CN111486926A - 确定深凹型湿排尾矿库反渗水位的动态监测系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种确定深凹型湿排尾矿库反渗水位的动态监测系统,包括等距离分布设置于尾矿库周边的多个水位计,水位计通过无线输出端依次传输信息至远程数据处理端。同时公开了利用该系统的监测方法,通过GPS定位在尾矿库周边等距离设置水位计,通过水位计的读数,得出水位变化图。根据水位变化波动范围,得到最低反渗点。再通过尾矿库上地下水水位计读数和尾矿库液面读数的差值与最低反渗点的大小进行比较,确保尾矿液不超过最低地下水位线。本发明可以确定一个反渗范围,低于该反渗范围的地方则不需要监测。这样一来能够节省大量的资金,达到高效率、低成本的要求。

Description

确定深凹型湿排尾矿库反渗水位的动态监测系统及方法
技术领域
矿山工程边坡稳定性是影响生产安全的重要因素,边坡稳定性问题一直以来都是岩土 工程领域面临的重要问题,因此确保边坡稳是边坡设计的首要任务。我国是一个矿业大国, 每年排放的尾矿量多达6.5亿吨其中大部分堆存在靠尾矿库中。尾矿库开采后堆放的过程 中,如果在没有提前采取防渗措施的情况下地下水位上升,就会导致尾矿受潮,尾矿一旦 受潮,将会对环境造成很大的污染。所以尾矿库的检测系统是非常必要的,当地下水位高 于防渗水位时,就要采取防渗处理。
背景技术
矿山工程边坡稳定性是影响生产安全的重要因素,边坡稳定性问题一直以来都是岩土工程领域面临的重要问题,因此确保边坡稳是边坡设计的首要任务。我国是一个矿业大国,每年排放的尾矿量多达6.5亿吨其中大部分堆存在靠尾矿库中。我国尾矿库具有以下特点:数量庞大我国现存大约12655座;库容小其中四等库以下占90%以上;尾矿库90%以上采用上游式筑坝法;尾矿库安全等级低,近40%尾矿库未达到安全要求;尾矿库周围人口较为密集发生安全事故的风险性较大,一旦发生事故,会造成大面积良田被毁,人民的财产受到巨大损失,上万人生活受到不同程度的影响,产生了一系列社会不良反应。尾矿库开采后堆放的过程中,如果在没有提前采取防渗措施的情况下地下水位上升,就会导致尾矿受潮,尾矿一旦受潮,将会对环境造成很大的污染。所以尾矿库的检测系统是非常必要的,当地下水位高于防渗水位时,就要采取防渗处理。
水通过对岩石强度的影响是的岩体的性质发生变化,表现在:随着水位上升,矿坑水位以下岩土体逐渐饱和软化,强度降低,尤其是对岩体中的软弱面夹层破碎带,其强度变化更加明显,表现为抗剪强度大幅降低,进而影响了滑坡体的稳定性平衡状态。库水位持续升高会导致边坡的稳定性降低,因此,对水位的长期监测尤其重要,通过对监测数据整理和分析,可以为边坡的稳定性分析和预测预报提供依据。
目前存在的监测系统,大都是对尾矿进行全面监测,不仅耗时还浪费成本,需要大量的资金,对企业的生产造成较大压力。传统的库水位监测是采用人工监测。人工监测工作量大,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,难以及时掌握尾矿库水位的动态变化等缺点。这些,都将影响尾矿库的安全生产和管理水平。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足,提供一种确定深凹型湿排尾矿库反渗水位的动态监测系统及方法,确定一个反渗范围,低于该反渗范围的地方则不需要监测。这样一来能够节省大量的资金,达到高效率、低成本的要求。
为实现上述目的,本发明采用下述技术方案:
一种确定深凹型湿排尾矿库反渗水位的动态监测系统,包括等距离分布设置于尾矿库周边的多个水位计,水位计通过无线输出端依次传输信息至远程数据处理端。
所述水位计为超声波水位计。
所述超声波水位计采用米科MIK-ZP超声波水位计。
所述远程数据处理端为计算机。
一种利用确定深凹型湿排尾矿库反渗水位的动态监测系统的监测方法,包括以下步骤:
1)以地面已知高程控制点为基点通过GPS定位对水位计的位置进行等距离分布设置;
2)再通过GPS定位的水位计位置,在尾矿库周边设置水位计;
3)再将水位计的读数通过无线输出端逐步传递,最后通过无线输出终端将其数据传到远程数据处理端,
4)通过远程数据处理端处理水位计的读数得出水位的动态变化图,通过水位变化图的出水位波动范围,并得出一个最低的反渗点,并提供一个防渗范围;
5)通过尾矿库上地下水水位计最小读数和尾矿库液面读数最大的差值,与最低的反渗点进行比较,把控尾矿库液面不超过地下承压水层,保证其工程的安全性。
所述步骤2)中在尾矿库周边设置水位计,先将尾矿库边坡一周进行相等距离间隔的划分,再在相同的距离间隔内设置水位计,来测量边坡地下水的动态变化。
设置的水位计确保一段距离放置一个,在竖向与横向等距离放置。
所述步骤3)中的读数通过无线输出端逐步传递,具体如下,第一个水位计的读数会通过无线数据端传给第二个水位计,第二个水位计会记录第一个水位计的读数,并将其读数连同第二个水位计的读数通过无线数据端一起传给第三个水位计,以此下去,一直传到离尾矿库液面最远的水位计,该水位计将其收到的读数通过无线数据端传到远程数据处理端。
所述步骤5)中,根据公式:
Figure 810650DEST_PATH_IMAGE002
Figure 944435DEST_PATH_IMAGE004
其中
Figure 848806DEST_PATH_IMAGE006
为尾矿库水位计点与尾矿库液面水位计点的高差值;
Figure 181698DEST_PATH_IMAGE008
为尾矿库地下水水位计的读数;为尾矿库液面水位计的读数,
Figure 464912DEST_PATH_IMAGE010
为最低反渗点,当
Figure DEST_PATH_IMAGE011
,说明其是安全的。
本发明专利结合GPS,通过数据的传递,能准确的得到每个位置的水位情况。当有尾矿库地下水水位计点与尾矿库液面水位计点的高差值低于最低反渗点时,能够快速、准确的将该点反馈到电脑中。并且可以给出反渗范围,低于该反渗范围的地方则不需要做防渗处理。这样一来能够节省大量的资金,达到高效率、低成本的要求。所以,本发明存在实际意义。
本发明的水位计采用超声波水位计,超声波水位计的工作原理是利用超声波在各种介质中的传播差异,然后将换能器安装在水中(水上或水下),通过发射与接收来测量水位。水介式超声波水位计的换能器放在水体底部,然后向水面发射声波。在水介质中声波传播的速度大、距离远,无须建立测井。
超声波水位计采用米科MIK-ZP超声波水位计。该水位计采用超声波脉冲原理进行非接触式的测量,是一种非接触式、高可靠性、高性价比、易安装维护的物位测量仪器。它不必接触介质就能满足大部分物位测量要求,集液位水位测距显示变送等功能于一体,被测介质几乎不受限制,可广泛应用于各种液体和固体物料高度的测量。该水位计的特点安装方式自由;智能组合按键,轻松调试仪表;0.3级高精度测量;OLED中英文菜单;仪表采用ABS工程塑料;IP65高等级防护。
水位动态监测其过程数据动态性较强,其采集间隔要保持一致性。以免遗漏一些动态细节。在尾矿库周边设置等距离水位计的取值主要是:春季和冬季降雨较少,其水位较低,水位波动范围较小,一般上升范围0-30cm。夏季和秋季降雨较多,其水位上涨较多,水位较高,水位波动范围较大,一般上升范围30-70cm。
在尾矿库周边设置等距离水位计的最低反渗点主要是:尾矿库液面的最大波动值要低于地下水位的最小波动值。
当水位计距离尾矿库液面较远时,其读数不一定明显,当水位计距离尾矿库液面越来越近时,逐渐有了读数。且随着距离尾矿库液面越来越近,读数也越来越大,水位变化越来越明显。
水位计读数通过水位计将其数据传到电脑中,有读数的同时也可反映出水位的变化量。因为水位动态监测其过程数据动态性较强,其采集间隔要保持一致性。以免遗漏一些动态细节。
采用本发明提供的技术方案,与现有技术相比,具有如下优势:
1.本次选用的水位计为超声波式水位计,该水位计的特点安装方式自由;智能组合按键,轻松调试仪表;0.3级高精度测量;OLED中英文菜单;仪表采用ABS工程塑料;IP65高等级防护。
2.本发明通过无线数据端将水位计的读数传到电脑数据分析端,系统通过数据分析,做出判断,如果出现异常,会及时弹出提示框并发送短信给相关人员。可以随时了解尾矿库的水位状态,真正做到了远程监控和尾矿库水位数字化的情况。
3.本发明首先通过GPS定位将确定尾矿库边坡进行等距离分布,提高了其准确性,再在尾矿库边坡等距离设置水位计,水位计的读数是逐步传递的,第一个水位计的读数会通过无线数据端传给第二个水位计,第二个水位计会记录第一个水位计的读数,并将其读数连同第二个水位计的读数通过无线数据端一起传给第三个水位计。以此下去,一直传到离尾矿库液面最远的水位计。当数据传到离尾矿库液面最远的水位计后,该水位计将其收到的读数通过无线数据端传到电脑端。
4.本发明能得到水位的变化情况,并与传统的GPS相结合,通过数据的传递,能准确得到每个位置的水位情况。当有尾矿库地下水水位计点与尾矿库液面水位计点的高差值低于最低反渗点时,能够快速、准确获得信息。当在水位变化加快时也可以适当加密监测频率。当监测频率加快时,传统的监测方法的效率就有所下降,而本监测系统在监测频率加快时,依然能快速、准确的知道每个点的水位情况。
5.对水位的长期监测尤其重要,通过对监测数据整理和分析,可以为边坡的稳定性分析和预测预报提供依据。在使用时,通过水位计得出的水位变化图来确定地下水位的波动范围,并确定一个最低反渗点。当尾矿库地下水水位计点与尾矿库液面水位计点的高差值低于最低反渗点时,说明该尾矿库存在危险。本发明能得到水位的变化情况,并与传统的GPS相结合,在电脑端能准确得到每个位置的水位情况。当尾矿库地下水水位计点与尾矿库液面水位计点的高差值低于最低反渗点时,能够快速、准确获得信息。当在水位变化加快时也可以适当加密监测频率。当监测频率加快时,传统的监测方法的效率就有所下降,而本监测系统在监测频率加快时,依然能快速、准确的知道每个点的水位情况。本监测系统可以为人们提供最低反渗点,并给出防渗范围,确保尾矿库地下水水位计点与尾矿库液面水位计点的高差值高于最低反渗点,以此来确保其工程的安全。
附图说明
图1为地下水位的监测;
图2为尾矿库周边水位计的布置;
图3为水位计。
附图标记如下:1、水位计,2、地下水位浸润线,3、尾矿库液面,4、渗流平衡线,5、地下水,6、尾矿库,7、无线数据端,8、接线口,9、显示界面,,10、O型密封圈,11、观察孔,12、锁紧螺母,13、连接段,14、探头。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等,均仅用以配合说明书所揭示的内容,以供熟悉此技术的人士了解与阅读,并非用以限定本发明可实施的限定条件,故不具技术上的实质意义,任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整,在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下,均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时,本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语,亦仅为便于叙述的明了,而非用以限定本发明可实施的范围,其相对关系的改变或调整,在无实质变更技术内容下,当亦视为本发明可实施的范畴。
如图1所示:将尾矿库斜坡设置水位计1,由于斜坡的高程不一样,水位计的读数不一样。
当水位计1有读数后,水位计的读数是逐步传递的,第一个水位计的读数会通过无线数据端传给第二个水位计,第二个水位计会记录第一个水位计的读数,并将其读数连同第二个水位计的读数通过无线数据端一起传给第三个水位计。以此下去,一直传到离尾矿库液面最远的水位计。当数据传到离尾矿库液面最远的水位计后,该水位计将其收到的读数通过无线数据端7传到电脑端。
通过电脑端得出的水位计读数和水位动态变化范围,得出一个最低反渗点,并得出防渗范围。
根据最低反渗点,确保矿库水位地下水水位计点与尾矿库液面水位计点的高差值高于最低反渗点。
根据公式:
Figure 834844DEST_PATH_IMAGE002
Figure 787364DEST_PATH_IMAGE004
其中
Figure 189526DEST_PATH_IMAGE012
为尾矿库水位计点与尾矿库液面水位计点的高差值;
Figure DEST_PATH_IMAGE013
为尾矿库地下水水位计的读数;
Figure DEST_PATH_IMAGE015
为尾矿库液面水位计的读数。
Figure 514197DEST_PATH_IMAGE010
为最低反渗点。当
Figure 445244DEST_PATH_IMAGE011
,说明其是安全的。
如图2所示:先将尾矿库6一周进行等距离间隔的划分,再在相同的距离间隔内设置水位计1。
设置的水位计1必须确保是一段距离放置一个,在竖向与横向等距离放置。
如图3所示:当数据读完后,通过无线数据端7,将其数据传入电脑,在电脑中反映出水位计1的读数和水位变化图。
监测原理:通过GPS定位确定水位计1的位置,水位计监测以地面已知高程控制点为基点通过GPS定位对水面高程进行测量,用来确定水位计1的位置,再在尾矿库6一周插入的水位计1,通过水位计1的读数得出水位动态变化范围,得出一个最低反渗点。第一个水位计的读数会通过无线数据端7传给第二个水位计,第二个水位计会记录第一个水位计的读数,并将其读数连同第二个水位计的读数通过无线数据端7一起传给第三个水位计。以此下去,一直传到离尾矿库液面3最远的水位计得出读数和水位变化图。通过电脑端得出的水位计读数和水位动态变化范围,得出一个最低反渗点,并得出防渗范围。根据最低反渗点,确保尾矿库6地下水水位计点与尾矿库液面3水位计点的高差值高于最低反渗点。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述,但并非对本发明保护范围的限制,所属领域技术人员应该明白,在本发明的技术方案的基础上,本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种确定深凹型湿排尾矿库反渗水位的动态监测系统,其特征是,包括等距离分布设置于尾矿库周边的多个水位计,水位计通过无线输出端依次传输信息至远程数据处理端。
2.如权利要求1所述的确定深凹型湿排尾矿库反渗水位的动态监测系统,其特征是,所述水位计为超声波水位计。
3.如权利要求1所述的确定深凹型湿排尾矿库反渗水位的动态监测系统,其特征是,所述超声波水位计采用米科MIK-ZP超声波水位计。
4.如权利要求1所述的确定深凹型湿排尾矿库反渗水位的动态监测系统,其特征是,所述远程数据处理端为计算机。
5.一种利用确定深凹型湿排尾矿库反渗水位的动态监测系统的监测方法,其特征是,包括以下步骤:
1)以地面已知高程控制点为基点通过GPS定位对水位计的位置进行等距离分布设置;
2)再通过GPS定位的水位计位置,在尾矿库周边设置水位计;
3)再将水位计的读数通过无线输出端逐步传递,最后通过无线输出终端将其数据传到远程数据处理端,
4)通过远程数据处理端处理水位计的读数得出水位的动态变化图,通过水位变化图的出水位波动范围,并得出一个最低的反渗点,并提供一个防渗范围;
5)通过尾矿库上地下水水位计最小读数和尾矿库液面读数最大的差值,与最低的反渗点进行比较,把控尾矿库液面不超过地下承压水层,保证其工程的安全性。
6.如权利要求5所述的监测方法,其特征是,所述步骤2)中在尾矿库周边设置水位计,先将尾矿库边坡一周进行相等距离间隔的划分,再在相同的距离间隔内设置水位计,来测量边坡地下水的动态变化。
7.如权利要求6所述的监测方法,其特征是,设置的水位计确保一段距离放置一个,在竖向与横向等距离放置。
8.如权利要求5所述的监测方法,其特征是,所述步骤3)中的读数通过无线输出端逐步传递,具体如下,第一个水位计的读数会通过无线数据端传给第二个水位计,第二个水位计会记录第一个水位计的读数,并将其读数连同第二个水位计的读数通过无线数据端一起传给第三个水位计,以此下去,一直传到离尾矿库液面最远的水位计,该水位计将其收到的读数通过无线数据端传到远程数据处理端。
9.如权利要求5所述的监测方法,其特征是,所述步骤5)中,根据公式:
Ht=Ha-Hs
Ht≥[Ht]
其中Ht为尾矿库水位计点与尾矿库液面水位计点的高差值;Ha为尾矿库地下水水位计的读数;Hs为尾矿库液面水位计的读数,[Ht]为最低反渗点,当Ht≥[Ht],说明其是安全的。
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