基于物联网的安全监测系统在鹿鸣尾矿库的应用

孙占研，林长林

（丹东东方测控技术股份有限公司，辽宁丹东118002）

基于物联网的安全监测系统在鹿鸣尾矿库的应用

孙占研，林长林

（丹东东方测控技术股份有限公司，辽宁丹东118002）

尾矿库安全的在线监测是防止重大事故发生有效保障人民的生命财产安全和生态安全重要途径。本文详细介绍了鹿鸣尾矿库监测数据回传的多种通讯方式，以及选择各种回传方式的依据，进一步说明了系统在智慧矿山建设中的重要性。

尾矿库；安全监测；物联网；智慧矿山

随着我国尾矿库数量的日益增多，尾矿库的安全问题也是更为被人们关注。尾矿库管理的完善是保障人民财产安全的重要举措。鹿鸣尾矿库是刚刚建成投入使用的新尾矿库，地形较为复杂，使用单一的通讯方式已经满足不了信号稳定传输的需求，而且鹿鸣矿业公司正在加大发展数字化矿山的力度，因此建立一个基于物联网的尾矿库安全监测系统极有必要。该系统实现了对鹿鸣尾矿库库水位、浸润线、干滩长度、降雨量、库区实时视频等重要数据的统一采集、统一管理。目前，已经投入使用，并稳定运行了5个月，为了监测鹿鸣尾矿库安全启导了重要作用。

1 现场概况

伊春鹿鸣钼矿采选工程尾矿库位于黑龙江省伊春市鹿鸣林场内。包括1＃尾矿库和2＃尾矿库，均为二等库，总服务年限51年（含建设期）。1＃尾矿库位于红旗岗沟北侧（红旗岗北沟），2＃尾矿库位于兴安林场东南侧（兴安东南沟）。

1＃尾矿库由两个紧挨的山谷组成，分别为沟谷Ⅰ、沟谷Ⅱ，两沟谷由中间山梁隔开，山梁中部有一豁口连通两沟谷，总汇水面积为7.50km2，各自汇水面积大致相等，沟谷出口标高为400m，山丘顶部标高为610m，主沟长度为2.90km，平均坡降7.24%。1＃尾矿库库容42 900万m3，服务年限32年。

2 系统设计

2.1 总体设计

鹿鸣尾矿库的在线安全监测系统是智慧矿山的重要组成部分，系统按照设计主要分为现场安全监测系统、通信系统、数据分析系统。

现场监控系统将监测数据通过通信系统回传至数据中心的数据分析系统，经过处理分析，最后形成各项可用数据。

系统主要实现以下几种重要的监测指标：

1）库水位监测

鹿鸣尾矿库水位监测点位置位于溢流井附近，当监测点库水位发生变化时，库水位采集模块将实时的库水位数据通过GPRS方式回传至远端的服务中心，服务中心系统数据分析软件在判断库水位超过预警值时，发出报警信号，并且形成短信报警发送至相关工作人员。

2）降雨量监测

降雨量数据主要用于监测汛期时的降水情况，系统通过安装在调度值班室房顶的雨量计，直接将雨量数据通过网线直接汇总至服务中心，当雨量超过预警值时形成报警信号。

3）坝体形变监测

坝体形变数据是利用GPS卫星的静态监测技术，GPS接收机在接收到坝体形变监测点坐标后，传送至现场的数据采集装置，鹿鸣尾矿库的坝体形变数据通过无线网桥点对点的方式回传至服务中心的数据分析软件，根据多种数据模型计算、分析，最终形成形变结果，存入数据服务器中，当形变数据超过预警值时，形成预警信号。

4）浸润线监测

在坝体上设置多个测压管装置，在测压管装置内安装有传感器，传感器通过现场将数据传送至现场的数据采集装置中，数据采集装置将浸润线数据同坝体位置数据一起通过点对点无线传输方式回传至服务中心的数据分析软件，数据分析软件根据数学模型构建出浸润线的分布图，根据浸润线状态自动判断数据是否发出警报［5］。

5）干滩数据监测

在干滩中安装多个测试干滩斜率的传感器通过光纤传送至数据采集装置，视频监控抓取回的坝体图片，再通过点对点方式将相关数据回传至服务中心的数据分析软件进行图像分析，从而计算出滩顶高程，结合库水位得到干滩长度，当干滩长度超过预警值时自动形成报警信息。

6）视频监测

为了实时掌控尾矿库库区的情况和运行状况以及，鹿鸣尾矿库，在多个重要位置安装有高清摄像头，并且通过点对点传输及光纤实时传送至调度室。

系统实施后，现场采集到的数据通过相应的通信方式实时传送到监控中心计算机系统，监控中心软件系统进行数据计算分析与评价预报，对不安全因素进行及时报告，从而采取相应措施，达到防患于未然［1-4］。

2.2 物联网设计

鹿鸣尾矿库在线安全监测系统的物联网是在多种通讯方式的基础上建设的，保证了网络通讯的稳定性，健壮性。鹿鸣尾矿库库水位观测点地处位置不易于架设光纤和无线点对点回传，坝上宽度较窄，铺设光纤在筑坝时较容易被破坏也不适合架设光纤，视频点可能需要经常移动且需要回传视频图像不适合架设光纤或是GPRS［6］。

在鹿鸣尾矿库主要数据回传采用多种通讯结合回传，主要如下：

1）选厂数据服务中心与尾矿库现场采集装置之间由于距离较远，且传输数据量较大故在选场于尾矿库间铺设光纤进行数据传输。

2）在尾矿库各个传感器和现场数据汇集中心之间，采用无线网络进行通信，其中库水位采集处直视效果差，采用无线点对点传输信号强度达不到要求，故采用绕射能力较好的GPRS通讯。

3）在传输视频监控图像时由于实时画面质量的要求较高，视频监控点分布比较分散而且变动位置的情况较多但是视频点安装胡位置大多又较为开阔，故采用点对点无线回传信息［7］。

4）通信部分是尾矿库安全监测系统的重要环节，负责现场整个安全监测部分与监控中心的数据传输和各级监控中心的逐级数据传输。

3 系统实际应用情况

3.1 系统应用效果

鹿鸣尾矿库安全在线监测系统使用GPS高精度定位系统、实现坝体位移监测水平、沉降相关报表查询打印功能和报警功能以及雨量、库水位、浸润线等多种监测数据；视频控制装置实现360°旋转远程控制，实现远程视频信号的同步传输与控制，

系统结合了GPRS，无线点对点，光纤多种传输方式相结合将相关数据汇总至数据中心。实现了各项尾矿库监测指标的汇总、比对及预警功能，软件界面友好，直观如图1所示。

系统自上线运行以来运行稳定，操作简单，能够直观的监测尾矿库各项指标获得了各使用部门的一致认可。

3.2 监测指标

鹿鸣尾矿库在线安全监测系统，已经过半年的稳定运行，监测数据准确可靠。监测点精度如下：

1）浸润线精度：尾矿库浸润线传感器监测精度小于10mm。

2）表面位置精度：尾矿库表面位置GPS水平精度小于5mm，垂直精度小于8mm。

3）降雨量精度：雨量计精度小于0.1mm。

图1 坝体位移图Fig.1 Dam displacement

4）库水位精度：库水位传感器监测精度小于10mm。

3.3 通信指标

通信指标是整个系统的重中之重，以下是任意选取3条链路所做测试结果见表1。

表1 网络测试表Table 1 Network test table

通过测试说明：

1）无线点对点传输视频，坝体位移、浸润线等数据，网络情况稳定Ping值小于20ms，网络丢包率小于1%。

2）光纤连接选厂数据服务中心与尾矿库现场采集装置，Ping值小于20ms，网络丢包率小于1%。

4 结语

鹿鸣尾矿库在线安全监测系统平台，以物联网、云平台方式可靠的监测尾矿库的安全状况，可实时在线动态的掌握尾矿库的安全现状，很好的解决了尾矿库安全监控处于的被动的状态。该系统的成功应用也为鹿鸣矿业建设智能矿山、智慧矿山打下了良好的基础。

［1］陈善刚，苏 军，袁子清，等.尾矿库安全在线监测技术探讨［J］.有色金属（选矿部分），2011（3）：64-67.

［2］门永生，柴建设.我国尾矿库安全现状及事故防治措施［J］.中国安全生产科学技术，2009（1）：48-52.

［3］丁长州，陈刚华，秦 斌.尾矿库安全监测系统的应用［J］.中国科技博览，2011（18）：99-100.

［4］李辉.尾矿库安全监测技术的探讨［J］.现代矿业，2010（11）：110-112.

［5］李 亮，褚雪松.浸润线深度对尾矿坝稳定性分析的影响研究［J］.中国安全生产科学技术，2011（11）：20-23.

［6］刘 强，崔 莉，陈海明.物联网关键技术与应用［J］.计算机科学，2010（6）：1-4.

［7］雷 霆，谭卓英.基于无线传感网络的尾矿库监测预警系统［J］.金属矿山，2014（1）：125-128.

Application of safety monitoring system based on internet of things in Luming tailings pond

SUN Zhanyan，LIN Changlin
（Dandong Dongfang Measurement ＆Control Technology Co.，Ltd.，Dandong Liaoning 118002，China）

Online safety monitoring of tailings pond is an important way to prevent major accidents and safeguarding the people＇s life and property safety and ecological security.This paper introduces a variety of data communication mode，and the basis of how to choose a variety of data return method in Luming tailings pond，and also shows the importance of system in the wisdom of mine construction.

tailings pond；safety monitoring；internet of things；intelligent mine

TD76

Α

1671-4172（2015）03-0089-03

孙占研（1989-），男，助理工程师，软件工程专业，主要从事数字矿山方面研发工作。

10.3969/j.issn.1671-4172.2015.03.020