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来源:黄山西海大峡谷观光缆车分公司 作者:谢文杰 李 冰
日期:2018-04-17 [ 加粗 高亮 还原 ]
浅谈缆车地质灾害监测系统的创新研究

摘 要: 黄山西海大峡谷因其有别于黄山其他景点的群峰竞秀、巧石如林而被广大游客所称道,随着西海观光缆车的开通,游玩的客人越来越多,但又因其特殊的地理环境所产生的一些地质灾害对缆车的正常运营造成了诸多不良影响。缆车在运营过程中采取了诸多措施来预防和治理地质灾害,本文着重介绍缆车创新研究的地质灾害监测系统——振动监测系统的原理、组成及效果。

关键词:  地质灾害 安全 动态监测 振动监测系统

一、地质灾害的危害

黄山西海大峡谷因其有别于黄山其他景点的群峰竞秀、巧石如林而被广大游客所称道,随着西海观光缆车的开通,游玩的客人越来越多,但又因其特殊的地理环境所产生的一些地质灾害对缆车的正常运营造成了诸多不良影响。

缆车线路穿行峡谷而过,两侧为高大险峻的山峰,山体地质灾害对缆车的安全运营构成较大影响,地质灾害主要分为:崩塌、滑坡、泥石流。

因峡谷山体为花岗岩岩石组成,不存在泥土,不存在发生泥石流的条件,而崩塌、滑坡是缆车需要重点防范与治理的地质灾害。通常情况下而言,大规模的崩塌、滑坡会在瞬间将缆车支架、站房等设施摧毁,造成严重的灾害,零星的落石也会对缆车钢结构、钢轨、车厢造成致命的威胁,因此崩塌、滑坡对缆车的运营安全造成严重的危害,需要引起我们的特别重视,采取措施,认真落实,使地质灾害的防范和治理系统化、规范化、科学化。

二、地质灾害常规治理机制与措施

落实地灾巡视与治理责任制,切实做好缆车地质灾害防治工作,保障缆车运营安全,形成主要负责人负责全面工作,分管负责人负责具体抓,各部门负责的实施机制,成立地灾防治领导组和观测组。地灾防治领导组负责总体部署、指导、协调和监督缆车开展安全生产隐患排查整治工作,观测组负责缆车线路沿线隐患点日常巡查监测工作。

加强地质灾害日常巡查工作,完善监测体系。巡查观测人员每日做好线路巡查工作,巡查过程中做好影像资料收集工作,巡视记录完整、真实填写,发现异常状况及时向领导汇报情况。针对地灾隐患点建立现场巡查制度,邀请地质灾害专家现场巡查地灾隐患点,提出防控措施和治理方案。

编制缆车地质灾害应急救援预案,并进行演练,确保预案的适宜性。进一步落实“五落实五到位”安全管理规定,做到责任、投入、培训、管理、应急救援到位,建立汛期领导带班和24小时值守制度,确保一旦发生灾情或险情,能够迅速启动预案开展应急救援和处置

在地质灾害治理上,积极协调相关职能部门,建立健全联动机制,确保缆车日常地质灾害巡查工作的有效推进。因西海大峡谷所处的特殊地理环境,气候变化较快,尤其需要做好与气象部门的协调工作,第一时间获取大峡谷天气资料,及时启动暴雨、台风等恶劣天气应急预案,在最大程度上减少地质灾害带来的损失。

对巡查人员开展地质灾害的识别、防范知识以及灾情汇报业务知识培训,开展多形式的宣传教育活动,普及地质灾害相关知识,提高全员防灾减灾意识,确保灾害时处置得当、高效。

三、振动监测系统的研究与实践

缆车在地质灾害治理采取常规措施的同时,归纳总结,积极创新,提出建立振动监测系统的设想,并付诸实践,以求有效监测落石,减少损失,避免发生地质灾害伤亡事故,保障游客的生命财产安全。

缆车运营过程中,通过视频监控系统对落石砸毁钢结构视频回放发现,钢结构存在有别于缆车运行的振动,振动速度和幅度明显较大。若将此信号提取转化为电信号,plc接收予以响应,报警提醒控制室值班人员。

振动监测系统的前端部件为磁电式振动速度传感器,它是整个系统的灵魂,磁电式振动速度传感器的原理是电磁感应原理,将运动速度转换成线圈的感应电动势输出的传感器。它不需要辅助电源,就能把被测对象的机械能转换成易于测量的电信号,是一种有源传感器。磁电式传感器有时也称作电动式或感应式传感器,它只适合进行动态测量。

在均衡的磁场内设穿过线圈的磁通量是Φ,则线圈内感应电动势与磁通的变化率成正比。

E=—kdΦ/dt

式中,k为比例常数,当e的单位为V,Φ的单位为Wb,t的单位为s,则k=1.这时

E=—dΦ/dt

当W匝线圈在均恒磁场内运动时,设穿过线圈的磁通为Φ,则线圈内的感应电势e与磁通变化率dΦ/dt有如下关系:

E=—WdΦ/dt

由上式可见,只要有磁通量变化存在,就可以得到感应电势e。

图-1是磁电式振动速度传感器的典型结构。

在测量钢结构振动速度时,传感器固定或紧压于被测钢结构,磁钢4与壳体2一起随钢结构系统的振动而振动,装在芯轴6上的线圈5和阻尼环3组成惯性系统的质量块并在磁场中运动。感应电势是由于磁钢4与线圈5之间有相对运动——线圈切割磁力线而产生,线圈中产生的感应电势e=Blv。式中

B——气隙磁通密度(T);l——气隙磁场中有效匝数为W的线圈总长度(m)为l=laW(la为每匝线圈的平均长度);v——线圈与磁铁沿轴线方向的相对运动速度(m/s)。

在恒磁通式结构中,当传感器的结构确定后, B、la、W都为常数,感应电势e仅与相对速度v有关。

弹簧片1径向刚度很大、轴向刚度很小,使惯性系统既得到可靠的径向支承,又保证有很低的轴向固有频率。阻尼环一方面可增加惯性系统质量,降低固有频率,另一方面在磁场中运动产生的阻尼力使振动系统具有合理的阻尼。为了保证传感器输出的线性度,要保证线圈始终在均匀磁场内运动。

由于传感器应用于室外,环境潮湿,最低气温低至—20℃,传感器易损坏,需将传感器、运算放大回路、电压电流变送回路等集成在一起,外包装要求达到IP65的防护等级。缆车所选用的一体化振动变送器HZD-B-4F(图-2)将磁电式振动速度传感器、放大回路以及变送电路集成在一起,实现了传统的“传感器十监测仪表”模式的振动测量系统的功能,适合于构建经济型高精度振动监测系统,该变送器可直接连接DCS、PLC或其它系统。

一体化振动变送器HZD-B-4F主要技术指标:

外接电源: 24V DC

输入信号:内置ST系列磁电式速度传感器的信号

量程范围:位移:0~500μm(峰-峰值)烈度:0~50.0mm/S(真有效值)

输出信号:电流输出:4~20mA  

振动监测系统由PLC、前端设备、后端设备组成。前端设备包括一体化振动传送器、阀值开关、风速传感器,后端设备包括蜂鸣报警器、停止按钮、启动按钮组成(图-3)。

PLC程序清单如下:

由于西海大峡谷气候变化无常,存在小气候现象。缆车需时刻关注着线路沿线的天气变化,而气象部门只是每日发送一次黄山景区的天气信息,无法满足缆车需求。因此,我们在缆车上、中、下站装设风速仪,负责采集瞬时风速数据,当风速达到警戒值时,缆车将暂时停止运行规避风险。

一体化振动传送器的监测电流信号输入阀值开关,当振动速度达到设定的临界值时,阀值开关的开关信号由打开变成关闭,开关量输入PLC,PLC程序作出响应,向蜂鸣报警器输出开关量信号,蜂鸣器发生闪光和报警声。控制室人员接警后,迅速停车,报告值班领导,巡线员立即赶往报警点予以现场确认。值班领导根据现场情况汇报决定是否启动应急响应。落石造成钢结构损坏严重,缆车运行安全无法有效保障,而控制室在运行前或车厢未至报警点前停止运行,有效规避了风险,保护了游客人身财产安全。

四、结语

目前,在实践应用中存在的问题是振动速度的阀值设定与落石造成钢结构振动速度无法有效匹配,经常发生误报警现象,这需要通过不断的研究和实践来解决。随着黄山西海大峡谷知名度的不断提升,来此游玩的游客将会更多,缆车的安全运营压力将会更大。对于地质灾害治理来说,我们在落实常规防范和治理措施的同时,将不断增强与同行和专业部门的沟通交流,建立联动机制。缆车自身将不断归纳总结,勤于思索,开展地灾防范创新研究,提升缆车安全运营水准。

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