GNSS 技术在矿山尾矿库变形监测安全系统监控中的应用

　　摘要：长期以来，由于尾矿库管理监测监控系统不完备、监测监控技术落后、专业监测人员缺乏等原因，造成许多尾矿库的运行参数检测误差较大，难以及时掌控尾矿库的各项安全技术指标，这些都极大影响尾矿库的安全管理。基于GNSS技术的中海达高精度实时在线变形监测预警系统在尾矿库的实施和应用，全面提升尾矿库安全监管和日常管理水平，增强企业、社会、政府对于尾矿库灾害的预警响应能力。
　　关键词：GNSS技术，尾矿库，变形监测，预警系统
　　
　　0引言
　　金属矿山尾矿库的安全关系到矿山环境以及其影响区域内人民生命财产的安全[1]。国务院将非煤矿山企业全面开展安全达标、强制推行先进适用的技术装备、强制淘汰落后技术产品等内容列入《国务院关于进一步加强企业安全生产工作的通知》（国发〔2010〕23号）中，并提出明确要求和政策措施，要求对三等以上尾矿库要在2011年底前达到安全标准化最低等级，2013年底前，所有金属非金属矿山和尾矿库要达到安全标准化最低等级，并明确要求100万立方米以上尾矿库要安装全过程在线安全监控系统[2]。基于GNSS技术的尾矿库安全监测
　　监控系统的应用对于加强尾矿库的安全监管，掌握尾矿库的安全现状，减少尾矿库的事故发生具有重要意义。
　　1系统结构
　　高精度实时在线尾矿库变形监测系统由数据采集、数据传输、数据处理、分析预警、综合管理等五个子系统组成。该系统依托智能的软件系统，当金属矿山尾矿库监控对象出现异常时，能及时预报预警，提醒企业尽快启动相应的处理措施及预案，保障尾矿库的安全运行[3]。
　　1）综合管理系统可有效进行用户管理、数据管理、系统运行管理，确保系统安全和数据安全，可方便进行参数设置、状态本地/远程浏览、数据本地/远程下载以及数据共享等。
　　2）数据采集系统采用多星多频高精度GNSS模块，数据采集系统一般由基准站、监测站以及包括野外电源和防雷装置组成的保障支持系统组成。
　　3）数据传输系统可采用RS232、专线有线/无线Modem、TCP/IP、GPRS无线、CDMA无线、3G无线、UHF无线电台、无线网桥及其他无线网络等方式，组建方便灵活。系统不仅支持野外就地拖拽式下载，还能实现远程实时数据流传输和文件包
　　下载。
　　4）数据处理系统可进行长时间连续实时数据处理，数据解算采用先进的卡尔曼滤波集成单历元整数解算法，轻松达到毫米级定位精度，确保系统运行稳定及数据的可靠性。
　　5）分析预警系统的数据分析处理能力强大，分析角度多、手段丰富，能计算三维位移分量及各向变形速率，自动生成变形历时曲线、变形分布图和多因素相关图；能根据预设警界值进行风险判别并能实时以网页、短信、语音电话、警报声音、大屏幕显示等形式进行多渠道状态信息和预警信息的发布。
　　2系统功能及特点
　　2.1系统功能
　　1）系统1.5小时连续监测尾矿坝的水平精度优于±3mm、垂直精度优于±5mm，完全满足一般工程监测精度的要求；
　　2）系统能够进行长期、稳定、不间断运行，真正做到无人值守，操作简便，勿需进行手工重复劳动，可以节省大量人力物力；
　　3）能实现最高20HZ的高速数据采集，关键时候能完美再现监控变化过程的细节；
　　4）具有远程数据传输、远程状态浏览、远程系统设置以及数据管理、用户管理、安全管理等功能；网络通讯方式灵活，系统自动化程度高，可以方便实现远程控制、远程监测、远程数据下载与共享；
　　5）能根据实地地形数据生成三维仿真图形，能根据变形监测数据生成实体变形场等高图，并能生成变形场任意剖面图，这是传感器类、声纳类、光波类、影像类、频谱类监测手段不可比拟的；
　　6）能对变形监测数据进行初步分析与简单评价，并可根据数据的危险程度采用短信、网页、邮件、声音、大屏幕等方式和渠道进行分级发布，预警信息的发布，方便灵活[4]。
　　2.2系统特点
　　高精度实时在线变形监测系统具有目标明确、结构简单、流程清晰、功能完备等特点。为矿山随时随地掌握尾矿库安全和决策部门在关键时刻的决策分析提供了坚实的技术支持与信息参考,具体特点有：
　　1）数据采集快:轻松实现高达20HZ连续高速实时的精密数据采集；
　　2）变形监测精度高:算法先进，能运用小波精密分析法对数据进行分析处理，实现单历元毫米级高精度连续解算；
　　3）硬件层次少:系统组成简单、结构清晰、运行稳定、维护方便；
　　4）分析手段多:能计算三维位移分量及各向变形速率，能自动生成变形历时曲线图、变形空间分布图、多变量相关图，能根据实地地形数据生成三维仿真图，并能生成实体变形场等高图或渐变色谱图及其任意剖面图；
　　5）信息发布快:能对变形监测数据进行初步分析与简单评价，并能根据预设警界值和实测值进行对比判别，及时进行多渠道多形式预警信息或状态信息的发布，随时随地掌握运行状态，真正实现远程监控和无人值守；
　　6）应用范围广:本监控系统不仅能应用于各类尾矿库实时安全监测监控,还可以在滑坡地质灾害监测、矿山边坡变形监测、矿山采空区沉陷监测、海涂吹填区沉陷监测、水库大坝变形监测、堤防渠道变形监测、深基坑及周边影响区变形监测、
　　大型桥梁健康监测、高层建筑及大型场馆健康监测等领域中广泛应用。
　　3系统应用
　　系统由库区监测终端（GPS）、网络通讯系统、监测数据处理服务中心、预警发布系统四部分组成，如图1所示。监测系统的典型配置方案可以有定期经济型、永久基站型、分体网络1型、分体网络2型、一机多天线系统等五种形式，以满足不同现场的需要。
　　该系统是全天候、全方位的，可以不受时间、气候的影响，建立尾矿库安全监控、安全分析评价，安全预警，安全指挥管理系统，对尾矿库的安全状态进行实时的监测、分析与预报，能确保尾矿库的安全管理，同时，提高安全监管部门对尾矿库安全管理这方面的能力，有效避免尾矿库事故的发生。
　　
　　图一基于GNSS技术的尾矿库实时在线监测预警系统组成
　　4结束语
　　基于GNSS技术的实时变形监测系统，通过分布在尾矿库的各种终端感应设备，实时在线全自动监测尾矿坝各种数据的变化，实践证明，该系统技术成熟、性能稳定、投资经济，应用前景广阔。
　　
　　参考文献
　　[1]尾矿库安全监督管理规定［S］.北京：国家安全生产监督管理总局令第
　　6号.2006年4月21日
　　[2]AQ2006-2005尾矿库安全技术规程［S］.北京：国家安全生产监督管
　　理总局.2005年12月7日
　　[3]李忠奎.尾矿库溃坝监测预警系统设计研究[J].有色金属.2008（11）:
　　35-37
　　[4]王峰.浅谈尾矿库在线监测技术.[J].中国高新技术企业.2010，（30）:
　　80-83