多技術(shù)融合在礦山尾礦庫(kù)安全監(jiān)測(cè)運(yùn)用研究

楊 毅

（貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局五總隊(duì)，貴州 安順 561000）

尾礦庫(kù)上礦山開(kāi)采作業(yè)中至關(guān)重要的組成部分，是礦區(qū)內(nèi)危險(xiǎn)性非常高的一個(gè)場(chǎng)所。大量數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)前我國(guó)已有的尾礦庫(kù)在1萬(wàn)座以上，而當(dāng)中大部分的尾礦庫(kù)都無(wú)法正常運(yùn)行，還有一部分甚至成為了危庫(kù)和病庫(kù)，因此，尾礦庫(kù)安全事故非常多見(jiàn)，不僅對(duì)周邊的生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的破壞，更造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和大量的人員傷亡。因此，礦山尾礦庫(kù)實(shí)施科學(xué)、有效的安全監(jiān)測(cè)，對(duì)其危險(xiǎn)性進(jìn)行全面評(píng)估，以便相關(guān)部門(mén)采取合理的預(yù)防和應(yīng)對(duì)措施，是減少尾礦庫(kù)災(zāi)害事件發(fā)生的關(guān)鍵。近年來(lái)，隨著我國(guó)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，遙感、三維激光等先進(jìn)技術(shù)逐步在尾礦庫(kù)安全監(jiān)測(cè)中得以運(yùn)用，進(jìn)一步提高了尾礦庫(kù)安全監(jiān)測(cè)的效率，使得尾礦庫(kù)巡檢管理的更加精細(xì)化。

1 遙感技術(shù)在礦山尾礦庫(kù)安全監(jiān)測(cè)技術(shù)運(yùn)用分析

1.1 遙感靜態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)

遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)主要是通過(guò)遙感器于遠(yuǎn)離目標(biāo)位置，在無(wú)需與目標(biāo)對(duì)象接觸的狀態(tài)下，獲得目標(biāo)區(qū)相關(guān)信息的先進(jìn)技術(shù)。通常來(lái)說(shuō)，在礦區(qū)尾礦庫(kù)形成后，有很多的因素對(duì)其穩(wěn)定性和安全性產(chǎn)生影響。面對(duì)這一特性，如果還采用傳統(tǒng)的人工危險(xiǎn)因素排查方法進(jìn)行尾礦庫(kù)安全監(jiān)測(cè)，不僅工作效率低，而且無(wú)法對(duì)整個(gè)礦區(qū)整體安全進(jìn)行掌握和分析。而采用遙感技術(shù)進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)，不僅視野非常廣闊，而且超高的分辨率，可以將整個(gè)礦區(qū)的運(yùn)營(yíng)狀態(tài)和建構(gòu)結(jié)構(gòu)以高清成像顯示出來(lái)，讓技術(shù)人員可以直接從遙感成像中對(duì)礦區(qū)和尾礦庫(kù)進(jìn)行整體分析，進(jìn)而評(píng)估出尾礦庫(kù)堆積范圍的合理性，大壩是否存在滲水現(xiàn)象，截洪溝與排尾管等設(shè)施的安全狀態(tài)等[1]。

1.2 遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)

動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)可以通過(guò)連續(xù)性多期遙感監(jiān)測(cè)從宏觀的角度上對(duì)尾礦庫(kù)的運(yùn)營(yíng)和發(fā)展態(tài)勢(shì)進(jìn)行掌握，動(dòng)態(tài)遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)可以通過(guò)近兩年尾礦庫(kù)堆積的面積變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，且可以讓技術(shù)人員直接從所得圖像中觀察到堆積的范圍是否處于紅線內(nèi)，以此確認(rèn)其堆積是否合理，現(xiàn)以山西某尾礦庫(kù)為例，從圖1中可以看出，該尾礦庫(kù)堆積面積隨著時(shí)間變化而增加，雖然堆積面積還處于合理范圍之內(nèi)，但在其連接庫(kù)區(qū)的山脈有構(gòu)成兩個(gè)獨(dú)立庫(kù)區(qū)的危險(xiǎn)性，因此，針對(duì)這一個(gè)危險(xiǎn)因素，相關(guān)企業(yè)可以將該區(qū)支出的山脈作切斷開(kāi)挖處理，連通尾礦庫(kù)區(qū)的兩個(gè)水域，以消除安全隱患[2]。

2 三維激光技術(shù)在礦山尾礦庫(kù)安全監(jiān)測(cè)技術(shù)運(yùn)用分析

2.1 尾礦庫(kù)的壩體安全監(jiān)測(cè)

三維激光安全監(jiān)測(cè)是最近幾年才興起的一項(xiàng)先進(jìn)掃描技術(shù)，該技術(shù)可以對(duì)監(jiān)測(cè)目標(biāo)實(shí)施高精度全方位立體掃描，運(yùn)用尾礦庫(kù)安全監(jiān)測(cè)，可以對(duì)該區(qū)的地貌信息全面、準(zhǔn)確的掃描出來(lái)，并對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行高精度測(cè)量。尾礦庫(kù)的壩體直接關(guān)系著尾礦庫(kù)的安全性和穩(wěn)定性，在傳統(tǒng)尾礦庫(kù)壩體安檢工作中，大部分是依據(jù)壩面現(xiàn)有狀態(tài)與壩體堆積的坡度對(duì)壩體的穩(wěn)定性進(jìn)行衡量，但是受到人眼視野局限的影響，如果采用人工巡檢很難發(fā)現(xiàn)壩體上的細(xì)微病害，而這些微小數(shù)據(jù)極有可能會(huì)對(duì)壩體堆積實(shí)際狀態(tài)估算結(jié)果產(chǎn)生影響，降低數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，而采用三維激光掃描監(jiān)測(cè)，則可以直接取得三維點(diǎn)云模型，不僅將地貌真實(shí)的還原，同時(shí)還能完成三維漫游觀測(cè)與全方位立體測(cè)量，大幅度提高監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性[3]。

圖1 遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)成像

2.2 尾礦庫(kù)庫(kù)容計(jì)算分析

衡量尾礦庫(kù)潛在危險(xiǎn)程度的一個(gè)最關(guān)鍵的指標(biāo)就是尾礦庫(kù)的容量，因此，傳統(tǒng)的尾礦庫(kù)安檢，大部分都是通過(guò)尾礦庫(kù)的容量來(lái)判定尾礦庫(kù)的安全性。但是由于尾礦庫(kù)內(nèi)尾砂的堆積多呈現(xiàn)為深淺不一的情況，若采用傳統(tǒng)的測(cè)量方法，對(duì)其體積進(jìn)行計(jì)算，那么Z軸數(shù)據(jù)會(huì)存在一定的偏差，致使尾礦庫(kù)容量計(jì)算結(jié)果不夠準(zhǔn)確，最終導(dǎo)致尾礦庫(kù)危險(xiǎn)性評(píng)估結(jié)果失準(zhǔn)[4]。而三維激光擁有全方位立體測(cè)算的功能，可以精確的計(jì)算出尾礦庫(kù)的實(shí)際容量，并利于三維激光掃描模型，進(jìn)行三維重疊計(jì)算，同以山西某尾礦庫(kù)為例，通過(guò)三維重疊計(jì)算得出該庫(kù)的總?cè)萘考s為1.997×106m3，而庫(kù)區(qū)當(dāng)中的總積水總量大約為1.07×105m3，由此可知，該尾礦庫(kù)已經(jīng)處于千萬(wàn)級(jí)堆積庫(kù)，危險(xiǎn)級(jí)別較高，但還處于設(shè)計(jì)的合理范圍之內(nèi)。

3 聯(lián)合運(yùn)用遙感與三維激光在尾礦庫(kù)安全監(jiān)測(cè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)分析

3.1 全面提高尾礦庫(kù)數(shù)據(jù)測(cè)算的準(zhǔn)確性

遙感與三維激光兩項(xiàng)安全監(jiān)測(cè)技術(shù)的聯(lián)合，是預(yù)防礦山尾礦庫(kù)災(zāi)害發(fā)生及蔓延的有效監(jiān)測(cè)方式，通過(guò)兩種方式聯(lián)合監(jiān)測(cè)，各揮所長(zhǎng)，可以為尾礦庫(kù)災(zāi)預(yù)防和處理提供更為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)依據(jù)，兩項(xiàng)技術(shù)取長(zhǎng)補(bǔ)短，可以共同構(gòu)架出最適合運(yùn)用于尾礦庫(kù)安全監(jiān)測(cè)與危險(xiǎn)性評(píng)估技術(shù)體系[5]。

就現(xiàn)實(shí)情況而言，礦山尾礦庫(kù)存在非常多的安全隱患，如果相關(guān)企業(yè)依舊延傳統(tǒng)的人工排查和測(cè)量對(duì)尾礦庫(kù)的安全性進(jìn)行評(píng)估，難以完全掌握尾礦庫(kù)的全局態(tài)勢(shì)，且非常容易將一些細(xì)微的關(guān)鍵問(wèn)題和風(fēng)險(xiǎn)因素忽略掉，導(dǎo)致尾礦庫(kù)安全性評(píng)估出現(xiàn)誤差，使得災(zāi)害預(yù)防措施失效。而將遙感與三維激光掃描兩項(xiàng)監(jiān)測(cè)技術(shù)聯(lián)合運(yùn)用后，不僅打破了傳統(tǒng)人工排查的缺陷，更全方位提高尾礦庫(kù)安全監(jiān)測(cè)工作的效率，實(shí)現(xiàn)了尾礦庫(kù)天、地多個(gè)項(xiàng)目的一體化安全監(jiān)測(cè)，同時(shí)從宏觀和微觀兩個(gè)角度對(duì)尾礦庫(kù)各類(lèi)隱患者參數(shù)進(jìn)行定量測(cè)算，并對(duì)其安全態(tài)勢(shì)進(jìn)行全面評(píng)估，為礦山企業(yè)尾礦庫(kù)災(zāi)害預(yù)防提供可靠依據(jù)。

3.2 完善尾礦庫(kù)安全監(jiān)測(cè)技術(shù)體系

潰決型泥石流尾礦庫(kù)是我國(guó)礦山最多見(jiàn)且嚴(yán)重程度最大的一種災(zāi)害，而通過(guò)遙感與三維激光兩種監(jiān)測(cè)技術(shù)得到的數(shù)值，相關(guān)的技術(shù)人員就可以評(píng)估尾礦庫(kù)當(dāng)前狀態(tài)的危險(xiǎn)性，并預(yù)估出遇到極端條件時(shí)，尾礦庫(kù)泥石流災(zāi)害發(fā)生的動(dòng)態(tài)變化以及下游可能會(huì)波及到的范圍，從而依據(jù)預(yù)估結(jié)果為礦山管理者和該地區(qū)政府的災(zāi)害預(yù)防決策提供更直觀、更準(zhǔn)確的依據(jù)，進(jìn)行降低下游居民的安全風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)一步完善了尾礦庫(kù)監(jiān)測(cè)-評(píng)價(jià)-預(yù)防三項(xiàng)同時(shí)監(jiān)管的安全管理技術(shù)體系，真正的實(shí)現(xiàn)尾礦庫(kù)的天空-地表-地下全方位空間安全監(jiān)測(cè)技術(shù)的融合運(yùn)用，為礦山尾礦庫(kù)安全監(jiān)測(cè)提供了技術(shù)保障，從根本上提高了尾礦庫(kù)運(yùn)營(yíng)的穩(wěn)定性與安全性[6]。

4 結(jié)語(yǔ)

總之，對(duì)礦山尾礦庫(kù)運(yùn)營(yíng)穩(wěn)定性和安全性會(huì)產(chǎn)生影響的因素多且復(fù)雜，除地表可以直觀分析的因素，地下也會(huì)存在很多的危險(xiǎn)因素，而采用遙感與三維激光掃描融合監(jiān)測(cè)技術(shù)可以對(duì)尾礦庫(kù)進(jìn)行天上、地表以及地下的全方位安全監(jiān)測(cè)，有效的規(guī)避了傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法中容易遺漏細(xì)小問(wèn)題、監(jiān)測(cè)速度緩慢等缺陷，大幅度提高了尾礦庫(kù)安全監(jiān)測(cè)的效率與精確度，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)-評(píng)價(jià)-預(yù)防一體化的尾礦庫(kù)安全監(jiān)測(cè)目標(biāo)，為尾礦庫(kù)的安全運(yùn)營(yíng)提供了有效保障。