CN103257644A

CN103257644A - 一种尾矿库安全状态在线监测方法

Info

Publication number: CN103257644A
Application number: CN2013101943075A
Authority: CN
Inventors: 于广明; 潘永占; 王彬; 吴雁
Original assignee: CHONGQING REINTEL SHIELD TECHNOLOGY; Qingdao Gaoke Construction Engineering Consulting Co Ltd; Qingdao University of Technology
Current assignee: CHONGQING REINTEL SHIELD TECHNOLOGY; Qingdao Gaoke Construction Engineering Consulting Co Ltd; Qingdao University of Technology
Priority date: 2013-05-21
Filing date: 2013-05-21
Publication date: 2013-08-21

Abstract

本发明属于矿山施工技术领域，涉及一种尾矿库安全状态在线监测方法，基于快速搜索算法，利用尾矿库在线监测系统实现在线监测，在线监测系统包括监控装置、数据信息汇集单元、数据信息分析判断单元和结果处理单元，其中监测装置包括静力水准仪、滑动测斜仪、渗压计、水位计、水质监测仪、雨量计、摄像机和物位仪；数据信息汇集单元分别与监测装置的各单元装置电信息连通，采集各种数据信息，并根据采集的信息数据和尾矿库现状条件采用快速搜索算法对数据信息进行集中分析处理，从而判断和显示尾矿库的安全状态；其工艺步骤简便，操作灵活，原理可靠，维护成本低，可扩容性强，广泛适应于不同监测指标要求，环境友好。

Description

一种尾矿库安全状态在线监测方法

技术领域：

本发明属于矿山施工技术领域，涉及一种基于快速搜索算法，利用现代监测技术设备采集数据信息，再通过对数据信息的分析计算实现尾矿库安全状态在线监测的技术工艺，特别是一种尾矿库安全状态在线监测方法。

背景技术：

尾矿库是一种特殊的矿山工业构筑物，也是一座人工建造的具有高势能泥石流的巨大危险源，由于其存在溃坝的危险，所以其稳定性问题是矿山安全生产中急需解决的首要课题。据不完全统计，我国现有金属、非金属矿山10.44万座，每年产出尾矿约3亿T，尾矿库数量在6000座以上，其中已形成一定规模的大、中型尾矿库约有1500多座，主要分布于有色、冶金、化工、核工业、黄金、建材等6大行业，其中库容超过1亿m³的有10座，坝高超过100m的有26座，最大设计坝高已达260m，其尾矿库数量之多、库容之大、坝体之高是世界上少见的，发生事故的频率之高和事故的破坏程度之大也是少见的。一旦发生事故，破坏力巨大的泥石流将涌向下游，必将对下游地区人民的生命和财产造成巨大危害，对环境造成严重污染。尾矿库稳定性研究属于前沿性的课题，不仅涉及到采矿、选矿方面的知识，而且还涉及到水力学、土力学、泥沙流动力学和筑坝技术等诸多方面的知识，是一个复杂的综合性课题。由于尾矿库结构的复杂性，国内外对尾矿库稳定性和灾变机理的研究及解决方案大都停留在定性分析的水平上。

目前，尾矿库安全运行的主要技术参数如坝体变形位移、库水位、浸润线埋深等，均由人工定期用传统仪器到现场进行测量，安全监测工作量大、受天气、人工、现场条件等许多因素的影响，存在一定的系统误差和人工误差，人工巡检1次需要几个小时，费时费力。同时，人工监测还存在不能及时监测尾矿库的各项技术参数，难以及时掌握尾矿库各项安全技术指标等缺点，这些都将影响尾矿库的安全生产和安全管理水平。尾矿库自动化安全监测系统的实施，便于企业和安全监管部门快速掌握与尾矿库安全密切相关的技术指标的最新动态，有利于及时掌握尾矿库的运行状况和安全现状，可以提高尾矿库的安全性，保障库区下游企业正常运转及库区人民群众的生命财产安全，避免因尾矿库事故而造成的环境污染等，具有重要意义。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供一种基于现代监测技术和设备，实现对矿山的尾矿库安全状态在线监测。

为了实现上述目的，本发明基于快速搜索算法，利用尾矿库在线监测系统实现在线监测，在线监测系统包括监控装置、数据信息汇集单元、数据信息分析判断单元和结果处理单元，其中监测装置包括静力水准仪、滑动测斜仪、渗压计、水位计、水质监测仪、雨量计、摄像机和物位仪；数据信息汇集单元分别与监测装置的各单元装置电信息连通，采集各种数据信息，并根据采集的信息数据和尾矿库现状条件采用快速搜索算法对数据信息进行集中分析处理，从而判断和显示尾矿库的安全状态。

本发明采用在线监测系统对尾矿库安全状态在线监测的具体步骤包括：

（一）、先对库区安全运行状态进行数据信息监测采集，包括：

（1）、库区位移监测，采用静力水准仪对尾矿坝表面的竖向沉降进行监测，设备到场后采用大地引进基准法，将基准点固定在坝体以外相对尾矿库稳定的岩土体上，基准点确定后采用混凝土蘑菇型园桩埋入地表下0.5m或直接安装在基岩上，土层要穿过冻土层，采用预埋地脚螺栓固定；对于坝体内部水平位移，采用滑动式固定测斜仪进行监测，先利用勘探钻机打孔，孔径要求直径为89-110mm，孔深视具体地质条件确定，孔底深入基岩不小于2m；成孔完成后在孔内安装70mm直径的ABS测斜管；安装侧管时底部要求锥形底座安装，防止泥沙涌入管内，侧管垂直安装，接出地表200mm后利用混凝土四周防护顶部加装盖板；将测斜仪导向轮对应测斜管倒槽垂直向下安装，对应方向为坝体下游方向，然后进行传感器初始值测试，利用便携式读数仪测读当前传感器的现有度数，利用读数仪进行传感器的初次调零，调零后传感器进行三次测试，三次测试结果显示为零时表明传感器调零完毕即连接在线监测系统进行正常数据监测；

（2）、库区浸润线监测，采用渗压计，将监测横断面选在有代表性且能控制主要渗流情况的坝体横断面以及预计有可能出现异常渗流的横断面，横断面不少于3个，并尽量与位移监测断面相结合，监测横断面上的测点布置，应根据坝型结构、断面大小和渗流场特征确定，在堆积坝坝顶、初期坝上游坡底、下游排水体前缘各布置l条铅直线，其间部位每20～40m布设1条铅直线，埋深参考实际浸润线深度确定；

（3）、库区水位监测，采用水位计将测点布置选择在水位波动比较平稳地段，由于库区水质存在腐蚀沉淀物，在测点布置时使用直径70mm的ABS透水管，透水管的高度高于现有水平面，透水管底口密封，采用PVC螺纹帽进行泥沙的防护并且利用标识牌标识所在位置，以便后期维护安装；安装时要求传感器垂直固定，传感器低端采用透水石过滤防止堵塞；

（4）、库区降雨量监测，采用自记雨量计通过收集库区每时、每天、每周的雨量分析雨量对尾矿库的危害，以及提前做好安全管理的防范措施，为尾矿库的安全运行提供必须的历史依据；尾矿库区降雨量是影响其安全的最重要的环境因素，在视线开阔上部无遮挡的部位放置雨量计；通过雨量计自动获取降雨量数据，以及根据降雨量的情况预测库水位发展变化趋势，绘制历史曲线图；

（5）、库区干滩长度监测，在滩顶布设不少于3个物位计，监测滩顶高程，各测点中最低点的标高作为尾矿库滩顶标高，滩顶高程根据滩顶上升情况，定时做好检测，随时掌握滩顶高程，结合水位计读数和干滩平均坡度计算得到干滩长度；

（6）、库区渗流量监测，采用水位计配合量水堰进行监测，在排水涵洞出水口处通过布置量水堰和水位计，对排水涵洞内或渗流水流量进行实时监测；

（7）、库区水质监测，根据不同矿山的处理工艺选取不同的PH值、SS值、COD值和重金属含量监测指标，在回水区布设不同的监测传感器进行水质监测；

（8）、库区视频监测，通过在滩顶、回水区挡水坝、初期坝和排浆管线路处设置视频监控摄像头，对尾矿库日常生产和管理进行实时监控；

（二）、对步骤（1）-（8）监测的数据信息基于快速搜索算法对尾矿库安全状态进行汇集和实时分析，得到尾矿库运行中最危险滑动面和安全系数的安全状况数据信息；

（三）、再对坝体深部水平位移根据各测斜孔中测斜仪监测得到的数据和对应仪器的初始值进行数据处理；

（四）、对各监测装置采集的数据信息汇集到数据信息汇集单元，再将这些数据信息传输到数据信息分析判断单元，在数据信息分析判断单元分别对数据信息进行监测结果处理、滑动面快速搜索和安全系数分析后根据结果进行自动预警信息发布和启动应急预案，如果不符合自动预警条件，则重新进行数据信息的监测结果处理；通过对在线监测系统中预设的监测指标预警值与汇集得到的监测数据进行比较和判断，如果某个监测指标超过系统中预设的预警值，则自动实现尾矿库安全状态的实时预警和声光报警或短信报警，并在报警同时给出相应的处理预案，实现尾矿库安全状态的监测和预警。

本发明涉及的在线监测预警系统基于B/S架构编制，能够实现对监测结果的网络远程查看；涉及的各种传感器组成的监测装置分别为常规的监测设备。

本发明与现有技术相比，一是系统基于同一个总线平台，可精确的采集各种数据，得到精确的监测数据，并对监测数据进行完善的集中分析处理，判断尾矿库的运行条件，对尾矿库安全隐患进行报警；二是系统可实时采用快速搜索算法对尾矿库安全系数和可能滑动面进行分析，为实时掌握尾矿库安全状态及其变化趋势提供可靠的技术支撑；三是系统可按设定的时间间隔顺序显示矿山所有检测点实时视频信息，实现多台摄像机的显示，将指定的一个或多个摄像机实时图像显示在指定的一个或多个显示器上，对重要监控进行固定显示，对其他位置进行滚动屏显示，选择多种画面分割，能提供多种分辨率，以适应各种场合要求，并可以实现全屏显示；四是系统可视频智能分析报警，可自动分析库区水位变化、坝体形变、虚拟警戒线等自动化报警功能，作为各数据传感器的辅助手段，对灾害事故等安个事故进行预警，并可根据预先设定的阈值自动启动应急预案系统；五是系统设置有数据管理机构，集中对各传感器监测数据、各视频监测点监测数据进行统一的多级联动采集、分析、报警处理，尾矿库企业对各类安全事件的异常数据、内部处理流程、处置措施等需全部记录留存，形成生产运行电子档案，完整电子档案包括但不限于尾矿库安全技术规程所规定的全生命周期工程建设档案、生产运行档案和闭库及闭库后再利用档案；六是系统具备安全事故应急预案管理能力，发生重大险情时可自动启动紧急预案；七是系统可实现多级报警联动，报警按照预设级别的不同，具有层次性和针对性，不同级别的监控中心处理响应不同程度的报警；八是预警信息发布形式多样，可根据现场要求调整；其工艺步骤简便，操作灵活，原理可靠，维护成本低，可扩容性强，广泛适应于不同监测指标要求，环境友好。

附图说明：

图1为本发明涉及的监测方法工作流程原理示意框图。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图作进一步说明。

实施例：

本实施例选择的山东中矿集团玲南金矿尾矿库位于招远市玲珑镇罗山水库上游北侧“北草涧”支沟内，该尾矿库始建于1997年5月，2000年7月投入使用，目前堆坝高度为54.32m，主坝长600m，全库容达到590万m³，总库容为2087万m³，属于上游式尾矿筑坝山谷型尾矿库；尾矿库上游无重要设施，下游重要设施为罗山水库，下游居民人数为1200人，涉及建筑物有360栋；根据相关规程、设计文件以及玲南金矿管理要求，在尾矿库主坝分6个横断面布设传感器建立在线监测系统；针对该尾矿库特定的筑坝管理要求、渗流场及变形场的复杂性和溃坝的危险性，通过分析监测该尾矿库内部深层水平位移、竖向位移、浸润线深度、干滩长度、降雨量、库水位、回水水质、排水涵洞稳定性变化等指标，建立尾矿库在线监测系统；浸润线监测在主坝布置6个横断面，每个横断面设浸润线监测点3～12个不等，共计布设浸润线监测点36个；各横断面通过渗压计、库区水位、干滩位置确定浸润线位置；在坝顶布置静力水准仪1套，设置6个变形监测点和1个基准点；使用测斜仪来监测坝体内部的水平位移，布置6个断面，共设测斜孔8个（含初期坝2个），每孔根据孔深布置测斜仪2～5个不等；在澄清水区3号溢水井处设置1个库区水位监测站，采用水位计测量；在尾矿库监控机房房顶设置降雨量监测点1个；在坝顶设置视频监测点2个，以监控放矿状态；在初期坝顶附近设置视频监测点1个，监控排放水情况；在回水区挡水坝设置视频监测点1个，监控回水区溢水情况；在回水区挡水坝附近设置PH计和SS计各一只，监控回水水质情况；在南、北排水涵洞出水口均设置量水堰1座，监控排水流量情况；在南、北排水涵洞内部分别设置表面应变计4个和3个，监控排水涵洞稳定性情况；各监测点数据信息传输到设在尾矿库值班室的监控机房，数据经数据处理并开发相应的基于B/S架构的软件平台，实现玲南金矿尾矿库安全状态监测和运行。

Claims

1.一种尾矿库安全状态在线监测方法，其特征在于采用在线监测系统对尾矿库安全状态在线监测的具体步骤包括：

2.根据权利要求1所述的尾矿库安全状态在线监测方法，其特征在于涉及的在线监测预警系统基于B/S架构编制，能够实现对监测结果的网络远程查看；涉及的各种传感器组成的监测装置分别为常规的监测设备。