尾矿库监测资料

2024-05-17

尾矿库监测资料（精选6篇）

篇1：尾矿库监测资料

尾矿库监测市场分析

一、需求分析

安全生产事关广大人民群众的根本利益，事关改革发展和稳定的大局。我国在确立了“安全第一，预防为主，综合治理”的安全生产基本方针和“安全发展”的指导原则后，从安全法制、安全责任、安

全投入、安全科技和安全文化等方面入手，强化安全监管工作。但受我国现阶段生产力发展水平较低、企业安全生产基础薄弱、从业人员安全意识不强、安全法制不健全等因素的影响，我国安全生产形势依然严峻，工矿商贸领域安全生产重特大事故时有发生，特别是近年来尾矿库事故多发，已引起了国家的高度重视。

金属与非金属矿山是工业生产的高危行业，其事故发生起数和死亡人数在全国工业安全生产领域占较大的比重。尾矿库是金属与非金属矿山安全生产的重要环节，也是该领域的重大危险源之一，作为具有高势能的人造泥石流危险源，其一旦发生事故，将会给下游人民生命财产安全造成巨大损失，给当地环境造成严重污染，给当地的经济发展和社会稳定也带来严重的负面影响。

经过50多年发展，我国已成为世界矿业大国，目前全国有金属非金属矿山92071座，其中金属矿山8239座，非金属矿山83832座，冶金、有色、化工、核工业、建材和轻工业等行业的矿山都有尾矿设施。经初步统计，全国有尾矿库7610座，总库容约5×109m3,堆存尾矿约5.5×109t。其中正常运行的约有4800座，占63％，危库、险库和危险性较大的病库约有2810座，占37％。

我国作为发展中国家，经济比较落后，从安全上看，尾矿库还存在以下不利因素：一是筑坝尾矿粒度细。由于筑坝的尾矿粒度细，细尾矿的力学强度低、透水性差、不易固结，造成坝体稳定性较差；二是上游法筑坝多。我国目前85％的尾矿库采用上游法筑坝，较下游法和中线法筑坝的坝体稳定性差；三是尾矿库安全设计标准较低。我国作为发展中国家，尾矿库防洪、抗震及坝体稳定等建设标准与发达国家相比相对偏低；四是小型库多。我国矿山规模小，四等库及四等库以下的小型尾矿库占90％以上；五是受地震威胁大。我国是多地震国家，尾矿库防震抗震是重要问题；六是失事后果严重。我国人口众多，尾矿库难以避开居民区和重要工业、交通设施，一旦失事，损失巨大。

美国克拉克大学公害评定小组的研究表明，尾矿库事故的危害，在世界93种事故、公害的隐患中，名列第18位。它仅次于核武器爆炸、DDT、神经毒气、核辐射以及其它13种灾害，而比航空失事、火灾等其它60种灾害严重，直接造成百人以上死亡的尾矿库事故已不鲜见。如1972年2月26日，美国布法罗尼河矿尾矿坝溃坝，造成125人死亡，4000人无家可归；1985年7月中旬，意大利东北部的普瑞皮尔尾矿库溃坝，造成250人死亡。

我国尾矿库历史上曾发生过多起重特大事故，给人民生命财产安全造成了重大损失。如：1962年9月25日，云锡公司火古都尾矿库溃坝，造成171人死亡、92人受伤，受灾人口13970人；1994年7月13日，湖北大冶有色金属公司龙角山尾矿库溃坝，造成30死亡；2000年10月18日，广西南丹宏图选厂尾矿库垮塌，造成28人死亡、56人受伤。

近年来，尾矿库垮坝造成人员伤亡和有毒污染物下泄的事故屡有发生，给人民群众生命财产安全造成重大损失，对环境安全构成重要威胁。据初步统计，自2005年以来，全国发生尾矿库溃坝等重特大事故17起、死亡41人，重伤1人，轻伤28人，给人民群众生命财产和环境安全带来严重损失。其中：2006年4月30日陕西镇安尾矿库溃坝，造成17人死亡、5人受伤。

尾矿库的安全监测对于加强尾矿库的安全监管，把握尾矿库的安全现状，减少尾矿库的事故发生等具有重要意义。当前，我国尾矿库安全运行的主要技术参数如坝体形变位移、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。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。我国安全生产市场急需尾矿库溃坝灾害的实时、连续监测的技术和产品。

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，保护生态环境。

水利工程和高边坡工程的监测技术发展较快。从20世纪50年代开始，在我国大坝、高边坡变形监测领域开始研究和使用人工变形监测系统，其中应用经纬仪、水准仪等监测仪器监测坝体变形的监测方法有视准线法、引张线法、前方交会法、坝面水准测量法以及连通管法等。20世纪70年代末，以传感器为基础的大坝自动化变形监测系统开始应用于葛洲坝水利枢纽、新丰江水利工程等坝体位移的监测中。20世纪90年代开始了大坝及高边坡的GPS自动化变形监测系统的研究，GPS技术已经应用于三峡工程、黄河小浪底水利枢纽工程、浙江天荒坪抽水蓄能电站、湖北清江隔河岩水利工程、龙羊峡水库近岸等大坝或高边坡的变形监测。目前，多传感器数据融合的大坝变形自动监测技术、监测系统的自动化、网络化和信息化技术是大坝和高边坡工程监测领域的研究发展趋势。

当前尾矿库较为落后的安全监测技术和监测手段，不能满足包括企业自身在内的全社会对于提高尾矿库管理水平和安全状况的迫切需要。目前，我国尾矿库的监测技术还处于起步阶段。尾矿库的管涌流土、地震液化等坝体内部致灾因素引起坝坡失稳的预警技术基本属于空白，其监测、预警技术的研究成果较少。特别指出的是，我国尾矿库数量多、分布广，因此尾矿库自动化安全监测系统的设施实施是面向我国尾矿库安全的重大需求，具有良好的应用前景。

二、方案设计

（一）监测指标选择

尾矿库内存有大量尾矿浆沉淀水，水位相对比较稳定；同时，从尾矿坝坝顶排放尾矿时，矿浆向库内流淌的过程中，矿浆水不断向下渗透；此外，汛期大量降雨。这些因素在尾矿坝体内形成一个庞大渗流场。再者，尾矿沉积体属非均值体，排矿部位又需要经常调换；坝体又在不断增高；况且在尾矿库整个服务期间内，矿源及选矿流程有可能改变，尾矿性能自然也会变化。这就是尾矿坝渗流场异常复杂的原因。浸润线即渗流流网的自由水面线，是尾矿坝安全的生命线，浸润线的高度直接关系到坝体稳定及安全性状，因此，对于浸润线位置的监测是尾矿库安全监测的重要内容之一。

尾矿库内存有大量尾矿浆沉淀水，库水位监测的目的是根据其水位的高低可判断该库防洪能力是否满足安全要求。具体地说：一个完善的设计在设计文本中会给出防洪所需的调洪水深，并要求在设计洪水位（即最高洪水位）时，要同时满足设计规定的最小安全超高和最小安全干滩长度的要求。因此，对于库水位位置的把握可以直接防止尾矿库在汛期避免洪水漫顶溃坝事故的发生，有利于安全监管部门和企业在汛期来临之前，直观地了解和掌握库水位是否达到了设计要求的汛前限制水位。由此可见，库水位的连续动态监测也是尾矿库安全监测的重要内容之一。

尾矿库发生溃坝灾害，坝体位移是灾害演化过程的直观反应指标，因此对于坝体下游坡变形的掌握，可以及时发现尾矿坝变形率和发展速度，有利于安全监管部门和企业进行科学的应急决策，并及时采取应急对策措施，从而避免灾害的发生或者减少灾害发生造成的危害。

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标高，当前的检测方法较难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，该处又无法进人，通常只能目测。据此推算出来的总干滩长度和调洪干滩长度自然也是极不可信的。因此，在尾矿库安全自动化监测系统中，应增加快速并简捷的标高测定方法。因此，滩顶标高和设计最高洪水位下允许达到的干滩标高，是尾矿库安全监测需要测定的指标。

此外，在尾矿库安全监测系统中，为了实时掌握尾矿库库区的情况和运行状况，通常在溢水塔、滩顶放矿处、坝体下游坡等重要部位设置视频监测设置，以满足准确清晰把握尾矿库运行状况的需要。综上所述，金属非金属矿山尾矿库安全监测系统监测指标包括：浸润线；库水位；滩面标高；坝体位移；视频图像。

（二）监测系统设计 1．浸润线监测

一般选择尾矿库坝上最大断面或者一旦发生事故将对下游造成重大危害的断面为监测剖面。大型尾矿库在一些薄坝段也应设有监测剖面。每个监测剖面应至少设置5个监测点，并应根据设计资料中坝体下游坡处的孔隙水压力变化梯度灵活选择监测点。尾矿坝坝坡浸润线监测仪器分两类。一类埋设测压管，人工现场实测；另一类是埋设特制传感器，进行半自动或自动观测。

浸润线监测仪器埋设位置的选择，应根据《尾矿库安全技术规程》（AQ2006－2005）中规定的计算工况所得到的坝体浸润线位置来埋设。在作坝体抗滑稳定分析时，设计规范规定浸润线须按正常运行和洪水运行两种工况分别给出。设计时所给出的浸润线位置应是监测仪器埋设深度的最重要的依据。2．库水位监测

一般在库内排水构筑物上设置自动监测仪，将所测信号传给室内接收机处理得到库水位。既准确，又适时。需要指出的是，库内排水构筑物一般位于尾矿库内，排水构筑物周边为尾矿澄清水，因此需要在监测系统布置前，针对特定尾矿库的实际情况，灵活选择施工方案。3．干滩标高监测

干滩标高的测量不同于其它点标高的测量，这是由尾矿坝自身的运行特点决定的，随着尾矿坝的不断填筑加高，滩顶标高和设计最高洪水位下允许达到的干滩标高是两个动态变化的指标，因此，不能在某一位置架设坚固的不能移动的标高监测设备。采用移动GPS，定期监测尾矿坝滩顶标高和设计最高洪水位下允许达到的干滩标高。该方法灵活简便、具有较高精度、利于位置变化。4．坝体位移监测

正是由于过去对尾矿坝坝体位移监测认识不足，尾矿坝位移监测手段不多。坝体变形计算至今尚未纳入设计规范。对于较大的尾矿坝，设计仅在坝体表面设置位移观测桩。具体监测手段主要有人工用经纬仪监测和GPS自动监测两种。根据坝的长短至少选择2～3个监测剖面。一般在最大坝高处、地基地形地质变化较大处均应布置监测剖面。

每个剖面上根据坝的高矮，在坝坡表面从上到下均匀设置4～6个监测点。最下面一个点应设置在坝脚外5～10m范围内的地面上，以用于监测尾矿坝发生整体滑动的可能性。

5、视频监测在尾矿库安全监测系统中，为了实时掌握尾矿库库区的情况和运行状况，通常在溢水塔、滩顶放矿处、坝体下游坡等重要部位设置视频监测设置，以满足准确清晰把握尾矿库运行状况的需要。

（三）某尾矿库安全监测系统设计方案

某尾矿库初期坝坝顶标高为163.5m（东坝坝高为20m，西坝坝高为24.2m）。后期坝坝顶标高为220m。后期坝采用上游式尾矿筑坝。最终总库容为1350万m3。2008年1月子坝坝顶标高为201m，沉积滩顶标高约为198m。目前总坝高为58.7m，总库容不到1000万m3，暂属四等尾矿库。当沉积滩顶标高达到199.3m时，就升为三等尾矿库。该尾矿库安全监测系统监测设计方案为：

1、库水位监测

1）监测部位：尾矿库溢水塔上。

2）监测仪器：电子水位传感器（无线传输）。

3）仪器数量：1个。

2、滩顶和滩面标高监测

1）监测部位：在东坝和西坝的沉积滩面上各选三条垂直于子坝的直线，直线间距为100 m。在每条线的滩顶和距滩顶70 m处各设一个滩面标高两个点均为监测点。

2）监测仪器：小旗和移动GPS，定期检查小旗标高，并输入软件。

3）仪器数量：移动GPS一台，小旗12杆。

3、浸润线监测

1）监测部位：选择了（位于钻孔ZK13以东3～5m处）、Q2（位于钻孔ZK01以东3～5m处）、Q3（位于钻孔ZK23以东3～5m处）、Q4（位于钻孔ZK31以东3～5m处）。

在Q1、Q3剖面的第一、三、五期子坝顶各布设两个浸润线观测点（两点间距0.5m），每个点埋设1个传感器。第一期子坝顶两个传感器的埋深分别为6m和10m（自孔口地面算起）；第三期子坝顶两个传感器的埋深分别为8m和13m；第五期子坝顶两个传感器的埋深分别为8m和15m。

在Q2、Q4剖面的第三、五期子坝顶各布设1个浸润线观测点，每个点埋设1个传感器。第三期子坝顶两个传感器的埋深分别为13m；第五期子坝顶两个传感器的埋深分别为15m。

2）监测仪器：振弦式孔压传感器、光纤渗压传感器。

3）仪器数量：振弦式孔压传感器（10个），光纤渗压传感器（6个）。

4、位移GPS监测

1）监测部位：在东坝最大坝高剖面G1和西坝最大坝高剖面G2的坝坡上各布设4个监测点。4个监测点的位置分别设在坝脚、第一、三、五期子坝顶上。

2）监测仪器：GPS

3）仪器数量：一个基站、八个测点。

5、坝内位移监测

1）监测部位：ZK53、ZK15、ZK24、ZK32以东3～5m，每个断面3个位移监测点。

2）监测仪器：测斜仪＋测斜管。

3）仪器数量：SINCO测斜仪一台，测斜管若干长度。

7、可视化监测

在溢水塔、滩顶放矿处、坝体下游坡等重要部位设置视频监测设置，通过现场摄像头实时拍摄并快速传输至控制室的显示屏幕上，能够直观地显现尾矿库生产放矿及筑坝运行等情况。

三、运营/管理

（一）设备安装

在尾矿库安全监测系统安装时，应注意以下问题：

1．安装的仪器设备的安全问题。尾矿库一般处在高山峡谷等人员稀少的场地，且尾矿库占地面积较大，因此，仪器设备的防盗问题是面临的安全问题之一。因此，传感器、摄像头及GPS等设备应安装稳固，均应在安全过程中考虑防盗问题，GPS接收机应放置在水泥墩内，避免因为设备主机被盗，导致系统无法正常工作。

2．购买的GPS等设备应该有避雷装置。GPS设备靠接收星历信号来准确测定坝体变形状况，GPS天线应尽量选择轭流圈天线，尽可能保证雷雨天气的设备安全。

3．安装位置应考虑尾矿坝填筑过程高程变化。尾矿库的运行期为尾矿坝不断升高、储存尾砂库容不断增大的过程，与水利工程不同，其坝顶高程随着生产运行期的发展不断变化。此外，对于上游式尾矿坝来说，其坝轴线还要不断向库内前移。因此，GPS、孔压传感器等设备的埋设位置应能够满足尾矿库整个运行期安全监测和安全管理的需要，应针对整个运行期综合考虑。

4．应注意浸润线监测仪器埋设位置。尾矿坝总在不断加高，尾矿坝浸润线还受降雨和放矿水的影响，其深度在一定范围内经常变动。现有的观测设施只能测出进水孔处的水头或孔隙压力。从流网图可知：只有当某个深度的水头与该深度的高程相等时，或者说当某个深度的孔隙压力接近于零时，该深度才是浸润线的位置。监测仪器埋深了，测得的浸润线比实际浸润线低；仪器埋浅了，测不到浸润线。浸润线的位置应根据设计资料综合考虑。

（二）运营管理

基于金属非金属矿山尾矿库安全监测系统，在尾矿库的运行过程中，除了应及时掌握各种监测技术指标的最新数据外，还要有尾矿库安全与否的预警技术和响应方法。本系统认为，应结合尾矿库定量安全评价方法，通过对尾矿库运行期的安全评价和监测指标数据安全度分析后，可以建立尾矿库运营管理的预警技术和响应方法。

1．浸润线指标的预警方法

通过尾矿坝现状的勘察和资料分析，掌握特定尾矿坝的沉积规律、材料分区及概化方法、堆坝材料的物理力学特性指标，通过渗流验算及分析，掌握汛期设计资料允许的最高浸润线高程。该指标即时浸润线监测指标的预警及响应标准。

其中，渗流验算的计算方法如下所示：

渗流分析的基本方程为：

式中，[K]为透水系数矩阵；{H}为总水头向量；[M]为单元储水量矩阵；{Q}为流量向量；t为时间。

对于等别不高的尾矿库，还可以依据国家标准《构筑物抗震设计规范》中有关尾矿坝浸润线高度的预警指标进行预警。

2．防洪能力的预警方法

防洪能力的预警是避免汛期发生尾矿库漫顶溃坝事故的最有效方法。通过调洪验算得到当前库水位下，设计最高洪水位下尾矿库需要的调洪水深，即可以掌握当前干滩长度是否满足调洪水深的要求。

3．坝体位移的预警方法

通过尾矿坝当前运行现状的有限元强度折减法坝坡稳定性分析，可以近似得到发生极限滑动情况时，坝体一定深度及表面的变形情况，并结合尾矿坝位移监测趋势及变形率的定性判断，可以准确把握尾矿库因受力情况发生位移趋势及变化速率，从而及时预警并采取响应措施，疏散下游群众，并采取积极措施加固坝坡，避免因坝坡失稳发生溃坝的严重危害。

当折减系数继续增加，尾矿的抗剪强度进一步减小，坝坡的塑性区会进一步增大；当折减系数增加到某一数值时，塑性区形成连通的区域，尾矿沿该剪切面发生不收敛的塑性剪切变形。此时认为坝坡发生破坏，强度折减系数即认为是坝坡的整体安全系数；滑裂面的位置可根据位移增量等值线或最大剪应变增量等值线的疏密来确定，也可根据破坏区域的范围来判断。

基于刚体极限平衡理论的坝坡稳定分析方法已相当成熟且广泛应用于尾矿坝在内的边坡稳定分析中。然而，该法在处理荷载条件和边界条件复杂的边坡时常遇到困难。基于强度折减的有限元法，能够处理复杂荷载和边界条件，算法先进，可以更为准确地分析尾矿坝的坝坡稳定性，为尾矿库安全监测位移指标的预警提供依据。

4．注重与日常巡检工作结合尾矿库安全监测系统的实施，可以使管理者在主控制室内能够及时把握尾矿库的最新动态和监测指标信息，但是，尾矿库安全监测系统不能完全代替尾矿库日常巡检工作，应与日常巡检结合，通过监测指标和日常巡检结合的比对，能够更为科学的掌握尾矿库的安全状况和运行特点。

四、产品映射

1．孔压传感器的技术要求

1）准确度高，灵敏度高，稳定性好，体积小，重量轻，直接频率输出，激励电路封装在水密壳体内。

2）测量范围：0.1、0.2、0.3、0.6、1.0、3.0、6.0、10.0、MPa（对应于10-1000m水深）。

3）准确度：±0.5%FS。

4）可直接用于江河、湖泊、海水的深度和液体压力的测量，也可用作剖面系统的深度传感器。

2．GPS设备的技术要求

1）GPS接收机及其配套设备，要求包括从数据采集、集中传输、解算处理、显示和记录及避雷和防盗等安全保护设施的全部设备。

2）精度要求，水平：3mm+0.5ppm ,垂直：5mm+0.5ppm；上述精度指标要求有国家光电检测中心等权威机构的检测结果，并具有权威机构颁发的证书。

3）解算软件上有各个GPS接收机的独立监控模块，通过解算软件，可以在计算机中实时显示具有上述精度的各个GPS接收机的坐标和位移量，并能够实时记录在文本文件中。

4）GPS接收机天线为轭流圈天线。

5）具有避雷设施及其它安全保护措施。

五、标准支持

在尾矿库安全领域，技术标准主要参照《尾矿库安全技术规程》（AQ2006-2005）。该标准有关尾矿库安全监测系统的规定包括以下内容：

1．4级以上尾矿坝应设置坝体位移和坝体浸润线观测设施。必要时还宜设置孔隙水压力、渗透水量及其浑浊度的观测设施。

2．做好日常巡检和定期观测，并进行及时、全面的记录。发现安全隐患时，应及时处理并向企业主管领导报告。

3．尾矿库运行期间应加强浸润线观测，注意坝体浸润线埋深及其出逸点的变化情况和分布状态，严格按设计要求控制。

4．尾矿库滩顶高程的检测，应沿坝（摊）顶方向布置测点进行实测，其测量误差应小于20mm。当滩顶一端高一端低时，应在低标高段选较低处检测1～3个点；当滩顶高低相同时，应选较低处不少于3个点；其他情况，每100m坝长选较低处检测1～2点，但总数不少于3个点。

5．根据尾矿库防洪能力和尾矿坝坝体稳定性确定，分为危库、险库、病库、正常库四个等级。除正常库外，前三类从文字上看，只是程度有所不同。尾矿库安全度定义紧紧依靠尾矿库安全监测系统中设定的监测指标来评判。

例如，危库是指安全没有保障，随时可能发生垮坝事故的尾矿库，危库必须停止生产并采取应急措施，综上所述，尾矿库安全监测系统能够紧扣我国现行尾矿库安全技术标准，具有较大的实用意义和价值。

六、标准化程度

尾矿库安全监测系统监测的浸润线、库水位、滩面标高、坝体位移、视频图像，均能够为尾矿库日常安全管理及尾矿库安全运行服务。我国尾矿库中85%以上为上游式尾矿坝筑坝，该系统对于上游式筑坝的尾矿库具有良好的应用前景，今后监测系统若能与不同等别尾矿库相结合，上升到安全技术标准，可以全面提高我国尾矿库安全管理水平，减少我国尾矿库事故发生的数量，保障尾矿库库区人民生命财产、环境安全及社会稳定，为构建和谐社会服务。

七、效果分析

当前，我国安全生产形势依然严峻，工矿商贸领域安全生产重特大事故时有发生，特别是近年来尾矿库事故多发，已引起全社会的高度重视。在《国务院关于实施国家突发公共事件总体应急预案的决定》（国发〔2005〕11号）中明确要求 “科技部、教育部、中科院、社科院、工程院、中国科协等有关部门和科研教学单位，要积极开展公共安全领域的科学研究；加大公共安全检测、预测、预警、预防和应急处置技术研发的投入，不断改进技术装备，建立健全应急平台，提高我国公共安全科技水平”。在《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020）》中把“公共安全”问题列入了国家科技发展的“重点领域”，要重点研究开发地震、台风、暴雨、洪水、地质灾害等监测、预警和应急处置关键技术，森林火灾、溃坝、决堤险情等重大灾害的监测预警技术以及重大自然灾害综合风险分析评估技术。同时，2007年国家安全生产监督管理总局、国家发展改革委、国土资源部、国家环保总局联合组织了全国范围的尾矿库专项整治行动，使得尾矿库的安全运行和管理已引起全社会的广泛关注。

近年来，我国国民经济快速发展，每年以10%左右的速度递增，在经济高速发展的带动下，钢铁、有色金属和水泥等主要原材料工业扩张迅速，随着金属非金属矿山采选业的迅速发展，尾矿库的安全生产和环境安全等问题日益显现，特别需要指出的是，我国尾矿库下游大都为人口密集区、城镇或大型工厂企业，因此，尾矿库的安全备受关注。如何针对我国尾矿库分布特点和现状，提高尾矿库安全管理水平，是摆在全社会的一个重要问题。金属非金属矿山尾矿库安全监测系统的逐步实施和推广，可以大幅度提高我国对于尾矿库溃坝灾害机理的认识水平，全面提升尾矿库安全监管和日常管理水平，增强企业、社会、政府对于尾矿库灾害的预警响应能力，建立更便于尾矿库运行期安全管理和风险控制的溃坝风险综合评判方法。特别需要指出的是，我国尾矿库数量多、分布广，金属非金属矿山尾矿库安全监测系统将具有广泛的市场前景和重要的应用价值。

篇2：尾矿库监测资料

摘要

通过此次山西各地尾矿库的实地考察我们了解了现实中尾矿库的具体内容，其中安全监测（又称在线监测）设备在尾矿库当中的应用是考察的重点，此次考察我们一共考察了9个尾矿库，其中尖山尾矿库是山西省第一个引进成套安全监测设备的矿业单位，同时据我们了解它也是山西省目前在安全监测方面最具权威的单位，在坝体浸润线、坝体水平（沉降）位移、滩顶高程以及库水位等方面的监测已经相当纯熟，因此以尖山尾矿库安全监测系统为例来简述尾矿库安全监测系统的具体内容。

正文

一、尖山尾矿库概况

尖山铁矿是国家大型黑色冶金矿山企业,是太钢集团重要的铁精粉原料生产基地,年产铁精粉320多万t。其城东沟尾矿库距选矿厂5 km,筑坝方式为上游式,采用水力旋流器筑坝工艺同分散放矿相结合的方法堆筑子坝平台。初期坝设在沟口,初期坝地面标高1 276 m,初期坝坝顶标高1 305 m,坝高29 m。尾矿库按原设计选矿厂年处理原矿400万t,尾矿产率60%,尾矿最终堆积标高1 400 m,最大坝高124 m,总库容9 427万m3。按原处理量尾矿库可使用51 年。目前尾矿堆积标高1 354 m,尾矿坝坝高已达78.0 m,从1 354 m到最终堆积标高1 400 m尚有库容6 427万m3,按年处理原矿1 100万t,最终堆积标高提高到1 410 m,尚可使用15 年，属于三等尾矿库。整体布局见下图。

图1.1 尾矿库远景

图1.2

尾矿库远景2

图1.3

尾矿库主坝

图1.4

尾矿库主坝2

图1.5

施工建设中的后期坝

图1.6

尾矿库干滩

图1.7

尾矿库干滩2

二、尾矿库安全监测概况

尖山铁矿是山西省首家投用尾矿库在线监测系统矿山企业，系统于2009年7月30号全部建设完成并投入使用，由北京矿咨信矿业技术研究有限公司设计和承建，主要监测：坝体浸润线埋深、坝体水平（沉降）位移、滩顶高程、干滩特征点高程、库区水位、降雨量，通过对比分析，得出警告、预警和报警信息，实现尾矿库的安全稳定运行。

下面按照各个测量量的相关方面进行阐述：

1、坝体浸润线埋深————渗压管深埋测量

尖山尾矿库浸润线监测是：浸润线观测点按平行坝轴线间距120 m，垂直坝轴线间距100 m布置，总共有39个浸润线观测点。现状条件下，浸润线观测点：1320 m子坝3个，1340 m子坝7个。并采用进口渗压计检测，浸润线埋深控制：最小埋深6m(埋深普遍在15．5—30米)。浸润线检测：浸润线水位测餐的精度不大于15 mm。

据了解渗压管本身很长，它的前端两米不透水，以此为线以上部分为透水层，通过人工钻孔让坝体内的地下水流过，流过时水面的高度平面便形成了所谓坝体一侧的浸润线，通过实时监测浸润线的位置（高度）数据从而有效保证尾矿库安全。值得一提的是，尖山尾矿库对不同时期的后期坝浸润线测量有所区别，前期主要采取图2.1的坚固模型，而随着后期堆积的不断拔高，浸润线测量则采取了联合水位监测仪的方法，如图2.2所示。

图2.1 前几期尾矿库浸润线监测点

图2.2

后几期尾矿库浸润线监测点

2、库水位以及干滩长度监测————溢洪塔底端带有浮子式水位计

前面提过尖山尾矿库分为主坝和子坝，排洪系统使用塔洞方案，溢洪塔为框架式结构，有4个溢洪塔。l#，2#,3#溢洪洞已经封堵埋没，现在只启用4#溢洪塔。其中库水位的监测主要在4个溢洪塔那边，在溢洪塔底端带有浮子式水位计以及监控设备，如图3.2所示据了解溢洪塔测量干滩长度主要是根据干滩长度可以通过沉积滩顶与库水位高差、尾矿库的实际运行坡度计算获得，通过设置安全长度对坝体安全进行预警。

库水位检测采用防感应雷击能力较强的遥测水位计。该水位计是一种浮子传感器型水位计。

图3.1

4号溢洪塔铭牌

图3.2

溢洪塔底端（带有浮子式水位计）

图3.3

溢洪塔远景

3、坝体水平（沉降）位移————GPS定位监测

尖山尾矿库可以说走在了全省坝体位移监测的最前列，率先安装了全套GPS位移监测系统，由于GPS具有精度高、操作性强和易于管理等优点，通过尾矿库监测管理系统可以轻松的做到实时监测坝体位移将数据反馈到管理者界面上。

尾矿库没置了位移观测设施，位移观测点按平行坝轴线问距120 m、垂直坝轴线间距100 m布置，初期坝和尾矿坝共布置39个位移标点。目前子坝1356 1111标高以下，坝体表面位移标点：初期坝2个，1320 m子坝3个，1340 m子坝7个；坝体表面形变检测采用GPS位移检测的方式。

尖山尾矿库坝体形变监测系统，其包括：监测站，包括监测站ＧＰＳ天线和监测站ＧＰＳ接收机以及监测站通讯模块；基准站，包括基准站ＧＰＳ天线和基准站ＧＰＳ接收机以及基准站通讯模块；以及数据控制模块，连接于监测站和基准站，用于处理来自于监测站和基准站的数据，并对监测站和基准站进行控制。

如图4.1所示，GPS监测点上面安有4个接收天线，用于接收GPS信号从而得到坝体位移信息。不过美中不足的是购买成套的GPS位移监测系统成本过高，对于项目的研究不是很合适，但是在坝体位移监测方面也为我们提供了一个很好的借鉴。

图4.1

GPS监测点

图4.2

GPS监测点远景

4、滩顶高程测量————干滩设置标杆测量

尖山尾矿库干滩自动化监测系统，是在尾矿库干滩上设置多个剖面，每个剖面设两个监测点，在上述监测点处设置干滩高程监测仪，测量该监测点处的高滩高程数据，通过无线传输方式传送至数据采集设备；上述数据采集设备所汇集的高滩高程数据，传送至控制中心计算机中，计算机内的专用软件根据每一个剖面的滩顶和滩内两处高程数据，结合库区水位数据，解算库区的安全高差和调洪高差是否处于尾矿安全生产规范所要求的安全标准内，并根据解算结果自动发出相关预警信息。本实用新型实现了尾矿库干滩数据在各种恶劣条件下的自动化采集，真正实现了尾矿库干滩数据、安全高差、调洪高差在各种条件下的实时监测，具有产业上的利用价值。

如图5.1所示，干滩中等间距设置了10个测量标杆，仔细观察会发现在标杆顶端有一个类似于突起的装置，据了解是小型太阳能装置，能够为标杆的传感器进行供电，从而合理的利用资源，而且这种滩顶高程的测量方法还能够达到很高的标准，能够满足尾矿库的精度要求。

图5.1

滩顶高程测量标杆

图5.2

测量标杆远景

5、太阳能供电装置

尖山尾矿库在环保节能方面也走在了前面，在坝体的一侧设置了专门的太阳能供电模块，称为“采集室”，如图所示，房顶安装有一块太阳能板，据了解在阳光充足的情况下可以对整个系统进行持续供电，不但节省成本，也能避免造成过多的资源浪费和环境污染。

图6.1 太阳能供电模块

图6.2

太阳能采集室

6、视频监控设施

尖山尾矿库在主要6个地点设置了视频监控点，通过安全监测系统对如干滩、尾矿坝大院、初期坝等尾矿坝关键地段进行实时的视频监控，实时的掌握大坝基本情况，对于任何可能的突发状况做出快速有效地处理，更好的提高大坝监测的安全系数。

图7.1 监控室视频监控界面

7、监控室尾矿库管理系统概况

尖山铁矿尾矿库安装了成套在线安全监测系统，其中也包括工程师在监控室中完成实时监控的管理系统，如图所示是我们拍到的尾矿库管理系统的界面和主要功能以及相关数据，在监测过程中用户可以通过设置一定的数值上限作为报警临界值，若超过此值则报警，管理者可以很轻松的完成对大监测的各方面进行实时管理，同时系统模块化设计更方便人们来管理，及时发现问题并作出相关措施，这是监测过程核心的部分。

图8.1

系统模拟尾矿库画面（红色标记干滩监测点位置）

图8.2

GPS观测点分布

图8.3

浸润线观测点分布

图8.4

实时监测数据界面

图8.5

沉降位移监测界面

结合了解到的尾矿库安全监测系统的信息可以看出了解到现在可行的在线监测系统公认的设计要求，如下所示：

(1)浸润线观测孔和坝体表面位移标点要按照尾矿库设计单位的设计布设，另外还要考虑尾矿库后续27个浸润线观测孔和27个坝体表面位移标点的扩展性和部分数据线的预先铺设。数据传输用光缆从尾矿库传至矿调度中心。

(2)坝体表面形变检测：采用GPS位移检测的方式，检测精度不大子2 mm。

(3)防洪高差检测：防洪高差的检测是通过液位计检测处理得到的，精度为≤±0．1 m。(4)库水位检测：库水位测量的精度不大于15mm。

(5)干滩长度检测：干滩长度的检测是通过数据处理得到的，精度为≤±10 m。由于尖山铁矿在实际运行过程中干滩长度近l km，远远大于设计420 m的干滩长度要求，所以对干滩长度检测精度要求较低。

三、收获与不足

此次考察尾矿库之行可以说收获颇丰，相对于泛泛的在实验室查资料凭空想象，实地的考察则显得更加直观明了，现实中跟自己脑子里面想的有很大区别，也让自己对尾矿坝有了一个全新的认识，更加重要的是通过现场调研我们也真正了解了实际的尾矿库安全监测是什么样子、具体用什么方法、采用何种设备以及实际操作状况等信息，同时在监控室里也亲身体验了在尾矿库安全监测系统操作下各种监测如何协调等方面的解决，通过考察真正对尾矿坝安全监测、对咱们的项目规划有了全新的认识。

不过美中不足的是由于实际安装了安全监测系统的尾矿库是集体采购的一整套在线安全监测系统，因此对于具体到每个器件甚至传感器单元的具体信息以及参数等详细信息生产厂家并没有提供，我们也就无法得到具体到节点的有效信息，只能得知一些合作公司的简单信息，具体细节并不是很详细，但是通过此次考察我们还是学到了很多东西，尤其是了解到很多有用的信息，对后面的项目进程都有很大帮助。

四、安全监测系统的可行性方案

综合所考察的9个尾矿库安全监测系统的实际情况可以看出，在监测对象方面可以大体分为浸润线、库水位、干滩长度、干滩标程，坝体位移，降雨量、视频监控等几个方面来监测，通过客户端与服务器连接从而实时的反映出各个检测量的情况，并通过网络向上级机关进行汇报，大大加强了尾矿库的安全系数。对于安全监测的几个方面，结合我们自己的想法，我想提出自己的可行性方案如下：

1.浸润线监测：所有考察的尾矿库都是采用深埋渗压管来实现，通过中间透水部分流过的水面高度来监测浸润线，一般埋深为15.5到30米，在渗压管中安装类似于浮子式水位计的压力传感器，根据水的压强变化来监测，同时还可监测渗流量，这个方法是现在比较成熟的。传感器方面建议采取振弦式渗压计安装在渗压管中，从而实时监测浸润线和渗流量等参数。

2.坝体位移监测：同样的所有尾矿库都是采用GPS监测位移，包括水平位移和沉降位移，这也是一个核心的部分，一套完整的在线监测系统最重要也是最昂贵的就是GPS位移监测模块，只是价格上来说比较昂贵，我曾经考虑过用激光原理来监测位移，但是由于激光的直线性传输使得它很难对位移的细微变化准确监测，而且激光本身也需要耗费大量时间且技术并不成熟，因此这个方法行不通。综合考虑还是应该选用GPS监测系统来实现位移监测，不过我们想所拍到的只是GPS的接收装置，另外在监控室旁边设有GPS基站，以此为基准进行测量，因此我们可以做的应该是接收装置以及后期的无线组网这些工作，具体用到的高精度传感器需要另行购买。3.干滩长度、库水位：前面已经提到干滩长度和库水位都是通过安装在溢洪塔上面的水位计来实现的，区别在于库水位是直接测量得到，而干滩长度则是通过库水位和干滩长度成反比的关系，同时结合具体的几何关系相似三角形计算得出的因此二者可以合二为一，库水位监测有多种选择，常见的是浮子式，另外还有超声波等，值得一提的是干滩高程的监测就是在标杆上端安装超声波传感器，通过两点间干滩的高度差经计算便可得出干滩长度，因此才会划分成干滩长度和干滩高程两个测量参数。4.视频监控：我想这个应该是最简单的，现在的视频监控技术越来越成熟，应用也很广泛，只需要选好几个监测点，一般为6到9个点，然后安装摄像头最后组网即可，而且我们的现实条件也允许我们自行制作视频监控设备，十分方便。另外在龙华尾矿库我们还发现除了摄像头他们还加装了夜视仪，也算是一个创新了。

篇3：尾矿库监测资料

为了加强对尾矿库的安全管理, 我国以立法的形式特别强调了对尾矿设施的安全监督[1]。

尾矿库安全监测监控系统主要包括以下内容:尾矿库坝体位移监测、尾矿库库区水位监测、尾矿库库区视频监控、其他监测内容还包括如浸润线、干滩、降雨量等。

尾矿库发生溃坝灾害, 坝体位移是其中最直观的反应指标。对尾矿库坝体位移的掌握, 可以及时发现尾矿坝位移率和位移速度, 一旦出现险情, 及时发布预警消息。

尾矿库坝体位移监测的技术手段有很多, 就观测目的而言主要分为平面 (水平) 位移监测、沉降 (垂直) 位移监测以及全方位监测坝体位移情况的三维位移监测等。

1 平面 (水平) 位移监测

平面位移监测是指对尾矿库坝体水平位移的监测, 有以下几种方法:引张线法、真空激光准直法、小角度法和觇标法等。

2 沉降 (垂直) 位移监测

沉降位移监测是指监测尾矿库坝体的垂直位移情况, 常用的方法有精密水准法、静力水准法和分层沉降磁环法等。

3 三维位移监测

以上各种监测方法是将尾矿库坝体位移监测点的水平位移和垂直位移分别监测, 测量成果不具有同时性, 降低了成果的科学性和使用价值。使用常规方法观测周期长, 无法实时地了解尾矿库坝体的位移情况, 其中一些方法的应用还受制于坝型 (直线型和曲级型) 以及量程的限制。在很长一段时期内, 尾矿库位移监测基本采用了上述的方法, 不能实现自动化、实时化的连续观测, 无法满足安监部门当前对于重大危险源的在线安全监测要求。

随着测量仪器和测量技术的发展, 市场上已经出现能实时连续观测监测点水平位移和垂直位移的测量系统, 由于此系统测量可直接获取监测点的三维坐标值, 故称为“三维位移监测系统”。该系统按监测点位移数据的采集方式可分为GPS法和自动型全站仪极坐标差分法。采集到的数据通过南方SMOS软件[2]进行处理从而得到监测位移情况。

3.1 GPS法

GPS法是基于全球卫星定位系统来进行尾矿库坝体的位移监测, 利用GPS接收机实时采集监测点的坐标, 通过南方SMOS软件解算监测点的位移情况和位移速率。GPS法定实时监测精度为:水平位移精度<±3mm;垂直位移精度达到5mm。在10km内的短基线上GPS测量可以获得毫米级的定位精度。

采用GPS法进行尾矿库坝体位移监测的方式为:在监测站位置安装一台或多台GPS接收机, 每个监测点对应一台GPS接收机来获得其位移信息, 配合南方SMOS软件构成三维位移监测系统。

采用GPS法进行尾矿库坝体位移监测, 其特点如下:

3.1.1可以自动获得实时监测数据, 通过SMOS软件生成三维坐标变化图和三维坐标变化速率图。

3.1.2受地形限制较小, 观测点之间无需通视, 只对空开阔, 达到4颗卫星即可实现精确观测。

3.1.3高度自动化, 无人值守, 全天候监测, 不受天气情况的影响。

3.1.4成本随GPS监测点数量的增加而增加。

3.2自动型全站仪极坐标差分法

自动型全站仪是一种能进行自动搜索、跟踪、辨识和精确找准目标并获取角度、距离、三位坐标以及其他相关信息的智能型全站仪, 又被称为测量机器人。极坐标差分法[3]通过自动型全站仪采集监测点的坐标数据, 利用南方SMOS软件来计算监测点的位移情况。使用该方法后自动型全站仪的测量精度可以达到亚毫米级。

采用自动型全站仪极坐标差分法进行尾矿坝坝体位移的监测的方式为:一台全自动测量全站仪与数个监测点目标 (棱镜) 及SMOS软件构成三维位移监测系统。

采用自动型全站仪极坐标差分法来进行尾矿库坝体位移的监测, 其特点如下:

3.2.1无需人工干预, 全自动采集, 自动获取三维坐标信息、传输、与处理监测点的三维数据。

3.2.2测量精度高, 经过软件差分解算后可达到亚毫米级。

3.2.3反射棱镜价格低廉, 监测点的布设成本低, 有利于增加监测点数。

通过以上比较可以得知, 目前三维位移监测的方案主要有GPS法和自动型全站仪极坐标差分法, 两者采用不同的数据采集部分都可以实现监测点坐标数据的自动采集, 通过SMOS软件来实现对尾矿库坝体位移的监测。

这两种技术, 在尾矿库坝体位移监测中可以根据工程的具体情况, 取长补短互相搭配使用, 设计出最优的方案, 以达到最佳的监测效果。

4 结束语

从尾矿库坝体位移监测工作的需求来看, 采用三维位移监测技术还仅仅是开始。从目前尾矿库安全的现状来看, 应尽快在尾矿库监测监控中配置这种真正意义上的三维位移监测系统。

将尾矿库的安全管理纳入现代科学的范畴之内, 科学、即时、有效的监测监控, 以确保人民生命财产的安全和社会的稳定, 为构建和谐的生存环境, 做出应有的贡献。

参考文献

[1]中国人民代表大会.中华人民共和国矿山安全法[J].1995, 5.1

[2]国家安全生产监督总局.尾矿库安全监测技术规范[J].AQ2030-2010 2011.5.1.

篇4：尾矿库监测资料

【关键词】NICT数传电台无线通讯浸润线尾矿监测

一、引言

目前，随着各种无线通讯设施的出台及在各种行业的采用，NICT数传电台也广泛应用在点对点和点对多点的无线数据通信系统中。NICT产品采用微处理器和先进的数字信号处理技术，保证了在恶劣的工业现场环境中同样具有卓越的、可靠的数据传输性能。

二、 NICT数传电台

（一）NICT数传电台基本结构

NICT是近年内根据各个环境与需求开发的通讯数据链集成产品，根据多年的行业应用及市场积累，在结合国际主流测绘数据链通讯功能的同时，集GNSS与各设备控制采集、常规测绘设备通讯、数据链中转及收发等功能于一体。该产品主要功能和特色主要体现在：作业环境优化、产品灵活轻巧、功能强大稳定、人性化操作设置。NICT主机由主机壳、前接口板、后挡板、固定安装板、主板、按键及指示灯板、面贴、前后密封圈组成。从而更好的实现了透明传输，分包转换，自动转发，快速导步。

（二）NICT智能协议体系

本次采用NICT数传电台空中波特率为9600b/s；各通道主要频率为：频道数：表示共有8个频道：463.125Mhz起，每隔25Khz一个信道。

具体频率分配如下：

1通道发送频率：463.1250，2通道发送频率：464.1250

3通道发送频率：465.1250，4通道发送频率：466.1250

5通道发送频率：463.6250，6通道发送频率：464.6250

7通道发送频率：465.6250，8通道发送频率：466.6250

三、NICT数传电台在尾矿库监测中应用

（一）项目概况

近几年中，尾矿库在线监测系统成为国家安全的重点项目被抓，但由于各种尾矿库的不同使得在线监测的供电、通讯等存在诸多的不足，从而在尾矿库监测上存在着亟待解决的问题是当前行业内专家研究的新课题；下面根据中线筑坝法尾矿库的现状做了相应的研究，最终商定采用数传电台来实现浸润线的数值传输。当采用NICT在尾矿监测中的应用时，结合产品功能与南京葛南的GDA1801相结合，组建新的模式来进行数据通讯，此举实现了数传电台在尾矿作业中的先例，该功能的简易完整性直接可推荐为今后在尾矿作业中的选择。NICT数传电台中可根据用户所需进行二次开发，目前所对应产品可直接与硬件接入，以下为山西某尾矿库浸润线与干滩部分采用数传电台解决方案。

（二）项目介绍

在电台工作时，只需在室内直接对各个监测点的对应设施调试，此后直接安装到现场便可，具体电台设置方法及编号也依据以下步骤来完成。设置单位号、传感器类型、工作组号、工作编号、工作模式。各个代码代表了不同的含义，从而它可进一步解决更深层的问题，诸如数据是否需要中转、通讯结束后的休眠、电压的输出、字节的进制转换等问题及如何用指令实现控制。下面主要通过对浸润线方面单独进行各个细节的分析与介绍：

SY：渗压计，这样只需要对设施进行简易的对应缩写。GNO： <传感器设备编号>：3字节，ASCII码形式，由小组编号G，1个字节（1..9，A..Z）和设备编号NO，2个字节（01..99）组成。其中小组号为0，表示所有小组，设备编号为00，表示所有设备。M：设备工作模式。0：默认基站模式。@$AN：STL|00|000|0|4*＼r＼n；接收所有数据；1：测站（采集端）模式。@$AN：STL|SY|101|1|4*＼r＼n；渗压计；2：中继站。@$AN：STL|00|100|2|4*＼r＼n；转发第一组所有数据；C：与传感器的通讯方式。默认485，0：TTL，2：232，4：485，设为中继站命令，@$AN：STL|00|100|2|4*，@$S：*，传感器接口，定义如下：1-Vo，输出电压，受内部控制，Vo=Vbat-0.6V；2-地线；3-485B；4-485A；5-5、6其它用途

设置界面。界面会持续4秒钟，每0.5秒指示一次。该界面等待期间，可以通过电脑串口发送设置命令进行参数设置和调试使用。此设置命令只对NICT有效，NICT数传电台不仅在尾矿库在线监测系统中用于浸润线，同时还可用效仿于干滩、雨量、库水位等监测或其他方面设施上，本文在此不细致阐述流程。

四、結语

本文提供了实现尾矿监测浸润线无线数据高效可靠传输的一种新技术。结合实际状况，只要选用技术指标高、质量稳定可靠的无线数据传输产品，再通过现场测试来确定电源配置、天线增益和电台的功率，当然用NICT数传电台一定能够实现高速率、高稳定、高可靠性的无线数据传输。NICT可实现数据吞吐量大，传输距离远，全透明实时传输，使用标准的异步通信协议，发射启动快，收发转换快，可以连续发射，功耗低，工作温度范围广，能在各种极其恶劣环境下工作。

参考文献：

[1]刘波，王章野等，大规模城市场景的高效建模及其实时绘制，计算机辅助设计与图形学学报，2008，20（9）：1153-1162

[2]李成名，王继周，马照亭，数字城市三维地理空间框架原理与方法北京：科学出版社，2008.

[3]无线协同通信原理与应用，彭木根，王文博，第1版机械工业出版社，2009，1，1

[4]何庆立.无线通信技术应用及发展. 泰尔网，2006年

[5]吴伟陵，牛凯编.移动通信原理[M].电子工业出版社，2005年1月