过程中，必须轻拿轻放，确保平稳放置，不受挤压、撞击或剧烈颠簸振动。使用时应严格依照厂家提供的使用说明和注意事项。

除埋设在尾矿坝内部的仪器外，各项仪器、仪表均设置在通风、干燥、平稳、牢固的地方，应注意防尘、防潮。

各项仪器、仪表定期保养、率定、校正。用电仪表定期通电检验。 仪器、仪表使用后，进行保养、维护。入水监测的仪具，必须擦净晾干，并涂必要的防护油。

监测中发现异常测值时，在进行复测前，检查仪器、仪表是否正常，使用方法是否得当。

- 33 -

尾矿库在线监测系统方案设计

3.3.2.2监测设备、设施的管理

设置在现场的所有监测设备、设施，都在适当位置明显标出编号；并经常或定期进行检查、维护。如有破损，应及时修复。

所有基点和监测点，都有考证表，并绘制总体布置图。水准基点定期校测。当附近发生地震时，重新引测校核。表面基点和测点，都有相应的保护罩；在工作基点处宜修建监测室。

电传监测设备，定期检查接线是否坚固、电触点是否灵敏、是否有断线、漏电现象，防雷设施是否正常，接地电阻是否合格，电缆是否有浸水、老化、损坏；并及时修复改善，必要时更换新件。对传输电缆应作特殊保护。

及时清除影响测值的障碍物，量水堰及时清洗堰板和清除上下游水槽内的水草、杂物。测压管淤积厚度超过透水段长度的1/3时，进行清淤。

现场自动监测设施或监测站（房），保持各种仪器设备正常运转的工作条件和环境。

在工程除险加固或改扩建中对保留的监测设备，在工程维修施工中对表面监测设备及设施，均妥加保护，保证监测工作能够正常进行。

为保护监测人员在高空、水面、坑道、陡崖、窄道、临水边墙等处安全操作和通行所设置和配置的护栏、扒梯、保险绳、安全带、救生衣、安全鞋帽等，经常检查、维护或更新。

3.4监测资料的整编与分析

每次仪器监测或安全检查后对监测记录进行整理，及时做出初步分析。每年至少进行一次监测资料整编。在整理和整编的基础上，定期进行资料分析。

- 34 -

尾矿库在线监测系统方案设计

尾矿库竣工验收时；尾矿库定期安全检查评价时；尾矿库闭库时；出现异常或险情状态时，进行资料分析，并提出资料分析报告。

资料整理和分析中，发现异常情况，及时做出判断，有问题及时处理上报。

整编成果做到项目齐全、考证清楚、数据可靠、图表完整、规格统一、说明完备。

建立监测资料数据库或信息管理系统。

工程施工阶段和试运行阶段，根据理论计算或模型试验成果，并参考类似工程经验，对一些重要监测项目提出预计的测值变化范围，提出设计监控指标。在尾矿库投入运行后，定期根据实测资料建立数学模型，提出或调整运行监控指标。 3.4.1资料整理和整编

人工监测、在线监测和安全检查均做好所采集数据或所检查情况的原始记录。记录有固定的格式，数据和情况的记载准确、清晰、齐全，记入监测日期、责任人姓名及监测条件的必要说明。

做好原始监测数据中监测物理量的计算、填表和绘图，初步分析和异常值之判识等日常资料整理工作。

监测资料除在计算机磁、光载体内存储外，定期打印主要图表供查用。 每年汛前必须将上一年度的监测资料整编完毕。资料整编包括整理后的资料的审定及编印等工作。

凡历年共同性的资料，若已在前期整编资料中刊印，且其后不再重印时，在整编前言中说明已收入何年整编资料。

- 35 -

尾矿库在线监测系统方案设计

3.4.2资料的分析

资料分析的项目、内容和方法根据实际情况而定，对于坝体位移监测、浸润线监测及安全检查的资料必须进行分析。

资料分析通常采用比较法、作图法、特征值统计法及数学模型法。使用数学模型法作定量分析时，同时用其它方法进行定性分析，加以验证。

资料分析分析了解各监测物理量的大小、变化规律、趋势及效应量与原因量之间（或几个效应量之间）的关系和相关的程度。有条件时，还应建立效应量与原因量之间的数学模型，借以解释监测量的变化规律，在此基础上判断各监测物理量的变化和趋势是否正常、是否符合技术要求；并对各项监测成果进行综合分析，发现尾矿库的异常情况和不安全因素；评估尾矿库的安全状态，预报将来的变化趋势。

资料分析后，提出资料分析报告，资料分析报告的主要内容： 监测设备情况的述评，包括设备、设施的管理、保养、完好率、变更情况等。

安全检查开展情况，主要成果、结论。 监测资料整编、分析情况，主要成果、结论。 对改进安全管理工作和运行调度工作的建议。

通过监测数据整编、分析，为尾矿库设计及安全评价提供可靠依据。 监测报告和整编资料，按档案管理规定，及时存档。

3.5供电系统

在线监测系统设备供电负荷等级为三级负荷。三级负荷供电无特殊要求，只需一路电源进线就能满足要求。在线监测系统电源来自选矿厂，监测系统电设备安全接地系统采用TN-S制。低压出线均装设带过电流保护和电流

- 36 -

尾矿库在线监测系统方案设计

速断保护的空气开关。用电设备电缆选用交联聚氯乙烯铜芯电缆,电线选用聚氯乙烯绝缘铜芯电线。地面线路采用架空线，室内线路为电线穿管或铠装电缆直埋敷设。

- 37 -

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/37xw.html