在線監(jiān)測系統(tǒng)在錳渣庫安全環(huán)保監(jiān)管中的應(yīng)用

陳遠(yuǎn)光，朱 唯，許英鵬，賢梁明，農(nóng)瑞桂，李建文

(1. 中信大錳礦業(yè)有限責(zé)任公司 大新錳礦分公司,廣西 崇左 532200； 2. 中信大錳礦業(yè)有限責(zé)任公司，廣西 南寧 530029)

近年來，電解金屬錳(以下簡稱為：電解錳)行業(yè)所需的錳礦石的品位逐年下降趨勢，錳渣的產(chǎn)生量大幅增加，大部分企業(yè)原有渣庫已經(jīng)庫滿或即將庫滿，錳渣庫的安全環(huán)保隱患日益突出。通過安裝錳渣庫在線監(jiān)測系統(tǒng)，利用高精度GPS定位技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)手段，加強(qiáng)錳渣庫安全環(huán)保管理，及時發(fā)現(xiàn)和掌握庫體監(jiān)測指標(biāo)最新動態(tài)，通過預(yù)警信息和變化趨勢綜合分析，能夠給企業(yè)管理者提供決策依據(jù)。

1 在線監(jiān)測系統(tǒng)簡介

開發(fā)一整套監(jiān)測軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對尾礦庫各項(xiàng)數(shù)據(jù)自動監(jiān)測、監(jiān)測到的實(shí)時數(shù)據(jù)和視頻監(jiān)控圖像實(shí)現(xiàn)無線傳輸，準(zhǔn)確地描述尾礦庫的整體性狀，對尾礦庫安全監(jiān)測實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的分類、存儲、檢驗(yàn)、分析和輔助決策，實(shí)時監(jiān)測尾礦庫運(yùn)行狀況。

逐級建立企業(yè)尾礦庫安全監(jiān)控中心，進(jìn)行逐級監(jiān)管，不同級別的尾礦庫監(jiān)控中心的職責(zé)、功能、監(jiān)控重點(diǎn)和使用權(quán)限不盡相同。根據(jù)尾礦庫的重要程度，公司級監(jiān)控中心可全部或者有選擇地對某些重點(diǎn)尾礦庫進(jìn)行實(shí)時動態(tài)監(jiān)控，并對全礦所有尾礦庫的安全性進(jìn)行實(shí)時分析計算，在后臺進(jìn)行軟件跟蹤、評價、預(yù)報。同樣，礦級監(jiān)控中心對全礦尾礦庫進(jìn)行安全監(jiān)控并將動態(tài)數(shù)據(jù)上傳到公司級監(jiān)控中心。建設(shè)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 建設(shè)構(gòu)架示意

2 在線監(jiān)測系統(tǒng)涵蓋的內(nèi)容

在線監(jiān)測系統(tǒng)就是能夠連續(xù)、實(shí)時地自動監(jiān)測和管理分析各項(xiàng)監(jiān)測指標(biāo)的變化趨勢，當(dāng)監(jiān)控指標(biāo)出現(xiàn)異常時，發(fā)出預(yù)警信號的一套設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)。當(dāng)前監(jiān)測主要是利用GPS高精度準(zhǔn)確定位技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，視頻影像技術(shù)通過計算機(jī)及配套相應(yīng)軟件構(gòu)建一個監(jiān)管平臺，對渣庫關(guān)鍵部位進(jìn)行監(jiān)測。監(jiān)測內(nèi)容主要包括壩體位移監(jiān)測、浸潤線、庫水位、干灘長度、降雨量和庫周邊視頻影像等[1]。根據(jù)不同的壩體會有不同的監(jiān)測內(nèi)容。

2.1 壩體位移監(jiān)測

根據(jù)壩體長度、寬度、高度實(shí)際情況，壩體位移測點(diǎn)設(shè)置一般在壩頂設(shè)置和各臺階。監(jiān)測數(shù)據(jù)通過計算機(jī)軟件分析后以數(shù)據(jù)和圖形表格形式呈現(xiàn)，直觀反映監(jiān)測動態(tài)。本排渣庫壩壩頂長230 m，現(xiàn)狀壩高65 m，根據(jù)布點(diǎn)原則的要求，確定按間隔50 m布點(diǎn)，共計布設(shè)5個表面位移監(jiān)測點(diǎn)，壩體一側(cè)山體上布設(shè)1個基準(zhǔn)點(diǎn)，如圖2所示。

圖2 監(jiān)測點(diǎn)布點(diǎn)示意

2018年11月建成投入運(yùn)行以來，至今各項(xiàng)監(jiān)測數(shù)據(jù)正常，達(dá)到預(yù)期設(shè)計要求。數(shù)據(jù)見表1。

表1 GPS在線監(jiān)測位移數(shù)據(jù) m

2.2 庫水位監(jiān)測

庫水位監(jiān)測一般采用水文尺，多為人工記錄。自動監(jiān)測系統(tǒng)可以采用傳統(tǒng)標(biāo)尺加紅外線、滲壓計、超聲波等設(shè)備選擇在庫水位平穩(wěn)相對固定和便于管理維護(hù)位置監(jiān)測，一般設(shè)置在庫內(nèi)排水系統(tǒng)周圍相對固定的地方。本排渣庫為干渣庫，故不設(shè)庫水位監(jiān)測。

2.3 干灘監(jiān)測系統(tǒng)

干灘監(jiān)測內(nèi)容包括高程和干灘長度。一般通過設(shè)置在排水系統(tǒng)附近的水位監(jiān)測點(diǎn)的監(jiān)測數(shù)據(jù)以及一些特征點(diǎn)、動態(tài)觀測特征點(diǎn)的實(shí)時數(shù)據(jù)，從而達(dá)到控制干灘坡度、干灘長度目的。本排渣庫為干渣庫，故不設(shè)干灘監(jiān)測。

2.4 降雨量監(jiān)測系統(tǒng)

本排渣庫采用當(dāng)前氣象部門廣泛使用的容柵式雨量計，優(yōu)點(diǎn)是其內(nèi)部自帶傳感器和數(shù)字計算電路，接入到計算機(jī)便能采集雨量數(shù)據(jù)。因此無需像其他普通雨量計那樣使用前和使用一段時間后，要派人去現(xiàn)場先進(jìn)行麻煩的精度校準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)真正的無人值守。投入運(yùn)行以來各項(xiàng)數(shù)據(jù)監(jiān)測正常，雨量計設(shè)定每小時采集1次數(shù)據(jù)。

2.5 視頻監(jiān)測系統(tǒng)

提供實(shí)時的尾礦壩視頻影像資料及錄像存儲服務(wù)，可以對尾礦壩的壩體、庫水位等情況做出直接、準(zhǔn)確的判斷。形象的說，整個尾礦壩在線監(jiān)測系統(tǒng)就是這個人的身體，影像子系統(tǒng)就是這個人的眼睛，而浸潤線等子系統(tǒng)則是這個人的皮膚等觸覺系統(tǒng)。同時結(jié)合尾礦壩在線監(jiān)測系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)，能夠在第一時間掌握尾礦壩各種準(zhǔn)確的第一手資料。通過各個子系統(tǒng)反饋的信息，通過服務(wù)器這個大腦的綜合處理判斷，及時找出隱患并處理，以求在尾礦壩的安全監(jiān)控及企業(yè)的安全生產(chǎn)方面達(dá)到節(jié)約成本、事半功倍的效果。

3 在線監(jiān)測系平臺

整個平臺為B/S架構(gòu)，后臺采用java開發(fā)，前端用Flex builder開發(fā)，該系統(tǒng)在服務(wù)器運(yùn)行后，在同一網(wǎng)段內(nèi)的電腦均可訪問，也可以通過其他方式訪問。訪問效果如圖3～4。預(yù)警信息可以通過指定手機(jī)號碼發(fā)送信息。目前廣西尾礦庫遠(yuǎn)程監(jiān)管平臺還未建立，故本渣庫在線監(jiān)測系統(tǒng)未接入政府監(jiān)管平臺，僅在內(nèi)部局域網(wǎng)運(yùn)行。

圖3 壩體位移濾波展示效果示例

圖4 綜合預(yù)警示例

4 當(dāng)前錳行業(yè)渣庫隱患現(xiàn)狀

1)錳行業(yè)渣庫隱患

根據(jù)《電解金屬錳企業(yè)環(huán)境工作指南》，錳渣庫屬于尾礦庫，參照尾礦庫安全技術(shù)規(guī)程管理。故錳渣庫等級分類主要從“壩高H，庫容V”兩個方面衡量，分為5個等級[2]。近年來電解錳生產(chǎn)能力大幅提高，渣量劇增，原有渣庫滿后，合適的新渣庫場址難尋，現(xiàn)存錳渣庫50%以上已經(jīng)滿庫，無調(diào)洪庫容，仍超額使用，隱患突出[3]。

2)部分渣庫設(shè)計隱患

渣庫一般是根據(jù)實(shí)際地形為山谷型庫或傍山型庫，通過在谷口、山腳依山筑壩形成的渣庫較為普遍，平地型建設(shè)的庫比較少。在建設(shè)渣庫設(shè)計時考慮增加庫容，減少建庫投資成本，修建的壩體材料常就地取材，以土壩、堆石壩形式結(jié)合鋪設(shè)防滲膜，壩體安全坡比考慮不充分，初級壩基礎(chǔ)處理達(dá)不到規(guī)范要求，防滲設(shè)施，導(dǎo)排水系統(tǒng)未完善，壩肩設(shè)置不合理。部分渣庫選址上不合理，一些企業(yè)為了兼顧排渣運(yùn)行投資成本，違規(guī)建設(shè)頭頂庫。

3)渣庫運(yùn)行管理隱患

在電解錳企業(yè)中，錳渣運(yùn)輸方式主要采用汽車、皮帶和管道輸送等。庫內(nèi)排渣次序紊亂，容易造成庫內(nèi)排水不暢，當(dāng)庫內(nèi)積水過多，極易發(fā)生潰壩；排渣點(diǎn)相對固定集中，部分區(qū)域?qū)υ^多過高，連續(xù)下雨渣濕透后，容易造成大面積塌渣情況，沖擊壩體安全。錳渣庫周邊截水溝年久失修，未能發(fā)揮作用，大量雨水進(jìn)入渣庫存在安全隱患；安全投入不足，安全管理不到位，管理松散，未能及時發(fā)現(xiàn)隱患并采取防范措施。

4)渣庫監(jiān)測手段隱患

在渣庫監(jiān)測方面，按照設(shè)計要求，壩體一般設(shè)置有監(jiān)測樁。目前主要是人工定期觀測和設(shè)備定期監(jiān)測，人工觀測往往不能及時發(fā)現(xiàn)壩體細(xì)微的隱患，無法及時掌握隱患發(fā)展趨勢，等到出現(xiàn)較大位移裂縫時補(bǔ)救難度大。另外人工監(jiān)測不全面，因?qū)I(yè)監(jiān)測需要專業(yè)技術(shù)人員和專業(yè)設(shè)備，部分企業(yè)沒有這方面的力量，監(jiān)測周期設(shè)置不合理，沒有連續(xù)性觀測，監(jiān)測精度達(dá)不到要求，存在安全隱患。

5 在線監(jiān)測系統(tǒng)在錳渣庫應(yīng)用的趨勢

近年來隨著國家對安全、環(huán)保督察治理的力度加強(qiáng)，相關(guān)政策法規(guī)的出臺，特別是環(huán)保問題從中央到地方已成為熱點(diǎn)討論問題，整個大環(huán)境對環(huán)保關(guān)注程度前所未有，今后從中央到地方環(huán)保督察已經(jīng)常態(tài)化。針對目前渣庫存在的安全、環(huán)保隱患，安裝在線監(jiān)測系統(tǒng)，利用計算機(jī)實(shí)時監(jiān)測和管理渣庫運(yùn)行情況變化，防范事故發(fā)生，確保渣庫安全運(yùn)行就顯得尤為重要。

尾礦庫監(jiān)測技術(shù)經(jīng)過了多年的發(fā)展和探索，雖然取得了很大進(jìn)步，已經(jīng)形成了一套行之有效的監(jiān)控系統(tǒng)，但在壩體內(nèi)部因素方面的研究還是較少，因壩體內(nèi)部因素引起壩坡失穩(wěn)的預(yù)警技術(shù)基本屬于空白[4]。我國各種類型的渣庫，分布廣、數(shù)量多、地質(zhì)條件復(fù)雜，監(jiān)測技術(shù)手段還有待進(jìn)一步研究完善。

渣庫在線監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)展完善后，應(yīng)用將更加廣泛，監(jiān)測相關(guān)數(shù)據(jù)上傳到政府部門的監(jiān)管網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，管理更加規(guī)范。根據(jù)各企業(yè)和各渣庫的實(shí)際情況，按風(fēng)險等級的不同選擇相應(yīng)系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)行，減少人工監(jiān)測因素造成后期的管理維護(hù)滯后。

6 結(jié) 語

隨著電解錳行業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)有錳渣庫容日益減少，新渣庫尋找困難，錳渣庫的安全問題將成為制約電解錳生產(chǎn)的一個重要因素，而錳渣庫安全環(huán)保隱患確日益突出。因此加強(qiáng)錳渣庫安全管理構(gòu)建完善的監(jiān)控體系，通過安裝在線監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)渣庫自動化安全監(jiān)測分析評價預(yù)報，能夠及早發(fā)現(xiàn)隱患，及時采取防范措，提高渣庫安全管理水平。