CN103852041A - 一种尾矿库干滩长度在线监测的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种尾矿库干滩长度在线监测的方法，首先在尾矿库的干滩面上依次布置一定数量的渗压计，以获取实时的浸润线；当每个测点的布置位置确定后，测量每个测点所在位置的三维坐标；根据所述干滩面走向与坝体走向的不同相对位置，建立相应的库长-坝高坐标系；再根据所测量的各个测点的三维坐标，拟合到所建立的相应坐标系内，计算出所需的干滩长度。该方法能适用不同形状的干滩面，提高干滩长度的监测精度，并减少系统雷击概率，进而提高系统的防雷可靠性。

Description

一种尾矿库干滩长度在线监测的方法

技术领域

本发明涉及矿冶技术领域，尤其涉及一种尾矿库干滩长度在线监测的方法。

背景技术

目前，干滩长度是尾矿库运行的一个重要指标，其意义在于控制尾矿库水位，防止发生溢坝危险，因此实时监控尾矿库干滩长度是尾矿库日常管理的重要工作。而准确的干滩长度测量方法必须首先要解决的关键问题则是适应性、精度、可靠性以及成本；由于不同尾矿库干滩长度以及干滩面形状走向各不相同，当前常用的各种干滩长度测量方法都不能适应所有干滩面，其应用存在很大的局限性，且精度和可靠性较低，成本也较高，因此探索新的能解决以上关键问题的监测方式来测量干滩长度成为当前急需要解决的问题。

现有技术方案中，坡度推算法是当前尾矿库在线监测系统中使用最多的一种干滩长度测量方法，其基本原理为：在尾矿库干滩上设置多个剖面，每个剖面设多个监测点，其中第一监测点设置在靠近坝体的干滩滩顶处，第二监测点则对应地设置在从坝体向库区水位方向按国家标准规定的距离位置，后面根据需求可以再布置多个测点。在设定的监测点埋设立杆，安装波物位计，预先测定好物位计的高程及相对距离，通过测量物位计距滩面的高度来计算干滩高程，求出干滩坡度，再结合水面高度来计算干滩长度、安全超高等信息。坡度推算法缺点是当干滩长度较长时，如果布置干滩高程测点较少，虽费用较低，但根本无法反映真实干滩坡度，使得计算出的干滩长度误差较大，误差最大可达数百米；若布置的高程测点较多，虽能提高坡度与长度测量精度，但是费用较高，且设备置于干滩上，易遭雷击，系统防雷能力较弱。同时，对于干滩面弯曲或与坝顶斜交的情况，所测的干滩长度与实际情况相差较大，无法反应真实情况。

图像识别方法在部分尾矿库干滩长度测量中进行了应用，其基本原理是：应用图像识别技术将尾矿库干滩图像二值化，从而使干滩图像变得简单，而且数据量减小，并能凸显出尾矿坝坝体及干滩的轮廓。其次，将二值化后的干滩图像进行处理与分析，利用像素检测技术计算分析干滩高度，进而分析出所需要的精确的数据结果，最后利用识别出的干滩高度与斜率计算出尾矿库的干滩长度。该方法的缺点是当干滩面弯曲且较长、气象条件不好时（尤其夜晚时，无法测量），其测量范围受到很大制约，这个时候测量的精度较低，即使有些学者采用多目视觉技术即布置多个镜头叠加来实现，但其费用较高，同样存在夜间无法测量问题，且系统的抗雷电能力也较弱，易遭雷击。

激光测角测距法是采用激光测距仪结合角度测量仪来进行干滩监测，再结合水位数据可以实时得到滩顶高程、安全超高、干滩坡度和干滩长度等信息。该方法的缺点是当干滩面弯曲且长度较长（数千米）时，其测量距离仍将受到很大制约，当天气条件不好时，激光的测量精度也受很大影响，且其费用非常高，同样设备处于空旷的干滩面上，系统的防雷能力较弱。

发明内容

本发明的目的是提供一种尾矿库干滩长度在线监测的方法，该方法能适用不同形状的干滩面，提高干滩长度的监测精度，并减少系统雷击概率，进而提高系统的防雷可靠性。

一种尾矿库干滩长度在线监测的方法，所述方法包括：

在尾矿库的干滩面上依次布置一定数量的渗压计，以获取实时的浸润线；

当每个测点的布置位置确定后，测量每个测点所在位置的三维坐标；

根据所述干滩面走向与坝体走向的不同相对位置，建立相应的库长-坝高坐标系；

再根据所测量的各个测点的三维坐标，拟合到所建立的相应坐标系内，计算出所需的干滩长度。

所述根据所述干滩面走向与坝体走向的不同相对位置，建立相应的库长-坝高坐标系，具体包括：

当所述干滩面走向垂直于坝体走向时，以坝脚处的点A为坐标原点，每个测点所在高程Z_i作为坐标系统的横坐标L_i，每个测点到A的水平距离作为纵坐标H_i，建立各测点所在新的坐标系（L_i，H_i）。

当所述干滩面走向弯曲但总体走向垂直于坝体走向时，选择一个主断面作为投影平面b，将其他不在该投影平面上的点投影到该投影平面b（垂直水平面的平面）上，然后在该投影平面b上建立新的坐标系。

根据所测量的各个测点的三维坐标，拟合到所建立的相应坐标系内，计算出所需的干滩长度，具体包括：

根据各个测点的三维坐标，拟合到浸润线曲线函数式H=g（L）与库水位高程函数式H=f（L），通过计算得到干滩曲线与水位的交点坐标（L_水，H_水）与干滩长度L之间的关系为：

L＝L_水-L_F＝l_水-L₃

进而计算出所需的干滩长度L。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例所提供的方法能适用不同形状的干滩面，提高干滩长度的监测精度，并减少系统雷击概率，进而提高系统的防雷可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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附图。

图1为本发明实施例所提供的尾矿库干滩长度在线监测的方法流程图；

图2为发明实施例所提供的尾矿库干滩长度在线监测原理示意图；

图3所示为本发明实施例所提供的干滩面走向垂直于坝体走向时的坐标系构建示意图；

图4所示为本发明实施例所提供的干滩面走向弯曲但总体走向垂直于坝体走向时的坐标系构建示意图；

图5所示为本发明实施例所提供的干滩面走向与坝体走向斜交时的坐标系构建示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，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，都属于本发明的保护范围。

下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本发明实施例所提供的尾矿库干滩长度在线监测的方法流程示意图，所述方法包括：

步骤11：在尾矿库的干滩面上依次布置一定数量的渗压计，以获取实时的浸润线；

从宏观的角度来说，由于尾矿库库内尾砂粒度整体相差不大，基于趋于均质，可以假设堆积坝体为一均质体，无论干滩表面坡度及形状如何变化不均，都可以假定坝体内的浸润线的线性度较高（其水力坡降线性度高于干滩面）。

如图2所示为发明实施例所提供的尾矿库干滩长度在线监测原理示意图，首先选择一个有代表性或最短的浸润线观测断面，从坝顶一直布置到滩内距离水边线一定距离，具体视现场能方便钻孔施工为准，基于上述基本假设，滩内的渗压计无需布置较密。

步骤12：当每个测点的布置位置确定后，测量每个测点所在位置的三维坐标；

这里，当每个测点布置位置确定后，开始测量每个测点，即传感器所在位置的三维坐标（X_i，Y_i，Z_i）。

步骤13：根据所述干滩面走向与坝体走向的不同相对位置，建立相应的库长-坝高坐标系；

在该步骤中，根据所述干滩面走向与坝体走向的不同相对位置，所建立的坐标系也不相同，具体来说分为三种情况：

第一：如图3所示为本发明实施例所提供的干滩面走向垂直于坝体走向时的坐标系构建示意图，图3中：以坝脚处的点A为坐标原点，每个测点所在高程Z_i作为新坐标系统的横坐标L_i，每个测点到A的水平距离作为纵坐标H_i，从而建立各个测点（A、B、C、D、E、F）所在新的坐标系（L_i，H_i，i=1,…6）。

第二：如图4所示为本发明实施例所提供的干滩面走向弯曲但总体走向垂直于坝体走向时的坐标系构建示意图，图4中：选择一个主断面作为投影平面b，将其他不在该投影平面上的点投影到该投影平面b（垂直水平面的平面）上，然后在该投影平面b上建立新的坐标系，如图4所示，A、B、D点坐标投影后的新坐标为A’、B’、D’。

第三：如图5所示为本发明实施例所提供的干滩面走向与坝体走向斜交时的坐标系构建示意图，此时的干滩长度计算分为两种情况，一种情况是当水边线没有超过图5中直线F’F’’所在的平面a时，也即

时，干滩长度采用与上述第二种情况类似的坐标系，即H’—L’坐标系，A、B、C、F’分别投影到H’—L’坐标系上，其计算与上述第二种情况类似，此情况下的（最小）干滩长度L为：

另一种情况是，当水位逐渐上升到

时，干滩面形状与上述第一种情况类似，即干滩面走向垂直于坝体走向，此时干滩长度采用第一种情况下的H—L坐标系，后继计算过程也与第一种情况相同。

步骤14：再根据所测量的各个测点的三维坐标，拟合到所建立的相应坐标系内，计算出所需的干滩长度。

在该步骤中，根据各个测点的三维坐标，拟合到浸润线曲线函数式H=g（L）与库水位高程函数式H=f（L），如图2所示的原理图，通过计算得到干滩曲线与水位的交点坐标（L_水，H_水）与干滩长度L之间的关系为：

L＝L_水-L_F＝L_水-L₃

进而计算出所需的干滩长度L。

上述方法能适用不同形状的干滩面，提高干滩长度的监测精度，并减少系统雷击概率，进而提高系统的防雷可靠性。

进一步的，对上述的测量过程进行误差分析，由于影响该方法测量误差的因素主要为坝顶放矿的影响，即放矿放抬升浸润线深度，当测点在放矿点附近时，放矿对浸润线的影响约在10-20cm，该影响对于数百米甚至数千米的干滩长度来说，可以忽略不计。此外，为进一步消除这一影响，在进行测点布置时，测点布置位置尽量远离放矿位置即可，同时也可通过数据分析对浸润线数据进行修正。

综上所述，本发明实施例所提供的方法能适应不同干滩面形状的干滩长度测量，解决了当前其他监测方法存在的应用局限性，提高了干滩长度的监测精度，并降低了系统的雷击概率，提高了系统的防雷可靠性。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种尾矿库干滩长度在线监测的方法，其特征在于，所述方法包括：

在尾矿库的干滩面上依次布置一定数量的渗压计，以获取实时的浸润线；

当每个测点的布置位置确定后，测量每个测点所在位置的三维坐标；

根据所述干滩面走向与坝体走向的不同相对位置，建立相应的库长-坝高坐标系；

再根据所测量的各个测点的三维坐标，拟合到所建立的相应坐标系内，计算出所需的干滩长度。

2.根据权利要求1所述尾矿库干滩长度在线监测的方法，其特征在于，所述根据所述干滩面走向与坝体走向的不同相对位置，建立相应的库长-坝高坐标系，具体包括：

当所述干滩面走向垂直于坝体走向时，以坝脚处的点A为坐标原点，每个测点所在高程Z_i作为坐标系统的横坐标L_i，每个测点到A的水平距离作为纵坐标H_i，建立各测点所在新的坐标系（L_i，H_i）。

3.根据权利要求1所述尾矿库干滩长度在线监测的方法，其特征在于，

当所述干滩面走向弯曲但总体走向垂直于坝体走向时，选择一个主断面作为投影平面b，将其他不在该投影平面上的点投影到该投影平面b（垂直水平面的平面）上，然后在该投影平面b上建立新的坐标系。

4.根据权利要求1-3其中之一所述尾矿库干滩长度在线监测的方法，其特征在于，根据所测量的各个测点的三维坐标，拟合到所建立的相应坐标系内，计算出所需的干滩长度，具体包括：

根据各个测点的三维坐标，拟合到浸润线曲线函数式H=g（L）与库水位高程函数式H=f（L），通过计算得到干滩曲线与水位的交点坐标（L_水，H_水）与干滩长度L之间的关系为：

L＝L_水－L_Ｆ＝Ｌ_水-L₃

进而计算出所需的干滩长度L。

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