在線監(jiān)測技術在新疆喀礦加烏爾尾礦庫的應用

高玖平

（新疆喀拉通克礦業(yè)有限責任公司富蘊836107）

在線監(jiān)測技術在新疆喀礦加烏爾尾礦庫的應用

高玖平

（新疆喀拉通克礦業(yè)有限責任公司富蘊836107）

尾礦庫是金屬與非金屬礦山安全生產的重要環(huán)節(jié)，也是需要在線監(jiān)測的重大危險源之一。為了加強對尾礦庫的安全管理，我國以立法的形式特別強調了對尾礦設施的安全監(jiān)督。然而，我國尾礦庫的安全監(jiān)測監(jiān)控技術還處于起步階段，尾礦庫安全運行的主要技術參數(shù)還是靠人工巡檢和攜帶儀器設備到現(xiàn)場實地測量數(shù)據(jù)，不僅易受外界環(huán)境因素的影響，而且不能及時監(jiān)測尾礦庫的各項技術參數(shù)，難以及時掌握尾礦庫各項安全技術指標等缺點，這些都將影響尾礦庫的安全生產和安全管理水平。尾礦庫安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的實施，便于企業(yè)和安全監(jiān)管部門快速掌握與尾礦庫安全密切相關的技術指標的最新動態(tài)，有利于及時掌握尾礦庫的運行狀況和安全現(xiàn)狀，可以提高尾礦庫的安全性，保障尾礦庫正常運轉及人民群眾的生命財產安全，避免因尾礦庫事故而造成的環(huán)境污染，對于加強尾礦庫的安全監(jiān)管，把握尾礦庫的安全現(xiàn)狀，減少尾礦庫的事故發(fā)生等具有重要意義。

尾礦庫在線監(jiān)測安全技術應用

新疆喀拉通克礦業(yè)有限責任公司結合國家法律法規(guī)和建設標準，本著技術先進可靠，經濟實用的原則，按照高可靠性、長期穩(wěn)定性好、精度較高、耐惡劣環(huán)境性、密封耐壓性良好、操作簡單、結構牢固、維修要求不高、費用低廉、能遙測、技術原理一致性的要求。采用各種監(jiān)測監(jiān)控設備對尾礦庫數(shù)據(jù)進行采集，利用軟件平臺進行統(tǒng)一分析處理，在三維可視化狀態(tài)下對各種監(jiān)測監(jiān)控數(shù)據(jù)進行實時模擬仿真，實現(xiàn)監(jiān)測、計算仿真、評價預警功能建設完成尾礦庫在線監(jiān)測系統(tǒng)，現(xiàn)進行闡述分析如下：

1 喀拉通克礦業(yè)公司尾礦庫的基本情況

喀拉通克礦業(yè)公司選礦廠加烏爾尾礦庫位于距喀拉通克銅鎳礦北東4 km的一開闊溝谷中。溝谷東西方向長約3.5 km，南北方向長約2.0 km呈不規(guī)則形狀，地面高程964.9～1 017 m。場區(qū)內為自然荒溝，地表無任何建筑物，僅有稀疏的雜草。加烏爾尾礦庫于2012年6月開始試運行，已經按安全“三同時”要求辦理完成安全驗收評價、安全設施驗收和安全生產許可證。

圖1 尾礦庫上游坡面照片

2 尾礦庫的監(jiān)測指標

尾礦庫安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)主要包括以下內容：尾礦庫壩體位移監(jiān)測、尾礦庫庫區(qū)水位監(jiān)測、尾礦庫庫區(qū)視頻監(jiān)控、其他監(jiān)測內容還包括如浸潤線、干灘、降雨量等。公司尾礦庫監(jiān)測系統(tǒng)由位移監(jiān)測子系統(tǒng)、浸潤線監(jiān)測子系統(tǒng)、水位監(jiān)測子系統(tǒng)、庫區(qū)視頻監(jiān)控子系統(tǒng)、有線通信子系統(tǒng)、降雨量子系統(tǒng)、監(jiān)測預警軟件子系統(tǒng)等組成。

尾礦庫發(fā)生潰壩災害，壩體位移是其中最直觀的反應指標。對尾礦庫壩體位移的掌握，可以及時發(fā)現(xiàn)尾礦壩位移率和位移速度，一旦出現(xiàn)險情，及時發(fā)布預警消息。位移監(jiān)測采用全站儀監(jiān)測，監(jiān)測點布置于4個剖面，共13個監(jiān)測點（圖2）。庫區(qū)視頻4處。降雨量安裝在調度室房頂。

圖2 位移監(jiān)測點布置圖

位移觀測房設置在壩旁穩(wěn)定的基石上。根據(jù)尾礦庫的具體情況及整體的設計，需要設置1個位移觀測房，觀測房放在尾礦庫左邊的山坡上。

由于位移采用的是全自動全站儀進行監(jiān)測，監(jiān)測點之間與位移觀測中心不需要鋪設電纜，數(shù)據(jù)傳輸主要是觀測中心傳輸?shù)秸{度室。位移觀測房與調度室的距離較遠，直接光纜由位移觀測中心傳輸?shù)秸{度室。

位移監(jiān)測點布置在初期壩和堆積壩，根據(jù)初期壩和堆積壩的實際情況，初期壩位移監(jiān)測墩標和堆積壩的位移監(jiān)測墩標設計不同。墩標采用C20混凝土澆筑,模板支撐，確保墩標基上平面水平。監(jiān)測點標墩地面以上高度為1.5 m，埋入地下部分為2.5 m。

監(jiān)測儀器所處的野外環(huán)境條件一般都較惡劣，全站儀鏡頭和棱鏡極易污染影響觀測，必須采取一些保護措施來保證光學設備的清潔，以確保觀測的質量。

降雨量是尾礦庫防洪監(jiān)測的重要實時數(shù)據(jù)，根據(jù)當前降雨量可評估尾礦庫所處的風險狀態(tài)。采用翻斗式雨量計，通過容柵位移傳感器檢測降雨量，把降雨量變成數(shù)字電信號再經微型計算機的處理，轉換成脈沖輸出，傳送到數(shù)據(jù)采集中心。雨量計監(jiān)測精度為0.02 mm，可以實時監(jiān)測降雨量的微小變化。

視頻監(jiān)控采用高精度視頻監(jiān)控儀器，布設在壩面、灘面部位，采用對溢水井、干灘區(qū)域、回水泵站、壩體全貌等部位進行視頻監(jiān)測，采用無線收發(fā)組件，匯總視頻監(jiān)控信號，多畫面或分割畫面顯示，并提供網絡監(jiān)控功能。

3 尾礦庫多信號采集系統(tǒng)和預警管理系統(tǒng)設計

采集監(jiān)測預警管理系統(tǒng)設置于公司選礦廠調度室上位機系統(tǒng)，通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲取現(xiàn)場傳感器數(shù)據(jù)。監(jiān)測預警管理子系統(tǒng)是現(xiàn)場各個監(jiān)控子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)歸集，處理在線監(jiān)控系統(tǒng)處理現(xiàn)場各傳感器信號，并進行安全監(jiān)測管理。通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與現(xiàn)場傳感器及相關設備進行聯(lián)接或通信，可實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實時自動采集。系統(tǒng)運算模塊和評價模塊將現(xiàn)場數(shù)據(jù)與尾礦庫綜合模型進一步相結合，對礦漿、砂、水等數(shù)據(jù)進行集成運算、獲得統(tǒng)計分析結果，并實現(xiàn)綜合預警。

（1）在線監(jiān)測模塊

用于采集監(jiān)測數(shù)據(jù)，主要包括浸潤線監(jiān)測模塊、位移監(jiān)測模塊、庫水位監(jiān)測模塊、干灘監(jiān)測模塊、降雨量監(jiān)測模塊、視頻監(jiān)測模塊等。

采樣周期根據(jù)需要動態(tài)調整，設置為一周時間。也可采用應答方式即時獲取相關數(shù)據(jù)。配置有數(shù)據(jù)的存儲、統(tǒng)計分析發(fā)布、趨勢圖表和控制預警等功能。

（2）計算模塊

在監(jiān)測到相應的數(shù)據(jù)后，通過數(shù)據(jù)存儲方式，將數(shù)據(jù)存儲在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫中。通過相應的數(shù)學模型計算得到各個監(jiān)測指標相關的尾礦庫安全性數(shù)據(jù)。

（3）評價模塊

通過數(shù)學模型計算與監(jiān)測數(shù)據(jù)的比較分析，得到各個綜合分析評價的結果，并進行不同級別的預警，具備定量預警、分級響應等方面的技術優(yōu)勢，同定性分析數(shù)據(jù)趨勢相比，更有科學性和合理性?？筛鶕?jù)需要，設置不同報警方案，全方位保障尾礦庫安全。

4 軟件系統(tǒng)的功能

主要包括系統(tǒng)能實時顯示各種監(jiān)測數(shù)據(jù)。

（1）位移監(jiān)測：系統(tǒng)能實時監(jiān)測壩體在一段時間內的兩個方向水平傾斜量。在模擬分析的基礎上，設定預警值，系統(tǒng)能自動預警。系統(tǒng)位移監(jiān)測精度高，系統(tǒng)能繪制不同方向的位移，并統(tǒng)計任一時間內不同方向的位移總量；能保存查詢的數(shù)據(jù)和相關的圖形。

（2）浸潤線監(jiān)測：系統(tǒng)能實時在線、自動測量壩體浸潤線埋藏深度，實現(xiàn)采集、貯存數(shù)據(jù)的自動化，繪制指定監(jiān)測點浸潤線的歷史曲線。在數(shù)值模擬和分析的基礎上，設定不同預警級別的預警值，同時當浸潤線超出設定預警值時進行預警。系統(tǒng)能對任一時間內的浸潤線數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，能繪制浸潤線斷面曲線；系統(tǒng)能保存查詢的數(shù)據(jù)和相關的圖形。

（3）庫水位監(jiān)測：系統(tǒng)能實時、自動監(jiān)測尾礦庫水位，實現(xiàn)尾礦庫庫水位采集、儲存數(shù)據(jù)的自動化，系統(tǒng)能自動跟蹤監(jiān)測，并及時發(fā)出預警（根據(jù)尾礦庫的具體情況，運用數(shù)學模型對尾礦庫庫水位的預警數(shù)值進行模擬分析，確定預警閾值）；系統(tǒng)能繪制庫水位歷史曲線圖；能對任一時間內的庫水位進行統(tǒng)計；系統(tǒng)能保存查詢的數(shù)據(jù)和相關的圖形。

（4）雨量監(jiān)測：系統(tǒng)能監(jiān)測降雨量，并根據(jù)降雨量進行調洪演算。

（5）庫區(qū)視頻監(jiān)測：視頻監(jiān)控涵蓋壩面、壩頂、干灘區(qū)域等關鍵部位，采用無線收發(fā)組件，匯總視頻監(jiān)控信號，多畫面或分割畫面顯示，并提供網絡監(jiān)控功能。

尾礦庫在線監(jiān)測技術在近20年的時間內，在國際上已經發(fā)展得比較成熟，應用廣泛。我國應用這類技術還是近10年的事情，時間較短。但從尾礦庫在線監(jiān)測工程的應用上已取得了零的突破，逐步為業(yè)內人士所認可。從目前尾礦庫安全的現(xiàn)狀來看，根據(jù)尾礦庫的情況的不同，應盡快在尾礦庫監(jiān)測監(jiān)控中采用多樣化的監(jiān)測技術手段和監(jiān)測系統(tǒng)以達到最優(yōu)監(jiān)測效果。將尾礦庫的安全管理納入現(xiàn)代科學的范疇之內，科學、及時、有效的監(jiān)測監(jiān)控，以確保人民生命財產的安全和社會的穩(wěn)定，為構建和諧的生存環(huán)境，做出應有的貢獻。

收稿：2014-03-04