浅谈尾矿库自动化监测系统数据采集及通讯

赵炯亮

（中冶北方（大连）工程技术有限公司，辽宁省 大连市 116622）

依据GB51108-2015 工程技术规范，尾矿库安全监测项目应根据尾矿坝筑坝方式分成湿排尾矿库和干式堆存尾矿库，设计等别均为一至五等，其中，一等至三等库应设计自动化安全监测项目系统。

尾矿库自动化在线监测对象主要为尾矿坝、库区及排洪设施，其系统是对监测项目内的各个检测设备（表面及内部位移、浸润线、干滩、库水位、降雨量、视频监控等）对尾矿库重要运行数据实时采集，经由通讯接口，将数据通过光纤、无线网桥等方式传送至数据中心，经数据中心的服务器数据处理，将之转化为直观的图像或预警信息，方便第一时间对数据的异常得到警示，保障尾矿库安全运行。

1 监测仪器主要技术指标

考虑平台的整体融合度和监测系统的完整性，选定监测仪器设备及技术指标如表1。

2 主要自动化在线监测项目数据采集及通讯方案

在尾矿库库内利用布置的监测仪表及传感器进行工程测量、数据采集，通过网络通讯及计算机技术将数据传输、监测、监控、分析及预警。

尾矿库自动化在线监测项目应契合的要求如下：

（1）应兼容模拟量信号及数字量信号的监测仪器仪表；

（2）平均无故障时间不应小于180 天；

（3）数据采集缺失率不应大于2%；

（4）瞬态电位差应小于1000 W；

（5）防雷电感应不应小于500W；

（6）现场监测设备失电运行时间不应小于72h；

（7）单点采集时间应小于30s；

（8）巡测时间不应大于30min；

（9）工作环境应适用当地气候；

（10）交流供电电源应为220V±20V、50HZ±1HZ 或直流供电电源5 ～24V；

（11）数据中心接地电阻不应大于4 欧姆，库区监测设备接地电阻不应大于10 欧姆。

表1 监测仪器主要技术指标

2.1 表面位移监测子系统数据采集及通讯

采用GNSS 技术对表面位移监测进行实时自动化在线监测，应用COM 口数据输出，经过串口转换器转换成RS485 信号，通RS485 专用数据通讯线缆 、无线组网方式等方式将数据传送至数据中心，再通过光纤传送至监控中心。

2.2 内部位移监测子系统数据采集及通讯

内部位移监测分为内部水平位移与内部竖向位移监测，分别采用固定测斜仪和电磁沉降仪对坝体内部进行自动化在线监测，每个测量点通过RVSP—4 X 0.75、铜编织屏蔽+铝箔屏蔽、2 股双绞线连接和采集仪相连来实现数据的采集。采集仪输出为RS485，通过RS485 专用数据通讯线缆将数据传送至数据中心，再通过光纤传送至监控中心。

2.3 外坡比监测子系统数据采集及通讯

外坡比监测是利用表面位移监测点设置坝体堆积坝外坡比，其数据通讯为表面位移监测通讯方式。

2.4 浸润线监测子系统数据采集及通讯

采用VWP 型振弦式渗压计，进行自动化在线监测。渗压计传感器使用RVVP4×0.35+1×0.35 水工通讯线缆连接至数据采集仪，采集仪输出为RS485，通过RS485 专用数据通讯线缆传送至数据中心，再通过光纤传送至监控中心。

2.5 干滩监测子系统数据采集及通讯

利用超声波物位计，在设定的监测点立杆进行自动化在线监测。超声波物位计输出的是GPRS 信号，经串口网关转换为TCP/IP 信号，再由无线网桥将数据传输至数据中心。

2.6 库水位监测子系统数据采集及通讯

利用超声波或雷达的液位检测仪表对库水位进行自动化在线监测。超声波液位计输出为RS485 信号，经串口网关转换为TCP/IP 信号，再由无线网桥将数据传输至数据中心，再通过光纤传送至监控中心。

2.7 视频监测子系统数据采集及通讯

视频监测采用高清红外网络球机，摄像机支持TCP/IP经光纤把视频信号传输到监控中心大屏幕。摄像机主要参数应满足下列要求：

（1）200 万像素；

（2）红外夜视距离：100m；

（3）20 倍光学变倍，16 倍数字变倍；

（4）防雷、防浪涌、防突波，IP66 防护等级；

（5）支持以太网控制；

（6）水平方向360 度连续旋转，垂直方向负15 度、负90 度，无监视盲区；

（7）供电：220 伏交流电源。

2.8 降雨量监测子系统数据采集及通讯

利用翻斗式雨量计对降雨量进行在线监测，雨量计布置在值班室的房顶。顶部设置避雷针，并设置相应接地极方式防护直击雷，信号传输设备加装信号隔离器防止感应雷击造成损坏。

2.9 监控中心

监控中心由服务器、监测站、在线监测软件、硬盘录像机、UPS 电源、大屏幕、交换机网络柜及其他硬件设备等组成。数据中心对所有子系统所采集的数据进行处理，将之转化为直观的图像或预警信息，并存储备份到服务器上。

3 发展方向

3.1 建立尾矿库安全监测云平台

随着云计算和服务的成熟和完善，尾矿库安全监测可以将所有的系统部署到云端。安全监测云平台基于云计算技术进行构建，其系统构架如下图所示：

图1 平台构架

现场传感器采集数据后后送到安全监测云数据库，尾矿库生产管理部门通过安全监测云平台对监测信息进行分析，指导现场生产。同时，安全生产监督管理部门可以通过网页对安全监测数据进行浏览、访问。云平台分析，报警信息也可以通过应用软件发送到各方。在必要的时候，可以求助专家系统进行技术支持。

3.2 增加手机app 进行查询和监测

云平台提供了数据和互联网基础，可利用手机app 对尾矿库安全监测的数据进行查询和监测。手机app 程序相对于传统的PC 机应用程序以及网页程序具有安装便捷、可随身携带、随时随地地传达和接纳信息的优势，尾矿库安全监测平台的各级使用者可实现移动办公，不必固守电脑前，大幅度地提高了工作效率，降低了人工成本。

3.3 增加安全监测报警的短信通知和消息推送

在云平台增加应用程序提供短信通知和消息推送的服务，在传统的声光报警外，提供了手机短信报警、电子邮件报警、手机APP 消息报警，将警报信息推送至相关人员，以便及时采取措施，防范安全事故的发生。

4 结语

尾矿库安全稳定性是矿山安全的重要内容之一，也是监测监控的重点内容。随着矿业的发展，尾矿库的安全事故的频发，更能体现出尾矿库安全在线监测系统预警信息的重要性，避免因事故造成生命财产的危害，对人身安全、财产的损失及环境保护具有经济和社会效益。