尾矿库在线监测方案).docx

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- 2 -二、设计总体思路- 3 -2.1设计依据- 3 -2.2设计基本原则- 3 -2.3设计总体目标- 4 -三、尾矿库在线监测系统设计- 5 -3.1 尾矿库在线监测系统一期工程设计- 6 -3.2尾矿库在线监测系统二期工程设计- 27 -3.3在线监测系统管理- 33 -3.4监测资料的整编与分析- 35 -3.5供电系统- 37 -四、尾矿库在线监测系统造价估算表- 39 -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u 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；u 尾矿库安全监测技术规范AQ2030-2010u 尾矿库安全技术规程AQ2006-2005；u 选矿厂尾矿设施设计规范ZBJ1-90；u 尾矿设施施工及验收规程S5418-95 u 土石坝安全监测技术规范SL5512011 u 降水量观测规范SL21-2006u 岩土工程勘察规范GB50021-2001 u 岩土工程监测规范YS5229-96 u 碾压式土石坝设计规范DL/T5395-2007u 压式土石坝施工规范DL/T5129-2001u 工程测量规范GB50026-2007 u 全球定位导航系统测量规范GB/T 18314-2001u 国家三、四等水准测量规范GBl2898-91 u 国家一、二等水准测量规范GB12897-91 u 混凝土结构工程施工质量验收规范GB 50204-2002u 我院与建设单位签订的设计合同；u 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）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。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项目名称监测内容精度要求备注1降雨量监测库区雨量0.2mm2库水位监测库内水位20mm3浸润线监测浸润高度20mm4干滩监测滩顶高程99.9%u 远程控制u 接口防雷设计，整机工业级标准u 防腐,抗老化性能佳,寿命长u 在高温等恶劣环境中使用性能更加突出u 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50505mm热镀锌角钢为垂直地极L=2.5米，以254mm热镀锌扁钢互连，垂直地极埋地深度1米。避雷针基座为50050060mm钢筋混凝土，由地网引两根254mm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：序号名称规格单位数量1GPS卫星接收主机分辨率：垂直3-5mm，水平1-3mm台32GPS卫星接收天线配套台33数据采集模块配套台14天线保护罩配套个35GPS避雷网个36GPS机柜个37GPS观测墩个38避雷针根39光端机一路485接口对310电源线RVV3*2.0米70011光缆GYXTW-8B米7003.1.1.2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1级报警值2级报警值3级报警值内部位移10mm15mm20mm（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：u 类型：重力感应式u 精度：0.1% 量程：100mmu 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名 称规 格单位数量1固定式测斜仪分辨率：1mm单孔测点3点台62数据采集模块16通道台33测斜管PVC米3004测斜仪连接杆定制（不锈钢）米3005专用防水接头套186钻孔施工米3007光端机一路485接口对38防护箱台39线路避雷器台1210光缆米200011防水电缆米280012测量保护墩个613防护箱保护墩个314接地保护网套6备注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。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1级报警值2级报警值3级报警值浸润线16m13m10m（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：u 设备类型：振弦式u 量程：0-350KPau 精度：0.3%F.Su 灵敏度：0.05%F.Su 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名称规格单位数量1渗压计振弦式，量程：0.2MP台32渗压计采集模块台13渗压管米804专用防水接头套35钻孔施工米806防护箱个37光端机对18线路避雷器个39传感器保护墩个310信号线米2200备注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。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：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：u 干滩坡度测量精度（测距仪测量精度）：2mmu 干滩长度监测精度：0.8mu H1测量误差：高程起点误差+库水位测量误差+滩顶高程测量精度，即，H1测量误差= =52.23mmu Sx=，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。u 同理，便可根据公式：H1+Sx-2H1SxCosb=S1，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=H1Cosb，同理微分便可得到L的误差，即精度。u 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1级报警值2级报警值3级报警值干滩长度70m50m35m（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：u 测距精度小于+/-1毫米u 测量速度快，达到3次/秒u 量程：0.05200米 u 精度：小于+/-1毫米u 激光类型：635纳米，二级安全u 防水防尘：IP54u 温度范围 操作：-25到+50度u 存放：-40到+70度u 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名称规格单位数量1激光位移传感器HC-2700(分辨率：1mm)台22数据采集模块HC-2000台23防护箱个24线路避雷器台25立杆根26信号线米8007电源线米8003.1.4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。尾矿坝的最小安全超高表监测参数1级报警值2级报警值3级报警值滩顶与库水位差1.4m1.0m0.7m库水位报警阈值表及尾矿坝最小滩长度表最缓滩面坡度2%2%2%报警值高差（m）1.41.00.7最小滩长（m）705035（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：u 设备类型：振弦式u 量程：0-350KPau 精度：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抗静电活动地板钢质600*600*35m2242铝合金天棚吊顶600*600*12m2243日光灯2x36W台44应急灯台15泛光灯2KW台16立杆4米根57电缆米1508插座个109配电箱空气开关220V*6台110稳压器10KA台111UPS电源C3KS台112接地/防雷系统套113空调2匹冷暖台114灭火器ABC干粉灭火器2kg台215控制台3联套116交换机24口个117计算机机柜600*950*2000台118数据处理/存储服务器台119现场操作电脑套120声光报警模块台121数据库操作系统软件套122三级监测、预警/发布软件软件套123固定电话台124大屏显示器46寸台13.2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。（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。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1级报警值2级报警值3级报警值平面位移15mm25mm30mm垂直沉降20mm30mm40mm（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：u 水平精度3mmu 垂直精度5mmu 可靠性99.9%u 远程控制u 接口防雷设计，整机工业级标准u 防腐,抗老化性能佳,寿命长u 在高温等恶劣环境中使用性能更加突出u 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50505mm热镀锌角钢为垂直地极L=2.5米，以254mm热镀锌扁钢互连，垂直地极埋地深度1米。避雷针基座为50050060mm钢筋混凝土，由地网引两根254mm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）表面位移监测工程设备清单：序号名称规格单位数量1GPS卫星接收主机分辨率：垂直3