一种中线法尾矿库浸润线在线监测装置及方法与流程

1.本发明涉及尾矿库监测技术领域，尤其是涉及一种中线法尾矿库浸润线在线监测装置及方法。


背景技术：

2.尾矿库是指筑坝拦截谷口或围地构成的，用以堆存金属或非金属矿山进行矿石选别后排出尾矿（废砂）的场所，是矿山生产不可缺少的重要设施。同时，尾矿库是一个具有高势能的人造泥石流危险源，存在溃坝危险，一旦失事，容易造成重特大事故，造成重大人员财产损失，产生重大社会影响，是国家监管部门重点监管对象，要求必须建设安全在线监测系统进行实时监控。尾矿坝的溃坝危害是尾矿库的主要灾害，是尾矿库的重点监控对象。为保证尾矿库安全运行，需要在尾矿库坝体及库区安装在线监测设施，其中，坝体浸润线是尾矿坝重要的安全指标，坝体浸润线的在线监测是整个尾矿库在线监测系统的重要组成部分。
3.尾矿库的筑坝方式分为一次性筑坝、上游法筑坝、中线法筑坝、下游法筑坝等。目前尾矿库主要采用的是上游法和中线法，但是，中线法尾矿坝的浸润线在线监测设备安装和使用具有以下问题：问题一：中线法筑坝的尾矿坝外坡随着筑坝过程动态变化，外坡上固定安装的浸润线监测设备会受到筑坝施工影响，会被外坡面不断升高的尾矿掩埋。目前，中线法尾矿坝监测设备在筑坝过程中随着坝体提升，为了不被掩埋，需要将坝体表面安装的浸润线监测设备拆卸，待坝体堆筑到阶段标高后再重新在原点位安装；而安装在坝体内部的浸润线监测传感器是在钻孔内安装的，需要在监测孔口将原来安装的监测设施拆下，取出孔内安装的传感器，加高监测孔上部的基础设施后再将监测设备和传感器装回，整个过程费时费力且重新安装过程会使监测孔内的水位传感器安装位置发生变化，造成监测过程不连续、监测数据不准确。简言之，这个问题是中线法尾矿库浸润线监测设施随坝体提升的拆卸安装工艺问题，这是中线法尾矿库无法正常实施浸润线在线监测的一个主要原因。
4.问题二：在中线法筑坝过程中，堆积坝外坡需要大型工程机械作业，很容易造成浸润线传感器汇集到采集装置或采集装置连接上位机的线缆损坏、数据中断（如隐蔽埋设在尾砂下的浸润线传感器与采集装置之间的线缆、采集装置与远端采集计算机之间的线缆会被坝面筑坝作业的推土机铲断）。这个问题是监测设施与筑坝施工的交叉损坏问题，是很多中线法尾矿库无法正常实施浸润线在线监测的原因之一。
5.问题三：现有浸润线在线监测系统的数据传输为局域网采集，所有数据都汇集到尾矿库本地设置的采集计算机，系统稳定运行依赖本地局域网络的维护强度，任何一个节点的故障都有可能导致系统局部或整个瘫痪。这个问题严重影响在线监测系统的整体稳定性，无论上游法尾矿库还是中线法尾矿库都存在，在中线法尾矿库中尤其严重。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种中线法尾矿库浸润线在线监测装置及方法，可随着坝面抬升而整体加高，便于操作，用时短，保护套管以及测压管随坝体加高的过程不改变传感器的安装高程，保证自始至终监测孔内水位变化是基于同一基准的体现。
7.为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：第一方面，本发明提供一种中线法尾矿库浸润线在线监测装置，包括保护套管、测压管、采集组件、线缆和传感器；所述保护套管的两端具有连接件，且所述保护套管套设于所述测压管外；所述采集组件安装于所述保护套管顶端的所述连接件上，且通过所述线缆两端的对接插头与所述测压管内的传感器连接，所述采集组件用于接收并传输所述传感器所采集到的数据；所述测压管的两端具有连接结构，所述测压管内壁设有用于固定所述传感器以及所述对接插头的固定结构。
8.进一步地，所述测压管的顶端高于所述保护套管的顶端。
9.进一步地，所述采集组件包括监测桩、数据采集模块和无线传输模块；所述监测桩安装于所述保护套管顶端的所述连接件上，且所述监测桩套设于所述测压管的外部；所述数据采集模块安装于所述监测桩，且所述数据采集模块通过所述线缆两端的对接插头与所述传感器连接；所述无线传输模块与所述数据采集模块连接。
10.进一步地，所述采集组件还包括安装于所述监测桩上的太阳能利用模块，所述数据采集模块、所述无线传输模块以及所述传感器均与所述太阳能利用模块连接。
11.进一步地，所述固定结构包括安装于所述测压管内壁的卡扣；或者所述固定结构包括安装于所述测压管内壁的磁吸组件；或者所述固定结构包括安装于所述测压管内壁的绑绳。
12.进一步地，所述保护套管的硬度大于所述测压管的硬度；所述保护套管的内径为100-500mm，所述测压管的外径为50-200mm。
13.进一步地，所述连接件为法兰盘。
14.第二方面，本发明还提供一种中线法尾矿库浸润线在线监测方法，采用了上述方案所述的中线法尾矿库浸润线在线监测装置，包括：在中线法尾矿库坝体外坡面选定监测点位安装所述测压管；在已安装好的所述测压管周围开挖尾砂，形成一个以所述测压管为中心的基坑，将所述测压管延长至出露地表；在所述测压管外套所述保护套管，所述保护套管底部下放至基坑底部，并用尾砂填埋基坑，令所述保护套管垂直于坝面，所述保护套管露出尾砂表面长度短于出露地表的所述测压管高度；通过所述固定结构将所述传感器固定于所述测压管内，将所述线缆一端的所述对接插头与所述传感器连接，所述线缆另一端的所述对接插头与所述采集组件连接，将所述采集组件安装于所述保护套管的顶端。
15.进一步地，还包括：
每个浸润线监测点独立布置一套所述中线法尾矿库浸润线在线监测装置。
16.进一步地，还包括：加高步骤：取消所述采集组件与所述保护套管的连接；取消所述线缆与所述采集组件的连接，并通过所述对接插头在所述线缆和所述采集组件之间增设其他所述线缆；在所述测压管的顶部通过所述连接结构向上延接其他所述测压管，并通过所述固定结构将增设的所述线缆的对接插头固定于原所述测压管内壁；在所述保护套管的顶部通过所述连接件向上延接其他所述保护套管；用坝面尾砂充填延接的所述保护套管与延接的所述测压管之间的空隙；将所述采集组件与最顶端的所述保护套管连接；当坝体外坡面尾砂接近最顶端的所述保护套管管口位置时，再次循环上述加高步骤。
17.本发明提供的中线法尾矿库浸润线在线监测装置及方法能产生如下有益效果：1、通过保护套管两端的连接件以及测压管两端的连接结构，可实现监测装置随着坝面抬升而整体加高，便于操作，用时短，其加高过程中保护套管以及测压管可对线缆进行保护，可避免长时间数据中断，保证在线监测数据连续性；2、通过线缆两端的对接插头，实现监测设备加高过程中，线缆动态延长，不需要取出传感器，并保证传感器最初安装到位后，后期的保护套管以及测压管加高作业不会导致传感器在测压管内安装位置的变化，即保护套管以及测压管随坝体加高的过程不改变传感器的安装高程，保证自始至终监测孔内水位变化是基于同一基准的体现；3、固定结构可以将传感器以及对接插头固定于测压管内壁，有利于降低顶部连接采集组件的线缆上的自重拉力。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本发明提供的一种中线法尾矿库浸润线在线监测装置的结构示意图；图2为本发明提供的一种中线法尾矿库浸润线在线监测方法。
20.图标：1-保护套管；11-连接件；2-测压管；21-固定结构；3-采集组件；31-监测桩；32-数据采集模块；33-无线传输模块；34-太阳能利用模块；4-线缆；41-对接插头；5-传感器；6-尾砂。
具体实施方式
21.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、
以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
23.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
24.以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
25.本发明第一方面的实施例在于提供一种中线法尾矿库浸润线在线监测装置，如图1所示，包括保护套管1、测压管2、采集组件3、线缆4和传感器5；保护套管1的两端具有连接件11，且保护套管1套设于测压管2外；采集组件3安装于保护套管1顶端的连接件11上，且通过线缆4两端的对接插头41与测压管2内的传感器5连接，采集组件3用于接收并传输传感器5所采集到的数据；测压管2的两端具有连接结构，测压管2内壁设有用于固定传感器5以及对接插头41的固定结构21。
26.在监测过程中，由于坝体不断提升，可通过连接结构在测压管2的顶端再续接一根或多根测压管2，并通过连接件11在保护套管1的顶端再续接一根或多根保护套管1，测压管2内的传感器不需要取出，通过续接线缆4的方式，延长总线缆长度。具体地，相邻的两根线缆4以及线缆4端部与其他结构的连接通过对接插头41实现。因此上述监测装置通过加高测压管2以及保护套管1以应对坝体的提升，同时，加高过程中传感器5的位置不变，保证后期监测精度，且在整个监测过程中，测压管2以及保护套管1共同对线缆4进行保护，有效避免线缆4发生损坏。
27.需要说明的是，连接件11所采用的结构可以为多种，例如：连接件11包括法兰盘，或者连接件11包括卡扣卡槽结构，或者连接件11包括销子，等等。
28.在至少一个实施例中，如图1所示，为了便于保护套管1的加高，连接件11包括法兰盘，相邻的两个保护套管1之间通过螺栓螺母结构插装于二者端部的法兰盘上，实现保护套管的延接。
29.当然，相邻的两个保护套管1之间也可以通过焊接连接。
30.需要说明的是测压管2端部的连接结构也可以具有多种方式，例如：连接结构包括螺纹，或者连接结构包括卡扣卡槽，或者连接结构包括销子，等等。
31.在至少一个实施例中，连接结构包括螺纹，即相邻的两个测压管2之间螺纹连接。
32.当然，相邻的两个测压管2之间也可以通过焊接连接。
33.在一些实施例中，上述传感器为孔隙水压力传感器，用于监测孔隙水的压力。
34.在一些实施例中，保护套管1的硬度大于测压管2的硬度。
35.具体地，保护套管1可以采用刚性套管，其可以为铸铁管、镀锌无缝钢管、陶瓷内衬钢管等刚性金属管或陶瓷内衬金属管以及钢丝骨架pe复合管等高强度管材，测压管2采用硬质管，其可以为pvc管、abs管、pe管、hdpe管等硬质塑料管。
36.在一些实施例中，保护套管1的内径为100-500mm，具体可以为100mm、200mm、300mm、400mm、或500mm；测压管2的外径为50-200mm，具体可以为50mm、100mm、150mm、或
200mm。
37.在一些实施例中，如图1所示，测压管2的顶端高于保护套管1的顶端。
38.上述方式中，一方面由于测压管2位于保护套管1的内部，便于测压管2的续接，另一方面，由于线缆4位于测压管2内，测压管2的顶端高于保护套管1的顶端可便于将线缆4送入采集组件3内，有效保证数据传输的稳定性。
39.在一些实施例中，如图1所示，为便于数据的采集与传输，采集组件3包括监测桩31、数据采集模块32和无线传输模块33；监测桩31安装于保护套管1顶端的连接件11上，且监测桩31套设于测压管2的外部；数据采集模块32安装于监测桩31，且数据采集模块32通过线缆4两端的对接插头41与传感器5连接；无线传输模块33与数据采集模块32连接。
40.其中，监测桩31具有中空结构，且其外壁具有用于线缆4穿出的通孔，位于最上端的测压管2顶端伸入中空结构；数据采集模块32用于接收传感器5所采集到的数据；无线传输模块33可以与本地服务器或云服务器无线连接，通过公网将数据发送至本地服务器或云服务器，不依赖本地网络的稳定性。
41.具体地，数据采集模块32和无线传输模块33可固定于监测桩31的顶部或侧面。
42.在一些实施例中，为保证采集组件3的长期稳定作业，采集组件3还包括安装于监测桩31上的太阳能利用模块34，数据采集模块32、无线传输模块33以及传感器5均与太阳能利用模块34连接，太阳能利用模块34用于将光能转化为电能，为数据采集模块32、无线传输模块33以及传感器5提供电力。
43.在一些实施例中，固定结构21包括安装于测压管2内壁的卡扣；卡扣可与传感器5以及对接插头41卡接，以将传感器5和对接插头41固定于测压管2内壁上。
44.具体地，卡扣可以呈l型，其一端与测压管2的内壁连接，另一端与传感器5以及对接插头41卡接。为保证卡接牢固，卡扣可以配置为多个。
45.在另一些实施例中，固定结构21包括安装于测压管2内壁的磁吸组件，磁吸组件可以包括多块第一磁铁，传感器5以及对接插头41上安装有第二磁铁，第一磁铁可以吸附第二磁铁，从而实现传感器5以及对接插头41固定于测压管2内壁上。
46.在一些其他的实施例中，固定结构21包括安装于测压管2内壁的绑绳，传感器5以及对接插头41直接通过绑绳绑扎于测压管2内。
47.当然，固定结构21并不限于以上三种实施例，凡是能够将传感器5以及对接插头41固定于测压管2内壁的结构都可以是上述实施例所提及的固定结构21。
48.本发明第二方面的实施例在于提供一种中线法尾矿库浸润线在线监测方法，如图2所示，本发明第二方面的实施例提供的中线法尾矿库浸润线在线监测方法采用了上述中线法尾矿库浸润线在线监测装置，包括：步骤s101：在中线法尾矿库坝体外坡面选定监测点位安装测压管2；步骤s102：在已安装好的测压管2周围开挖尾砂，形成一个以测压管2为中心的基坑，将测压管2延长至出露地表；在测压管2外套保护套管1，保护套管1底部下放至基坑底部，并用尾砂填埋基坑，令保护套管1垂直于坝面，保护套管1露出尾砂表面长度短于出露地表的测压管2高度；步骤s103：通过固定结构21将传感器5固定于测压管2内，将线缆4一端的对接插头41与传感器5连接，线缆4另一端的对接插头41与采集组件3连接，将采集组件3安装于保护
套管1的顶端。
49.本发明第二方面的实施例所提供的中线法尾矿库浸润线在线监测方法操作简单，可实现监测装置的快速安装，同时有效对线缆4进行保护，保证监测过程连续、稳定。
50.在一种优选的实施例中，中线法尾矿库浸润线在线监测操作如下：（1）在中线法尾矿库坝体外坡面选定监测点位安装测压管2，可采用随筑坝过程预埋安装或在已堆筑坝面钻孔安装两种方式；（2）在已安装好的测压管2周围开挖尾砂，形成一个以测压管2为中心的基坑，将测压管2延长至出露地表一定高度；在测压管2外套一截两端带法兰盘的固定长度保护套管1，保护套管1底部下放至基坑底部，并用尾砂6填埋基坑，保证保护套管1垂直于坝面，保护套管1露出尾砂6表面长度稍短于出露地表的测压管2高度，保护套管1安装过程使用水平尺确保安装与坝体水平表面垂直；（3）在测压管2内安装传感器5，传感器5为孔隙水压力传感器，传感器5由线缆4引出到管口，线缆4的两端均具有对接插头41，对接插头41连接传感器5的一端固定在测压管2内侧壁上，使传感器5一旦安装到位后其安装位置不再发生变化，即传感器5的安装高程固定不变；（4）对接插头41另一端接入通过保护套管1顶部法兰盘安装的采集组件3，该采集组件3采用太阳能供电、无线通信，保证长期稳定供电及数据传输。
51.在一些实施例中，还包括：每个浸润线监测点独立布置一套中线法尾矿库浸润线在线监测装置，不同监测点之间独立工作，各监测点之间有线电气连接或无线数据连接；各监测点数据通过无线传输模块33直接无线发送至远程采集计算机，数据传输链路不经过尾矿库在线监测系统部署在本地的任何其他监测设备或附属设施。
52.由于每个浸润线监测点独立布置上述在线监测装置，采集组件3可通过公网将采集数据无线传输至本地服务器或云服务器，每一个单节点故障后，只影响该单点的数据传输，不影响其他节点，解决一般有线式监测系统一旦节点故障导致整个或局部网络瘫痪的情况。
53.具体地，单套监测装置采用太阳能供电、gprs/3g/4g/5g无线通信方式实现设备供电和通信，形成分布式系统架构，有利于实现模块化设备模组，方便快速部署与移动、加高安装。
54.当坝体外坡面随着筑坝过程即将埋没保护套管时，需进行监测设备抬升工作，在一些实施例中，如图2所示，上述中线法尾矿库浸润线在线监测方法还包括：加高步骤s104：取消采集组件3与保护套管1的连接；取消线缆4与采集组件3的连接，并通过对接插头41在线缆4和采集组件3之间增设其他线缆4；在测压管2的顶部通过连接结构向上延接其他测压管2，并通过固定结构21将增设的线缆4的对接插头41固定于原测压管2内壁；在保护套管1的顶部通过连接件11向上延接其他保护套管1；用坝面尾砂充填延接的保护套管1与延接的测压管2之间的空隙；将采集组件3与最顶端的保护套管1连接；步骤s105：当坝体外坡面尾砂接近最顶端的保护套管1管口位置时，再次循环上述步骤。
55.上述步骤可实现监测装置的快速加高，操作过程中不需要取出传感器5，可靠性强，有效保证监测结果精确度。
56.需要说明的是，上述步骤s104中，根据实际情况，各操作的顺序可进行适当调整。
57.为便于描述，延接的测压管2称为延长测压管，延接的保护套管1称为延长保护套管，增设的线缆4称为延长线缆，具体在操作时：（1）拆卸采集组件3与保护套管1中法兰盘上的螺栓；（2）将采集组件3与线缆顶端的对接插头41断开，将延长线缆底端的对接插头与原线缆4顶端的对接插头41连接，延长线缆底端的对接插头41通过卡扣固定在原测压管2的内壁上，将延长线缆穿过固定长度的延长测压管，并通过连接结构将延长测压管安装在原有测压管2上；（3）在保护套管1上通过法兰盘连接固定长度的延长保护套管，延长保护套管安装过程使用水平尺保证与大地水平面垂直后，用螺栓固定上下两节保护套管对接的法兰盘；（4）安装好的延长测压管长度也要稍高于延长保护套管，延长测压管和延长保护套管安装到位后，用坝面尾砂充填延长保护套管与延长测压管之间的空隙；（5）将延长线缆顶端的对接插头41与采集组件3连接，将监测桩31用螺栓紧固安装到延长保护套管顶部的法兰盘上；（6）等到坝体外坡面尾砂再次接近延长段保护套管管口位置时，再次循环上述加高过程。
58.综上所述，本发明实施例提供的中线法尾矿库浸润线在线监测装置及方法具有以下优点：（1）通过增加使用法兰盘连接的固定长度保护套管1、测压管2和对接线缆4的方式，实现中线法尾矿库外坡面监测设备随着坝面抬升而整体加高，整个加高过程用时短，可避免长时间数据中断，保证在线监测数据连续性；（2）通过配合能够固定的对接插头41，实现监测设备加高过程中，线缆4的动态延长，并保证传感器5最初安装到位后，后期的保护套管1以及测压管2加高作业不会导致传感器在孔内安装位置的变化，即测压管2随坝体加高的过程不改变传感器5的安装高程，保证自始至终监测孔内水位变化是基于同一基准的体现；（3）对接插头41固定于管壁后，还有助于降低顶部连接采集组件3的线缆4上的自重拉力；（4）采集组件3使用太阳能供电以及无线通信，避免在频繁变化的中线法筑坝尾矿坝面布设供电通信电缆，操作简单易行；（5）保护套管1不仅用于保护测压管2，还用于固定顶部采集组件3，作为出露尾矿坝表面的监测桩31基础，实现了采集组件3的模块化快速拆卸安装；（6）采用分布式系统结构，即每个浸润线监测点独立布置一套监测装置，使得单节点故障后，只影响该单点的数据传输，不影响其他节点，解决一般有线式监测系统一旦节点故障导致整个或局部网络瘫痪的情况。
59.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。