湘南某鉛鋅礦尾礦庫安全在線監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)構(gòu)建研究

熊立新　宋佳威　王思佳

摘要：湘江流域有色金屬尾礦庫是區(qū)域內(nèi)重大生態(tài)安全危險源，出現(xiàn)安全事故對區(qū)域生態(tài)危害嚴(yán)重。針對湘南某鉛鋅礦尾礦庫，采用布設(shè)高精度傳感器及分布式管理信息系統(tǒng)開發(fā)等手段實現(xiàn)尾礦庫的監(jiān)測指標(biāo)數(shù)據(jù)實時收集、在線監(jiān)測;基于準(zhǔn)確獲取的形變位移、庫水位、浸潤線埋深等關(guān)鍵指標(biāo)， 對尾礦庫安全風(fēng)險狀況實行多級預(yù)警預(yù)報。系統(tǒng)實際運行表明：該集成管理系統(tǒng)可為區(qū)域安全管理提供決策依據(jù)。

Abstract： The non-ferrous metal tailings reservoir in the Xiangjiang River Basin is a major hazard sources of ecological security in the region， safety accidents will cause serious ecological hazards in the region. High-precision sensors and distributed management information system development are adopted to realize real-time collection and on-line monitoring of key index data of tailings reservoir of a Lead-Zinc Mine in Southern Hunan， and multi-level early warning and prediction of safety risk status of tailings reservoir is carried out based on key indexes such as deformation displacement， reservoir water level and saturation line buried depth accurately obtained. Its performance shows? that the integrated management system can provide decision support for regional safety management.

關(guān)鍵詞：湘江流域;金屬礦尾礦庫;生態(tài)安全

Key words： Xiangjiang River Basin;the non-ferrous metal tailings reservoir;ecological security

中圖分類號：TD76? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）33-0189-02

0? 引言

湘江流域生態(tài)安全是區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展的保障，為國家安全的重要組成部分，引起社會的廣泛關(guān)注[1，2]。湖南是有色金屬之鄉(xiāng)，湘江流域分布大量的有色金屬礦山及相關(guān)企業(yè)，這些礦山企業(yè)在生產(chǎn)過程中建設(shè)了數(shù)量巨大的尾礦庫，其對整個湘江流域的生態(tài)安全構(gòu)成重大威脅[3，4，5]。因此，尾礦庫的安全監(jiān)測對于加強尾礦庫的安全監(jiān)管，把握尾礦庫的安全現(xiàn)狀，確保區(qū)域生態(tài)安全都具有重要意義[6-9]。

采用信息化、實時化、網(wǎng)絡(luò)化的尾礦庫在線監(jiān)測系統(tǒng)可以及時、直觀的掌握壩體的形變、庫水位、浸潤線等數(shù)據(jù)，并進(jìn)行安全評價、預(yù)警預(yù)報，為尾礦壩的安全監(jiān)測與管理決策提供有力支持[10-13]。

1? 工程簡介

該鉛鋅礦尾礦庫主壩的初期壩為粘土心墻土壩，壩底標(biāo)高18.0m，壩頂標(biāo)高40.0m，壩高22m。尾礦堆積壩外坡為1：5，原設(shè)計最終堆積標(biāo)高為50.0m，對應(yīng)的總壩高為32m，總庫容為550萬m3，目前尾礦堆積壩主壩的標(biāo)高約為43.0m，壩高約25m。

2? 監(jiān)測內(nèi)容

該尾礦庫地質(zhì)條件較好，無滑坡等地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險，在線監(jiān)測項目主要包括壩體表面豎向位移監(jiān)測、壩體浸潤線測量，庫水位測量和雨量監(jiān)測，不涵蓋庫區(qū)地質(zhì)滑坡體監(jiān)測。

3? 在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)置方案

3.1 表面豎向位移監(jiān)測

尾礦庫壩體采用壓差變形傳感器監(jiān)測。壓差式變形測量傳感器主要用于結(jié)構(gòu)物沉降的長期自動化監(jiān)測，采用精密數(shù)字化溫度補償和非線性修正技術(shù)，一體化的結(jié)構(gòu)設(shè) 計和標(biāo)準(zhǔn)化的信號輸出，具有體積小、精度高、重量輕、量程覆蓋范圍寬等特點。根據(jù)現(xiàn)場情況，在尾礦庫上的馬道上布設(shè) 7個豎向位移監(jiān)測點，包括 2個基點，5個測點，見圖1。布置好后可以進(jìn)行實時地表沉降監(jiān)控，每 30min 采集一次，也可根據(jù)實際需要修改采集頻率。

3.2 浸潤線監(jiān)測

壩體浸潤線監(jiān)測采用高精度的滲壓計進(jìn)行監(jiān)測，根據(jù)庫區(qū)實際情況，浸潤線監(jiān)測橫斷面共設(shè)2個，選用人工監(jiān)測孔布設(shè)傳感器，一共布設(shè) 3個滲壓計，見圖1。布置好后可以進(jìn)行實時地表沉降監(jiān)控，每 30min 采集一次，也可根據(jù)實際需要修改采集頻率，獲取更詳細(xì)數(shù)據(jù)。

3.3 庫水位監(jiān)測

庫水位監(jiān)測主要監(jiān)測庫區(qū)內(nèi)水位變化情況，選用與浸潤線監(jiān)測相同的投入式滲壓計作為采集傳感器，采用單通道數(shù)據(jù)采集單元進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。庫水位監(jiān)測點要求布置在水波波動比較平穩(wěn)的位置，根據(jù)庫區(qū)實際情況和相關(guān)技術(shù)規(guī)范，將其布置在庫內(nèi)排水構(gòu)筑物上，本工程共設(shè)定 1 個庫水位測點，見圖1。

3.4 降雨量監(jiān)測

降雨量監(jiān)測應(yīng)根據(jù)尾礦庫周邊地形條件，在空曠處設(shè)置監(jiān)測點。按國家現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定 20 平方公里設(shè)計一個雨量監(jiān)測計，因此本工程設(shè) 1 個雨量監(jiān)測點，布設(shè)位置如圖1所示。

4? 在線監(jiān)測及預(yù)警

基于獲取的壩體豎向位移、庫水位、浸潤線和降雨量等數(shù)據(jù)，可以進(jìn)行安全評價、預(yù)警預(yù)報。基于分布式網(wǎng)絡(luò)和信息系統(tǒng)開發(fā)等方法，設(shè)計開發(fā)了該尾礦庫安全在線監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)。

系統(tǒng)具備監(jiān)測數(shù)據(jù)異常數(shù)據(jù)剔除、平差計算和異常監(jiān)測結(jié)果判別提示功能，并且在線安全監(jiān)測成果與人工安全監(jiān)測成果可以進(jìn)行對比分析。預(yù)警風(fēng)險由低到高分為黃色預(yù)警、橙色預(yù)警和紅色預(yù)警三個級別。通過設(shè)定監(jiān)測項目的報警閾值，當(dāng)監(jiān)測參數(shù)超限時系統(tǒng)自動報警。其中雨量監(jiān)測分析見圖2。

5? 結(jié)論

在尾礦庫庫區(qū)、尾礦壩、排洪構(gòu)筑物上布置自動監(jiān)測儀器、供電和通信設(shè)施，基于傳感器自動測量、分布式組網(wǎng)和系統(tǒng)開發(fā)等技術(shù)和手段實現(xiàn)對尾礦庫安全的自動化在線監(jiān)測、分析和預(yù)警，建立了較完善的尾礦庫風(fēng)險管理機制，有效保障了該鉛鋅礦尾礦庫的安全。

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