张公岭尾矿库物联网监测系统应用研究

尾矿库作为具有高势能的重大危险源，确保其生命周期内的安全是矿山安全生产管理的核心问题

。经实践证明，开展尾矿库安全监测是避免尾矿库安全事故的一项十分必要且有效的手段

。传统的局域网型尾矿库在线监测系统存在架构复杂、维护困难、信息共享效率低、建设成本高等问题

。近年来，随着北斗定位系统、4/5G无线网络通讯、云计算中心等新基建的高速发展，建立在信息基础设施上的物联网监测技术为尾矿库安全监测系统建设提供了全新的思路

。

1 项目简介

广西贺州张公岭铅锌矿尾矿库位于贺州市八步区南乡镇江坪村境内，距贺州市70km

。该尾矿库采用上游法堆筑、湿排工艺，初期坝为不透水粘土坝，坝高约8.5m；设计总坝高54.9m，现状坝高50.9m，设计总库容260万m³，等别为四等库。该尾矿库原先仅设有人工监测点（包括表面位移及浸润线等监测项目）。根据现有技术规范及行政主管部门有关文件，本尾矿库若基于传统方案建立在线监测系统，存在监测点数量多、空间分布较为分散、监测设施距离管理办公室较远、缺乏网络及市电接入条件等难点，在线监测系统建立难度大、成本高。经多方对比论证，最终确定采用物联网监测技术为该尾矿库建立在线监测系统，进一步提升尾矿库安全管理水平。

2 物联网监测系统架构

物联网监测系统由前端传感器采集节点、数据采集网关、物联网监测预警云平台三部分组成。

前端传感器采集节点包括可以测量坝体边坡表面变形的GNSS监测站、测量坝体内部位移的钻孔测斜仪以及测量降雨量、浸润线、库水位等反映环境及坝内部渗流的传感器。数据采集网关作为前端传感器采集节点与物联网监测预警云平台的纽带，发挥指令上传下达、协议转换、数据存储、电源管理等功能。数据采集网关与前端传感器采集节点通过集成整合方式，形成现场分布式数据采集；通过4G无线通讯网络与物联网监测云平台建立通讯连接。

物联网监测预警云平台是一套部署在远端云计算基础设施上的一套基于B/S（浏览器/服务器）架构的网络应用软件，是该系统的核心。云平台面向设备端提供设备接入、管理、消息队列等功能，面向用户端提供监测数据查询、数据可视化、时程曲线、数据报表自动生成、监测对比分析、监测报告上传下载、分级自动预警（现场声光报警、电脑平台报警、手机短信报警）等功能。本尾矿库物联网监测预警云平台由广州翰南工程技术有限公司提供技术支持。

同时具备静力与动力加压作用的PCCP疗法，采取PCCP手术能避免暴露骨折端，内固定后再移位与骨折端过度塌陷的发生率低，颈螺钉套筒在钢板的直接锁定下整体稳定性明显提高。PENA属髓内固定系统，该固定系统具有较短的固定力臂，其生物力学符合性更高，PENA的钉棒在髓腔内，完全满足生理负重力线对多数经过股骨近端特别是内侧负荷具有很好的承受力。

根据规范要求，在初期坝坝面（416m）、堆积坝428m平台、445m平台、459m平台共布置监测纵剖面4条，每个监测纵剖面间隔约50m～100m布置表面位移监测点，其中416m平台、428m平台处坝长小于100m，仅在这两级平台坝轴线中部布置表面位移各1个；445m平台及459m平台处坝长约240m，这两级平台坝轴线上按100m间距部署表面位移监测点各2个。表面位移监测点总计6个；在尾矿坝范围外的管理办公室屋顶柱端部设参考站1个，组建静态监测网。

3 物联网监测系统设置方案

原料先进行蒸煮，冷却后加入酒母等酒精发酵剂，进行固态酒精发酵，酒精发酵完成后加入麸皮、谷糠，接种醋酸菌种，使醋酸进行好氧发酵成熟，最后经淋醋、灭菌得到成品食醋。

2.1.2 精密度试验。通过对混合标准品溶液重复进样6针，计算RSD值，结果见表2。绿原酸、葫芦巴碱、D-(-)-奎宁酸、咖啡酸峰面积的RSD值分别为0.32%、0.25%、0.56%、0.71%，表明在此试验条件下仪器精密度良好。

这个极其漂亮的天然拱门坐落于马略卡岛东南部。有敢于冒险的攀岩者试图攀缘这座引人注目的岩层，但它被认为是世界上最难攀爬的路线之一。而大多数人则纯粹因能够欣赏到这里的美景和蔚蓝的海水而开心。

3.1 表面位移监测

部署在现场的监测设备（前端传感器采集节点及数据采集网关）均采用太阳能储能系统供电，通过云平台软件策略的优化与调度，实现现场监测设备的周期性运作，在工作间歇进入休眠节电状态，实现低功耗、长续航的目的。由于设备供电方面完全摆脱了对220V交流电的依赖，并且在设备元件上均采用防雷设计标准，因此现场监测设备仅需设置简单的直击雷防护措施。

3.2 坝体内部位移监测

（2）物联网监测系统建设成本低。充分利用了4G、云计算中心等信息基础设施，避免了传统在线监测系统复建设通讯网络、机房、供电、防雷设施的资金浪费。经评估，总体建设成本降低30%～50%。

本尾矿库属四等库，根据应急[2020]15号文及《尾矿库在线安全监测系统工程技术规范》GB 51108-2015要求，四等湿排尾矿库宜建立在线监测系统，并实施开展表面位移、浸润线、库水位、降雨量及视频监控等监测项目。另外，该尾矿库440m以下部位前期已发生沉降变形，导致坡脚水平排水沟低于坝肩截水沟，积水难以排除，因此在堆积坝增加内部位移监测。监测项目如表1所示；监测点平面布置如图1所示。

3.3 浸润线/库水位监测

沿尾矿库中轴线设置一条浸润线在线监测横剖面，监测横剖面大致垂直于各段坝体的轴线。在监测横剖面的416m、433m、445m各设1个浸润线监测孔，浸润线监测孔深9米，孔内埋设水位管，水位管中安装智能水位计。智能水位计通过内部与大气相连通的隔膜腔体测量水压，输出与压力成正比的信号，经模-数电路转换成RS485电平信号输出，通讯电缆从孔口穿出，接入孔口旁的物联网数据采集网关，接入物联网监测系统。智能浸润线埋设时，记录埋深、孔口高程、浸润线初始深度等参数，并输入物联网监测云平台中，后续物联网监测云平台将根据实测数据及参数自动计算浸润线埋深、浸润线高程的数据及相关图表。

库水位监测原理与浸润线相似，在库区排水斜槽入口处设置1个库水位监测点，通过在水位管中埋设智能水位计，监测库水位高度。

3.4 降雨量监测

（1）物联网监测系统建设周期短。建设历时仅半个月，相比传统在线监测系统35天以上的建设周期，其建设效率提高了4倍。

3.5 视频监控

张公岭尾矿库初期坝407m马道、堆积坝459m平台中部各部署一套4G物联网视频监控系统，监控初期坝面及坡脚、干滩、排水口、放矿口等的运作状况。4G物联网视频监控系统采用高度集成的硬件，具有部署方便、节能环保、稳定可靠的特点，并避免远距离布置市电电缆和光纤，可通过物联网监测云平台客户端，随时查询现场实时及历史视频，掌握监测现场情况。

4 数据分析与监测预警

张公岭尾矿库物联网监测预警系统完成部署后，即开始积累监测数据，通过监测曲线与滑坡变形特征曲线的分析对比，确定各阶段的分界点，以累计位移量、位移速率为首要指标，对该项目建立分级预警阈值。采用位移——时间曲线变化趋势判别法及降雨量参数预报法相结合的预警方式。再根据宏观迹象（视频监控）、自动化监测（数据分析）和区域预警（地质灾害气象预报）进行综合研判，建立三级预警指标。当尾矿库出现预警情况时，系统可通过监测界面不同颜色的闪烁及现场声光报警器进行报警，同时，系统自动向有关管理人员的手机发送预警报警短息。物联网监测云平台支持符合规范要求的分级预警阈值设置及预警颜色显示，对应关系为：正常状态（绿色）、Ⅳ级预警（蓝色）、Ⅲ级预警（黄色）、Ⅱ级预警（橙色）、Ⅰ级预警（红色）。

采用现场实地踏勘方式进行外业核查。指结合岸线类型识别原则，通过将识别的海岸线类型进行实际勘察，对岸线的位置、类型进行核查，定性分析提取海岸线的形态。对内业提取的人工岸线的位置、拐点，进行不少于10%的核查并修改。

5 建设成效分析

在现场管理办公室屋顶处设置一套降雨量-声光预警一体化监测站。雨量计采用光学感应原理的数字式雨量计，区别于传统的翻斗式雨量计，该雨量计无机械式结构，基于光学感应原理，根据不同强度的降雨雨滴落在球罩上的不同频率，实现精确测量降雨强度，具有更高的可靠性、免维护性及测量精度、高灵敏度等优势。雨量计与声光报警器通过物联网数据采集集成箱接入物联网监测云平台。当本项目任意一个监测点监测数据达到或超过预警阈值时，物联网监测云平台将通过4G通讯触发部署在尾矿库现场的声光报警器，并发出预警信号。

坝体内部位移监测可测量尾矿坝散粒体堆积的深层位移、反映坝体内部的潜在滑裂面，进而对坝体的深层稳定性做出预警。本尾矿库在早期运营过程中浸润线溢出坝面，后期虽采用块石压坡脚方式对初期坝坡脚及坝面进行加固，但随着尾矿库的加高，初期坝受库内尾砂的侧压力亦增大。另外，当前440m以下堆积坝已出现沉降迹象。以上两个事件均表明堆积坝下部尾砂中可能存在侧向变形。因此，在尾矿库初期坝顶的418m、堆积坝437m平台中部各设1条监测垂线。采用回转钻机泥浆护壁成孔的方式钻设测斜孔，418m平台测斜孔深12m；437m平台测斜孔深26m，在孔内埋设专用测斜管，测斜管内按4m竖向间距首尾串联的RS485总线式连接方式安装固定式测斜仪，并通过孔口附近的物联网数据采集网关接入物联网监测系统。

（3）物联网监测系统更安全可靠。使用的4G通讯网络具有高安全性、高可靠性及电信公司的专业维护保障，相比自建网络更加安全可靠，并且独立的太阳能供电系统可避免因市电供电故障导致系统瘫痪的风险。

（4）物联网监测系统信息共享效率高。物联网监测系统可以通过公网传输方式，实现在任意有网络的地方查询监测成果，并且可灵活地对接上级主管部门管理系统。

6 结论

（1）物联网监测技术在张公岭尾矿库的成功应用，提升了尾矿库安全管理水平；为物联网监测技术在尾矿库中的应用推广提供了参考；对新兴的信息技术与传统的工业领域的融合应用具有示范作用。

（2）尾矿库物联网监测系统在建设周期、建设成本、安全稳定性、维护及信息共享效率方面均优于传统的在线监测系统。

根据表3，检验值和标准值的均值不同，其中F2检验值在紧元音和松元音中均略低于标准值，说明男性贵州学生总体较母语男性使用者舌位较靠后，因而唇形也较圆。双尾P值约为0.024，小于0.05，存在统计学意义的显著性差异。

（3）后续将进一步发展尾矿库稳定性分析预警模型与物联网监测系统的融合应用，提升安全预警预报水平。

[1]国家安全生产监督管理总局．AQ 2006—2005尾矿库安全技术规程[S]．北京：煤炭工业出版社，2006．

[2]王利岗,余乐文,赵冰峰．极端环境下矿山安全监测系统综合保障技术[J]．有色金属工程,2018,8(4)：101-105．

[3]吕金辉，郭忠林．基于B/S模式下分布式尾矿库安全在线监控系统设计[J]．有色金属 ：矿山部分，2010，62(5)：56–62．

[4]胡军．基于Internet-Intranet的尾矿坝自动化安全监测系统[J]．金属矿山，2010，(2)：124–132．

[5]陶华任．凡口铅锌矿尾矿库安全在线监测系统建设[J]．南方金属,2017(06)：17-22．