程耀靈 劉慈光

(太原鋼鐵(集團(tuán))公司礦業(yè)分公司峨口鐵礦)

峨口鐵礦中線法尾礦庫在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)

程耀靈 劉慈光

(太原鋼鐵(集團(tuán))公司礦業(yè)分公司峨口鐵礦)

根據(jù)峨口鐵礦尾礦庫中線法筑壩工藝特點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，對(duì)該礦尾礦庫在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行了分析，探索了適宜中線法尾礦庫在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用途徑。分別從監(jiān)測(cè)設(shè)施供電技術(shù)、維護(hù)技術(shù)、數(shù)據(jù)通訊傳輸技術(shù)、干灘及庫水位監(jiān)測(cè)技術(shù)、系統(tǒng)軟件優(yōu)化等方面對(duì)該礦中線法尾礦庫在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)分析，供類似礦山參考。

尾礦庫 中線法 尾礦庫在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 數(shù)據(jù)通訊 水位監(jiān)測(cè)技術(shù)

尾礦庫在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)避免了人工監(jiān)測(cè)無法及時(shí)監(jiān)測(cè)、掌握尾礦庫的各項(xiàng)安全技術(shù)指標(biāo)的缺點(diǎn)，提高了尾礦庫安全生產(chǎn)管理水平。峨口鐵礦在上游法尾礦庫在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，針對(duì)該礦尾礦庫中線法筑壩工藝特點(diǎn)，進(jìn)行了系統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)實(shí)踐與探索研究，有效解決了由于壩體升高而導(dǎo)致壩體及沉積灘面不斷上升，致使監(jiān)測(cè)設(shè)施不斷上升移動(dòng)，系統(tǒng)難以穩(wěn)定運(yùn)行的難題，有效發(fā)揮了系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控尾礦庫安全狀況的作用。

1 工程概況

峨口鐵礦牛圈溝第一尾礦庫為山谷型尾礦庫，原設(shè)計(jì)為上游法筑壩，初期壩高67 m，總壩高200 m， 1994年在尾礦庫使用至標(biāo)高1 514 m時(shí)為增加庫容，采用中線法筑壩，最終堆積總壩高為260 m，總庫容達(dá)10 055萬m3。目前第一尾礦庫堆積壩高已達(dá)245 m，其等別為二等庫，為目前國內(nèi)黑色礦山正在使用的壩體較高的尾礦庫之一。

峨口鐵礦尾礦庫在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)始建于2010年，系統(tǒng)架構(gòu)包括：①灘面監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在第一尾礦庫沉積灘面內(nèi)沿垂直于壩軸線方向設(shè)置3個(gè)斷面，每個(gè)斷面布設(shè)2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，共6個(gè)灘面高程監(jiān)測(cè)點(diǎn)，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)利用灘面高程監(jiān)測(cè)儀進(jìn)行高程自動(dòng)監(jiān)測(cè)，并根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的灘頂高程及庫區(qū)水位數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)計(jì)算沉積灘面坡度、庫區(qū)安全超高，并通過終端界面顯示；②浸潤(rùn)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，第一尾礦庫監(jiān)測(cè)點(diǎn)分別布置于垂直于壩軸線方向壩體上的3個(gè)監(jiān)測(cè)斷面上，其中兩側(cè)斷面各設(shè)置3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，中部斷面設(shè)置7個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)安裝浸潤(rùn)線監(jiān)測(cè)管，監(jiān)測(cè)管內(nèi)安裝滲壓計(jì)進(jìn)行壩體浸潤(rùn)線自動(dòng)監(jiān)測(cè)；③水位、雨量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，尾礦庫內(nèi)布置水位監(jiān)測(cè)儀、雨量監(jiān)測(cè)儀各1臺(tái)，定時(shí)向服務(wù)器傳輸水位、雨量等監(jiān)測(cè)信息；④位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，第一尾礦庫利用原有在壩外坡面設(shè)置的人工監(jiān)測(cè)墩，在上部布置GPS位移監(jiān)測(cè)設(shè)施監(jiān)測(cè)壩體外部位移，共設(shè)置3個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，10個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，中間斷面設(shè)置4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，其余2個(gè)斷面各布設(shè)3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在壩體下游庫區(qū)山頂上布設(shè)1個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)；⑤視頻監(jiān)控系統(tǒng)，為直觀監(jiān)控尾礦庫運(yùn)行狀態(tài)，第一尾礦庫庫區(qū)安裝5臺(tái)視頻監(jiān)控?cái)z像機(jī)，從不同角度實(shí)時(shí)監(jiān)控尾礦庫現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行狀況。

中線法筑壩工藝特點(diǎn)決定了在尾礦生產(chǎn)排放過程中，尾礦庫沉積灘面、壩體內(nèi)外坡面均隨著壩體的不斷升高而不斷上升，壩面、灘面的形態(tài)也隨之不斷發(fā)生變化，壩體內(nèi)部沉降、位移及水位的變化也較上游法工藝形成的壩體復(fù)雜。隨著灘面及壩體的不斷升高，各監(jiān)測(cè)設(shè)施位置也需不斷調(diào)整，各監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)據(jù)也需相應(yīng)進(jìn)行不斷校正，難以形成連續(xù)穩(wěn)定的可供進(jìn)行變化趨勢(shì)分析的數(shù)據(jù)庫。因此，從監(jiān)測(cè)方法、監(jiān)測(cè)技術(shù)、監(jiān)測(cè)設(shè)施等方面來講，中線法尾礦庫在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與上游法尾礦庫在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在較大區(qū)別。峨口鐵礦尾礦庫地處高寒山區(qū)，兩岸山體陡峭，庫區(qū)冬季嚴(yán)寒，冰凍期較長(zhǎng)，且中線法壩體無法有效實(shí)施防塵，自然氣候、環(huán)境條件惡劣，對(duì)尾礦庫在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行影響較大，此外，在中線法尾礦庫在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)方面，國內(nèi)成功案例較少。

2 應(yīng)用技術(shù)分析

2.1 太陽能和市電雙供電技術(shù)

傳統(tǒng)上游法筑壩工藝形成的尾礦庫由于各監(jiān)測(cè)設(shè)施(如浸潤(rùn)線、位移等)布置于壩體外坡，隨著尾礦的排入，壩體升高后尾砂筑壩依次于外坡形成梯形平臺(tái)，各平臺(tái)植被覆土后，壩體外坡形態(tài)、斷面固定，在外坡設(shè)置監(jiān)測(cè)設(shè)施位置也固定不變，因此為提高供電穩(wěn)定性并降低系統(tǒng)建設(shè)成本，監(jiān)測(cè)設(shè)施多采用市電供電方式。中線法尾礦庫隨著庫內(nèi)尾礦的逐年排入，壩體頂面、內(nèi)外坡面及沉積灘面均需不斷上升，其形態(tài)及斷面均不斷發(fā)生變化，監(jiān)測(cè)設(shè)施的位置也需不斷升高變化，難以采用市電為監(jiān)測(cè)設(shè)施供電，因此原系統(tǒng)監(jiān)測(cè)設(shè)施除采集室采用市電供電外，其余室外設(shè)施均用太陽能供電。

在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，發(fā)現(xiàn)夏季供電充足，數(shù)據(jù)連續(xù)且穩(wěn)定，但冬季蓄電池儲(chǔ)電不足，數(shù)據(jù)缺失嚴(yán)重，中繼站停電時(shí)全部數(shù)據(jù)均無法返回，系統(tǒng)無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，太陽能供電方式存在的不足較明顯：①光照時(shí)間短，儲(chǔ)電不足，由于峨口鐵礦尾礦壩位于V型溝谷中央，兩岸山體陡峭，溝谷較窄，光照時(shí)間短，特別是冬季太陽照射太陽能板的時(shí)間僅為3～5 h/d，且中線法筑壩工藝由于無法使用抑塵措施，庫區(qū)風(fēng)沙大，太陽能蓄電池光電反應(yīng)差，儲(chǔ)能無法維持監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)備24 h連續(xù)工作，在溝谷中間布置太陽能供電系統(tǒng)存在每日光照時(shí)間不足而引起供電不足、數(shù)據(jù)不連續(xù)等問題；②蓄電池更換成本較高，蓄電池在室外無法進(jìn)行保護(hù)，平均使用壽命僅1 a，電池成本高，且更換困難，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

根據(jù)各監(jiān)測(cè)設(shè)施所處的不同地形條件，對(duì)系統(tǒng)供電技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，采用市電與太陽能雙供電技術(shù)：①位移、灘面監(jiān)測(cè)設(shè)施等現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集設(shè)備位于庫區(qū)溝谷中間，距市電電源較遠(yuǎn)，采用鋪設(shè)高架線市電供電技術(shù)，各測(cè)點(diǎn)距離較近，且線路最大長(zhǎng)度僅1 000 m，壓降小，尾端電壓可保持在220 V以上，可滿足設(shè)備工作電壓需求；②數(shù)據(jù)采集中繼站位于庫區(qū)水面區(qū)浮船泵站附近山坡頂部，不易架設(shè)供電線路，地形開闊，光照條件好，通過增加太陽能板面積和蓄電池容量，可滿足中繼站設(shè)備24 h不間斷工作，故對(duì)數(shù)據(jù)采集中繼站采用太陽能供電技術(shù)。供電系統(tǒng)改進(jìn)后，經(jīng)長(zhǎng)期運(yùn)行測(cè)試，系統(tǒng)設(shè)備工作穩(wěn)定，電壓正常，有效地解決了因光照不足而造成太陽能供電不連續(xù)而導(dǎo)致采集數(shù)據(jù)不連續(xù)的問題，消除了氣候條件對(duì)數(shù)據(jù)采集的影響，提高了數(shù)據(jù)采集的連續(xù)性及系統(tǒng)穩(wěn)定性。

2.2 可移動(dòng)便捷維護(hù)技術(shù)

2.2.1 浸潤(rùn)線監(jiān)測(cè)設(shè)施

峨口鐵礦尾礦庫采用中線法筑壩，其工藝特點(diǎn)決定了隨著壩體的升高監(jiān)測(cè)管也需隨之加高，數(shù)據(jù)采集器位置也需同步升高，而浸潤(rùn)線升高速度滯后于壩體上升速度，為準(zhǔn)確觀測(cè)壩體內(nèi)水位，地面以下的測(cè)點(diǎn)傳感器設(shè)置位置需同步升高。對(duì)此，將監(jiān)測(cè)管與放置數(shù)據(jù)采集器的箱體連接方式由固定連接優(yōu)化為活動(dòng)式，即隨著壩體的升高采用可持續(xù)加高方式連接，采集器與傳感器間的數(shù)據(jù)傳輸線放置于箱內(nèi)，根據(jù)外坡面最終堆積標(biāo)高計(jì)算預(yù)留了足夠長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)傳輸線，隨著壩體升高，觀測(cè)管定期加高后，無需拆裝放置采集器的箱體，便可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集器的相應(yīng)抬高，將預(yù)留的數(shù)據(jù)線相應(yīng)在管外延長(zhǎng)，短期內(nèi)可保持管內(nèi)傳感器位置不變。經(jīng)優(yōu)化改造后，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)管與傳感器的同步抬升，確保了數(shù)據(jù)采集連續(xù)穩(wěn)定，同時(shí)減小了設(shè)施位置加高帶來的工作量，便于系統(tǒng)后期維護(hù)。

2.2.2 灘面監(jiān)測(cè)設(shè)施

采用中線法筑壩時(shí)，灘頂位置隨灘面升高，水平方向位置不發(fā)生移動(dòng)，干灘監(jiān)測(cè)設(shè)施隨灘面升高需不斷抬高位置，若定期進(jìn)入灘面內(nèi)拆裝設(shè)施，則維護(hù)工作量較大。為此，將干灘監(jiān)測(cè)設(shè)施維護(hù)技術(shù)優(yōu)化為可隨庫區(qū)灘面升高而定期連續(xù)升高，即按每年灘面上升高度預(yù)留監(jiān)測(cè)桿高度，設(shè)施與桿之間為活動(dòng)式連接，每年利用抱箍接桿方式實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)桿加高，同時(shí)將設(shè)施移動(dòng)升高后固定連接，無需拆裝設(shè)施。經(jīng)優(yōu)化改造，提高了系統(tǒng)監(jiān)測(cè)精度，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2.3 位移監(jiān)測(cè)設(shè)施

由于峨口鐵礦尾礦庫采用中線法筑壩工藝，壩體隨著尾礦排放不斷升高，受目前國內(nèi)監(jiān)測(cè)手段及設(shè)備條件所限，壩體位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為在原壩體鋼筋混凝土監(jiān)測(cè)墩上布置的GPS位移監(jiān)測(cè)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)壩體表面垂直沉降及水平位移監(jiān)測(cè)，隨著壩體升高需不斷加高監(jiān)測(cè)墩，同時(shí)相應(yīng)升高監(jiān)測(cè)設(shè)施。起初將監(jiān)測(cè)設(shè)施布置于監(jiān)測(cè)墩頂部，壩體升高后，定期移動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)施時(shí)需拆裝監(jiān)測(cè)設(shè)施，系統(tǒng)移動(dòng)維護(hù)工程量大，不便操作。對(duì)此，設(shè)計(jì)了設(shè)施放置平臺(tái)，將監(jiān)測(cè)設(shè)施放置于平臺(tái)上，平臺(tái)與監(jiān)測(cè)墩之間實(shí)現(xiàn)可移動(dòng)功能，每次加高位移監(jiān)測(cè)墩時(shí)無需拆裝監(jiān)測(cè)設(shè)施，僅需加高監(jiān)測(cè)墩后將監(jiān)測(cè)設(shè)施連同平臺(tái)一并上移即可，既減小了移動(dòng)觀測(cè)設(shè)施的工程量，降低了維護(hù)勞動(dòng)強(qiáng)度，又避免了拆裝造成的設(shè)施損壞。

2.3 數(shù)傳電臺(tái)、無線通訊、光纜多功能傳輸技術(shù)

在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸包括現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集器與數(shù)據(jù)采集站之間的數(shù)據(jù)傳輸及數(shù)據(jù)采集站與基站服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)傳輸?，F(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集器主要進(jìn)行浸潤(rùn)線、位移、干灘、庫水位等監(jiān)測(cè)設(shè)施的現(xiàn)場(chǎng)原始數(shù)據(jù)采集，并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)采集站，由數(shù)據(jù)采集站向基站服務(wù)器發(fā)送測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)并接收服務(wù)器指令(圖1)。

圖1 數(shù)據(jù)采集與傳輸流程

傳統(tǒng)上游式尾礦庫在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)浸潤(rùn)線、位移等監(jiān)測(cè)設(shè)施布置于外坡，在尾礦庫運(yùn)行過程中，監(jiān)測(cè)設(shè)施位置固定，數(shù)據(jù)采集器位置亦固定不變。因此數(shù)據(jù)采集站一般設(shè)置于距數(shù)據(jù)采集器較近的外坡區(qū)域，數(shù)據(jù)采集器與采集站之間一般采用光纖傳輸。中線法尾礦庫由于隨著尾礦的排入，壩體內(nèi)外坡、灘面則不斷升高，相關(guān)監(jiān)測(cè)設(shè)施需不斷升高移動(dòng)，同時(shí)監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間距離較遠(yuǎn)，因此數(shù)據(jù)采集器與數(shù)據(jù)采集站之間無法在地面或架高敷設(shè)光纖進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，監(jiān)測(cè)設(shè)施附近現(xiàn)場(chǎng)也無法建立數(shù)據(jù)采集站。對(duì)此，采用有線傳輸與無線通訊傳輸組合技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，在庫區(qū)浮船泵站建立數(shù)據(jù)采集站，數(shù)據(jù)采集站與基站服務(wù)器之間由于距離遠(yuǎn)，故使用光纜進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)采集器與采集站之間采用無線傳輸技術(shù)。由于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)浸潤(rùn)線、位移、干灘、視頻等監(jiān)測(cè)設(shè)施采集數(shù)據(jù)的格式各不相同，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布分散，對(duì)此采用了3頻段無線通訊傳輸技術(shù)，即位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集采用2.4 G頻段無線網(wǎng)橋傳輸技術(shù)，向采集中心發(fā)送監(jiān)測(cè)點(diǎn)三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)；視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采用5.3G頻段無線網(wǎng)橋傳輸技術(shù)，向采集中心發(fā)送大流量高清視頻數(shù)據(jù)流；浸潤(rùn)線和干灘監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集采用波特率19 200 kbs數(shù)傳電臺(tái)串行通訊技術(shù)，周期性發(fā)送測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)。

2.3.1 2.4 G無線網(wǎng)橋

2.4 G頻段無線網(wǎng)橋?qū)儆诿裼妙l段，可減少大量頻段申請(qǐng)和維護(hù)工作，同時(shí)位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)間距較小，觀測(cè)墩上設(shè)施與地面距離大于2.5 m，傳輸信號(hào)不易被起伏不平的外坡面阻擋。該類位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)可作為Wifi熱點(diǎn)，直接由計(jì)算機(jī)或Wifi設(shè)備接收后連接至INTERNET，整條通信鏈路協(xié)議(TCP/IP協(xié)議)一致，可用筆記本電腦無線連接方式在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)試，易確定故障節(jié)點(diǎn)。2.4 G無線網(wǎng)橋具有體積較小、免維護(hù)、更換簡(jiǎn)單、繞射能力強(qiáng)、對(duì)位置方向敏感度較低、組網(wǎng)靈活、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)多的無線信號(hào)傳輸，且?guī)捀?，能夠滿足傳輸GPS純數(shù)字小數(shù)據(jù)量，現(xiàn)場(chǎng)使用效果良好。

2.3.2 5.3 G無線網(wǎng)橋

視頻監(jiān)控系統(tǒng)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)，分布較分散，監(jiān)測(cè)點(diǎn)距信號(hào)采集室最長(zhǎng)達(dá)3 km，且要求云臺(tái)控制靈敏、快速。5.3 G無線網(wǎng)橋可有效適應(yīng)惡劣環(huán)境，數(shù)據(jù)傳輸距離達(dá)10 km，信號(hào)穿透能力強(qiáng)，傳輸圖像及控制信號(hào)延遲小，可快速準(zhǔn)確調(diào)整攝像機(jī)位置，與其他頻段不存在干擾。

2.3.3 數(shù)傳電臺(tái)

浸潤(rùn)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原采用全向天線傳輸數(shù)據(jù)，在水平方向上表現(xiàn)為360°均勻輻射，即無方向性，雖覆蓋范圍大，但具有傳輸距離短的缺點(diǎn)，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊不穩(wěn)定，缺失率高達(dá)20%。尾礦庫浸潤(rùn)線監(jiān)測(cè)點(diǎn)分散于整個(gè)外坡面，外坡面較長(zhǎng)，使用全向天線進(jìn)行浸潤(rùn)線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)多采用多發(fā)單收的數(shù)據(jù)通訊方式，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)與接收站交換信息，監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間無任何關(guān)聯(lián)，無法充分發(fā)揮全向天線的優(yōu)勢(shì)。全向天線安裝于滲壓管保護(hù)箱上方，滲壓管露于地面之上不超過1.5 m，外坡面易干擾監(jiān)測(cè)點(diǎn)與接收站之間的信息交互傳輸。

為解決浸潤(rùn)線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)缺失的問題，對(duì)監(jiān)測(cè)設(shè)施數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，采用數(shù)傳電臺(tái)加吸盤天線的傳輸技術(shù)，將數(shù)傳電臺(tái)應(yīng)用于灘面監(jiān)測(cè)和浸潤(rùn)線監(jiān)測(cè)中，借助DSP技術(shù)和無線電技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、可靠數(shù)據(jù)傳輸，具有成本低、安裝維護(hù)方便、繞射能力強(qiáng)、組網(wǎng)結(jié)構(gòu)靈活、覆蓋范圍遠(yuǎn)等特點(diǎn)，適合峨口鐵礦尾礦庫監(jiān)測(cè)點(diǎn)多而分散、地理環(huán)境復(fù)雜的工程環(huán)境。峨口鐵礦浸潤(rùn)線監(jiān)測(cè)儀器為滲壓計(jì)，安裝于觀測(cè)管內(nèi)，數(shù)據(jù)采集模塊和天線位于觀測(cè)管外部，吸盤天線長(zhǎng)達(dá)1 m(圖2)，相當(dāng)于加長(zhǎng)了觀測(cè)管，使信號(hào)傳輸點(diǎn)高于外坡面，與數(shù)據(jù)接收站可視，且信號(hào)制式一致，信號(hào)傳輸穩(wěn)定可靠，與無線網(wǎng)橋不存在互相干擾，滿足了浸潤(rùn)線監(jiān)測(cè)的需要。

2.4 激光測(cè)距及無線通訊模塊一體化監(jiān)測(cè)技術(shù)

峨口鐵礦原采用浮球式測(cè)量?jī)x進(jìn)行干灘高程監(jiān)測(cè)，該儀器受現(xiàn)場(chǎng)條件及氣候條件限制，冬季氣溫低時(shí)浮球無法上下自由浮動(dòng)，且信號(hào)傳輸也易受低溫影響而中斷，存在精度低、數(shù)據(jù)不連續(xù)，儀器故障頻發(fā)等問題。對(duì)此，采用激光測(cè)距及無線通訊模塊一體化干灘監(jiān)測(cè)技術(shù)，利用激光測(cè)距儀集成無線通訊模塊進(jìn)行灘面高程監(jiān)測(cè)，經(jīng)優(yōu)化改造，提高了系統(tǒng)監(jiān)測(cè)精度并實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

圖2 傳輸天線

2.5 衛(wèi)星定位技術(shù)

峨口鐵礦庫區(qū)水位監(jiān)測(cè)原采用格雷碼浮子式水位計(jì)，浮球可隨著水位的上升而上升，夏季使用效果較優(yōu)，但在冬季低溫結(jié)冰后，浮球被冰卡住，無法真實(shí)反應(yīng)水位高度，時(shí)常出現(xiàn)數(shù)據(jù)不連續(xù)、系統(tǒng)故障、測(cè)量數(shù)據(jù)精度低等問題。此外，雷達(dá)、超聲波液位計(jì)均對(duì)工作環(huán)境(扇形波面足夠大，無遮擋)有一定的要求，因此上述設(shè)備在北方冬季嚴(yán)寒季節(jié)難以發(fā)揮作用。根據(jù)峨口鐵礦尾礦庫實(shí)際情況，采用衛(wèi)星定位技術(shù)進(jìn)行庫區(qū)水位監(jiān)測(cè)，即將GPS監(jiān)測(cè)設(shè)施安裝于庫區(qū)回水浮船上，測(cè)量設(shè)備與水位高差固定，可隨著水位的變化實(shí)時(shí)變化。GPS觀測(cè)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理采用靜態(tài)相對(duì)定位方法，利用2臺(tái)GPS接收機(jī)同步觀測(cè)，接收相同的GPS衛(wèi)星數(shù)據(jù)，以確定基線端點(diǎn)在地球坐標(biāo)系中的相對(duì)位置，實(shí)時(shí)提供觀測(cè)站在指定坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)，并達(dá)到毫米級(jí)精度。根據(jù)GPS基站主機(jī)定位的縱坐標(biāo)和主機(jī)距水面的固定高度，可精確計(jì)算出庫區(qū)水位高程。經(jīng)實(shí)際運(yùn)行，解決了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)受氣溫影響不連續(xù)的問題，降低了系統(tǒng)故障率，提高了觀測(cè)精度，保證了庫區(qū)水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3 討 論

(1)通過對(duì)峨口鐵礦中線法尾礦庫在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)的實(shí)踐探索，有效解決了由中線法筑壩工藝特點(diǎn)引發(fā)系統(tǒng)難以穩(wěn)定運(yùn)行的技術(shù)難題，可為類似礦山尾礦庫在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)參考。

(2)中線法筑壩工藝形成的尾礦庫壩體與上游法相比區(qū)別較大，壩體形態(tài)隨時(shí)不斷發(fā)生變化，表面及內(nèi)部位移變化情況較復(fù)雜，受目前國內(nèi)監(jiān)測(cè)設(shè)備生產(chǎn)技術(shù)條件的限制，現(xiàn)階段使用的位移監(jiān)測(cè)設(shè)備無法全面綜合反映中線法尾礦庫整個(gè)壩體內(nèi)外部的形變及位移變化特征，需對(duì)中線法壩體形變位移監(jiān)測(cè)方式及應(yīng)用途徑進(jìn)行進(jìn)一步研究，為尾礦庫壩體穩(wěn)定性分析提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。峨口鐵礦中線法尾礦庫在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析、綜合分析及壩體穩(wěn)定性分析等功能有待于進(jìn)一步優(yōu)化。

2016-11-21)

程耀靈(1967—)，男，工程師，034207 山西省代縣峨口鎮(zhèn)。