尾矿库安全在线监测技术探讨

【摘要】矿山重大危险源之一就是尾矿库，使用安全监测设施是为获得尾矿库运行各种准确数据， 指导尾矿库安全运行管理， 适时掌握尾矿库运行状态， 预防发生生产事故的重要手段。

【关键词】尾矿库；安全在线监测；技术；发展

中图分类号： P624.8 文献标识码： A 文章编号：

一、前言

矿山安全是制约矿山发展的重大瓶颈，尾矿库又是矿山的重大危险源。为有效管理尾矿库，避免安全事故，必须准确监测并及时提供尾矿库的安全状态数据。随着各种安全监测技术和设备的不断更新发展和对尾矿库安全性的日益重视，尾矿库安全监测技术也在快速发展。

二、尾矿库安全管理的现状

据国家安全监管总局调查统计，到 2008 年年底，我国共有尾矿库 12655座，其中100万 m以上的尾矿库有800多座。在全国尾矿库专项整治行动中，国家安全监管总局完善了尾矿库数据库，掌握了我国共计7919座大中型尾矿库的详细信息，其中数量位居前 3 位的是河北省、辽宁省、河南省，尾矿库数量分别为1806 座、1277 座、542 座。根据数据库数字显示，目前我国尾矿库企业中，冶金企业数量为3390家，占总数的 43% ；有色企业数量为2149 家，占 27%。我国尾矿库数量多、规模小，堆坝方式以上游式为主，安全度处于较低水平，1/3 以上的未经正规设计，尾矿库下游居民和重要设施较多。因此，必须采取严格的措施以确保尾矿库运行安全。

三、在线监测的必要性

尾矿库是矿山的一个重要设施，也是矿山重大危险源和污染源，其安全监测是为获得尾矿库运行各种确切数据，了解其运行状况，指导尾矿库安全运行。

尾矿库监测较早、较普遍采用的是人工观测，由于人工观测周期长，资料的整编分析缓慢，信息传递滞后，不能适应尾矿库安全对监测工作的时效性要求。采用在线监测可以对尾矿库进行更精细的观测，提升尾矿库安全管理和监管水平，增强企业、社会、政府对于尾矿库灾害的预警响应能力。

在线监测是应用现代电子信息、通讯手段及计算机技术，实现监测数据自动采集、传输、分析和管理的监测技术。在线监测利用网络技术，使不间断的电测数据实现空间跨越，监测数据通过无线或有线传输，可以在第一时间呈现在监管人员眼前，为防灾、减灾的预警创造条件。随着经济发展和科学进步，尾矿库在线监测技术得到了较大发展，新技术、新方法成效显著，为在线监测提供了经济基础和技术支撑。

四、在线监测设计原则

1、监测设计科学可靠、布置合理、全面系统、经济适用。

2、监测仪器、设备、设施的选择，应精确 稳定、耐久和抗干扰。

3、监测点布置应根据尾矿库的设计等别确定，突出重点，兼顾全面，统筹安排。

4、监测仪器、设备 、设施的规格、安装和埋设设计应先进、合理、可靠。

5、在线监测与人工观测相结合，统筹兼顾，达到互相校核和比对。

6、在线监测系统包含的自动采集、远程传输、数据存储、处理分析及综合预警功能等具备在各种气候和自然条件下实现适时监测能力。

7、在线监测设计要求测点坚固耐久，作业点平坦和道路通达。

五、尾矿库安全在线监测技术

1、位移在线监测技术

坝移在线监测的方法和仪器设备种类很多，根据测点的位置可以分为坝体表面和内部位移监测；根据测量功能分为水平位移监测、垂直位移监测及三维位移监测。坝体表面位移在线监测方法包括两大类：一类是使用 GPS、智能全站仪等根据基点高程和位置来测量坝体表面标点、觇标处高程和位置变化，这种方式可以实现测点的三维位移数据测量；另一类是在坝体表面或内部安装或埋设一些仪器来监测位移，这种方式通常只能测量测点的单项位移数据（水平位移或垂直位移）。

常用的有测斜仪技术、引张线技术，激光准直技术、正倒垂线技术、连通管法监测技术 （静力水准法）、振弦式沉降仪监测技术等。从性能、安装方法、使用维护及安装成本等方面考虑，这些技术方法各有优缺点，在使用中配套布置、相互验证。

2、浸润线在线监测技术

坝体浸润线监测最常用的人工监测方法是测压管法，即选择能反映主要渗流情况的坝体横断面，或预计有可能出现异常渗流的横断面作为观测断面，埋设适当数量的测压管，通过人工测量测压管中水位来获得浸润线的高低。在此基础上，以孔隙水压力传感器技术测量水位来实时在线监测系统在近年得以快速的推广应用。

传感器的监测类型主要有振弦式、光纤渗压式，都是通过测定孔隙水压力进而求得浸润线。孔隙水压力为 0的表面即为尾矿坝的浸润线。

3、干滩在线监测技术

在定量评价尾矿库的防洪能力时，需要测定滩顶标高和设计最高洪水位下允许达到的干滩长度，当前的检测方法难以准确并快速测定这两个指标，问题在于水边线的界线很不明显，该处又无法进入。通常采用的方法是测量监测断面上的几个点的干滩高程，结合测点间的距离计算出干滩坡度；再利用库水位、坝顶标高 （需要时还有坝顶宽度、相关测点间距、坝体坡度等） 分别求得干滩与库水面和尾矿坝外坡面的交点 （滩顶标高）；进而求得干滩长度 （或安全超高）。目前常用的干滩标高监测仪器主要是超声波液位计、雷达液位计和激光液位计，精度和稳定性可以满足一般要求。

4、库水位在线监测技术

尾矿库内存有大量的尾矿浆沉淀水，水位监测的目的是根据水位的高低，判断该库防洪能力是否满足安全要求。主要监测仪器是超声波液位计、雷达液位计和激光液位计。

5、降雨量在线监测技术

降雨量监测主要是实时掌握汛期降雨量大小，为调洪演算提供计算依据。主要使用容栅式雨量计来检测降雨量的大小。

六、尾矿在线监测技术的新进展

随着国家和地方有关尾矿在线监测方面法律法规的推出,尾矿在线监测系统广阔市场前景引起了大专院校、科研机构和相关的企业的重视,纷纷开始进人这一新兴市场,虽然我国在尾矿在线监测系统的应用方面还刚刚起步,许多仪器、设备甚至于还处在试验室研究阶段。但科研机构及企业的高度重视和投人,显现出了尾矿在线监测系统的强大生命力和美好的应用前景。

可喜的是,部分企业已经发现了上述在线监测系统所存在的一些问题,并开始了有针对性的研究,取得了阶段性的成果。如中科矿联(北京)科技发展有限公司所做的通用专家软件分析模型研发,具有稳定性系数分析、渗流层分析、滞后时间推算等多种功能,已经进入到实际应用阶段;优耐森(北京)系统工程技术有限公司针对尾矿库的特点,研制了尾矿专用浸润线监测设备,解决了部分测压管内无水和大气压力原因造成的数据误差大问题,同时因采用非接触式方式,有效避免了因水质腐蚀而造成传感器件损坏,无线传输和“傻瓜式”的安装调试方式使企业自行实施此系统成为了可能;山东联创自动化开发的光敏靶和激光结合方式监测形变,通过构思独特的工作原理和设计方案,避免了激光测距仪不能在雨天、雾天工作的缺陷,实现全天候监测,大幅降低了形变监测的应用成本,亦是一个有益的尝试。此外部分在线监测项目—如太钢峨口铁矿尾矿库,采用了数据采集网络和传输过程的无线工作方式,避免了在坝体上挖沟布线,最大程度地减小了因土建工程而对坝体产生的伤害,同时缩短了工期,具有推广价值。尾矿在线监测正向系统化、智能化、专业化、简捷化发展。

七、结束语

随着高新技术的快速进步，尾矿库的在线监测技术将获得更大发展。在线监测系统能迅速、全面、准确获得尾矿库的动态运行数据,这是其它传统手段所无法比拟的,其在尾矿库安全日常管理工作中起到了重要作用,值得我们继续去研究。

参考文献

［1］田文旗. 尾矿库安全技术与管理［M］北京： 煤炭工业出版社，2011

[2]刘高峰. 尖山铁矿尾矿库安全自动监测系统设计［J］现代矿业，2011