尾礦庫安全在線監(jiān)測技術(shù)探討

廖欽桓，馮 煜，楊林昆

（山東黃金集團(tuán)蓬萊礦業(yè)有限公司，山東 煙臺 264010）

在線監(jiān)測技術(shù)能夠有效確保到礦山施工的過程中的安全，為此發(fā)展尾礦庫在線監(jiān)測技術(shù)對礦山有著十分重要的意義。尾礦庫中存在重大的危險(xiǎn)隱患，在施工過程中的安全監(jiān)控十分重要。為此文章主要是對尾礦庫安全在線監(jiān)測技術(shù)展開了研究和分析。

1 尾礦庫安全在線監(jiān)測技術(shù)

1.1 位移在線監(jiān)測技術(shù)

在線實(shí)時(shí)監(jiān)測大壩強(qiáng)迫位移的方法有很多種。根據(jù)測量點(diǎn)的最佳位置，可以分為表面位移監(jiān)測系統(tǒng)和上層突破技能監(jiān)測系統(tǒng)三種類型。根據(jù)垂直平面的測量功能，可以進(jìn)行水平位移技能的實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)進(jìn)行兩技能實(shí)時(shí)監(jiān)控和三維空間位移技能的實(shí)時(shí)監(jiān)控[1]。大壩表面強(qiáng)迫位移在線監(jiān)測系統(tǒng)有兩種方法：一種是利用CPS 和智能全站儀根據(jù)10 年設(shè)計(jì)高程和位置，可以測量地面高程。另一種是在大壩表層或上層安裝或埋設(shè)各種儀器，連續(xù)監(jiān)測突水技術(shù)。這種方法一般只測量結(jié)果測點(diǎn)的單位移技能（水平位移技能或垂直兩技能）的綜合數(shù)據(jù)。常用的方法有：測斜儀技術(shù)實(shí)現(xiàn)、拉絲技術(shù)、激光束光學(xué)系統(tǒng)技術(shù)?？v橫線技術(shù)、連通管法實(shí)時(shí)監(jiān)測核心技術(shù)（靜態(tài)性能一流的水平法）、振動弦沉降過程的沉降過程測量技術(shù)，有些技術(shù)可以直接用于測量結(jié)果的表面穿透技術(shù)，技術(shù)主要用于大壩上層突破技術(shù)的測量。一些常用的方法和技術(shù)從性能方面各有優(yōu)缺點(diǎn)，需要安裝兩種方法，在使用中維護(hù)良好，安裝成本等方面也各有優(yōu)缺點(diǎn)。

1.2 浸潤線在線監(jiān)測技術(shù)

最常用的人工監(jiān)測方法是壓力監(jiān)測管法，可以真實(shí)反映壩體巖體裂縫的發(fā)生情況，也可以選擇2017 年預(yù)計(jì)有極強(qiáng)入滲的河段作為觀測數(shù)據(jù)控制斷面。為了獲得秦津線的水位，應(yīng)將壓力管道的總數(shù)適當(dāng)預(yù)埋，并采用多種方法對測量結(jié)果進(jìn)行人工處理。在此基礎(chǔ)上，近年來，微孔隙水壓力巨大的紅外傳感器核心技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測地下水位變化數(shù)據(jù)的微信在線連續(xù)監(jiān)測，該系統(tǒng)近年來得到了迅速的推廣和應(yīng)用。光纖式滲透壓紅外傳感器包括振動式和光纖式。通過多種方法測量孔隙水的壓力，得到飽和度線。大孔隙水壓力為0 的地表是尾礦壩的程序操作線。

1.3 干灘在線監(jiān)測技術(shù)

為了評價(jià)尾礦庫水庫的泄流能力，需要測量灘頭高程和最大水位下干灘的允許最優(yōu)長度。目前，我國這主要指標(biāo)的確定難度較大[2]。由于湖界邊界不是很明顯，一般來說，常用的方法是在監(jiān)測斷面的點(diǎn)測量干灘的設(shè)計(jì)高程，結(jié)合測點(diǎn)之間的距離計(jì)算出干灘的坡度，然后得到干灘的交點(diǎn)。通過水庫水位和壩頂高程，可以得到水庫持力面和矸石壩趾。目前，干灘高程跟蹤監(jiān)測裝置常用的方法有超聲波能量計(jì)、探測雷達(dá)物位計(jì)或脈沖激光物位計(jì)。

1.4 庫水位在線監(jiān)測技術(shù)

在尾礦庫中有大量的尾礦漿使水沉淀。動態(tài)監(jiān)測水位上升的最終目的是根據(jù)水位下降能力來準(zhǔn)確判斷水庫的泄洪能力是否能夠滿足明確的安全要求。它主要包括監(jiān)控系統(tǒng)，包括超聲波液位計(jì)，雷達(dá)系統(tǒng)液位計(jì)和激光束液位計(jì)。降雨過程的跟蹤和監(jiān)測方面是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，可以充分掌握洪水時(shí)期的降雨情況，并為洪水調(diào)度計(jì)算人員的計(jì)算方法提供主要依據(jù)。擠壓變形與壩體受力位移的關(guān)系與壩體的失穩(wěn)有關(guān)。因此，可以對綜合數(shù)據(jù)進(jìn)行精確的連續(xù)監(jiān)測。一般采用傳統(tǒng)的、自動化的智能全站儀和傾斜儀進(jìn)行跟蹤監(jiān)測。實(shí)時(shí)監(jiān)測點(diǎn)的受迫位移基本上是通過比較連續(xù)監(jiān)測點(diǎn)在壩面上的最佳位置，并通過各種方式提高基準(zhǔn)利率來確定。實(shí)時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測可以更加準(zhǔn)確、及時(shí)處理，完善了解尾礦庫安全所有動態(tài)的實(shí)時(shí)分析，并能更直接、細(xì)致地觀察工廠生產(chǎn)、測繪和大壩施工的連續(xù)運(yùn)行情況。

2 優(yōu)勢

雖然利用各種傳統(tǒng)儀器和現(xiàn)場直接測量可以獲得大量的數(shù)據(jù)，但人工觀測的幾種方法存在明顯的缺陷，如觀測數(shù)據(jù)的人工處理周期長、最大誤差大、信息密度小、勞動力大；由于影響因素、場地條件等重要因素的影響較大，實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)容易受到強(qiáng)大氣及其影響因素的影響，相關(guān)數(shù)據(jù)的收集、整理和綜合分析比較體系還不完善，監(jiān)測結(jié)果不能得到更充分的利用尾頂水庫的日常安全和日常管理。與最傳統(tǒng)的人工監(jiān)測系統(tǒng)相比，全過程在線跟蹤監(jiān)測軟件系統(tǒng)可以彌補(bǔ)以下嚴(yán)重不足，能夠?qū)崿F(xiàn)對尾水艙在各種氣候條件下的最重要的動態(tài)監(jiān)測，如突進(jìn)技術(shù)、變形等，并多次連續(xù)實(shí)時(shí)動態(tài)監(jiān)測入侵線路的關(guān)鍵指標(biāo)。微信在線跟蹤監(jiān)控系統(tǒng)功能通過對人工處理監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)的對比分析，對綜合數(shù)據(jù)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控。微信在線監(jiān)控系統(tǒng)是通過現(xiàn)代電子信息，通訊方式和計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，可以實(shí)現(xiàn)對最終數(shù)據(jù)的手動實(shí)時(shí)監(jiān)控，數(shù)據(jù)的傳輸，監(jiān)控系統(tǒng)及其技術(shù)的分析和管理。在線動態(tài)監(jiān)控及其網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的使用使不間斷功率測量數(shù)據(jù)能夠獲得更大的空間。首次可以通過無線電視或無線網(wǎng)絡(luò)以各種方式對數(shù)據(jù)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)視整個(gè)過程都呈現(xiàn)在主管的身份面前。隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和科學(xué)理論的進(jìn)步，尾礦池在線服務(wù)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)在取得長足發(fā)展的過程中，新技術(shù)和四種新方法的應(yīng)用取得了顯著成果，提供了全面的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)和技術(shù)基礎(chǔ)。

3 在線監(jiān)測典型案例介紹

近年來，尾礦庫安全事故的發(fā)生率越來越高，發(fā)展中國家越來越重視尾礦庫的生命安全。建議礦山企業(yè)在設(shè)計(jì)中應(yīng)重視尾倉和首倉的安全保障。與此同時(shí)，微信在線實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)也在迅速發(fā)展。系統(tǒng)的協(xié)同開發(fā)為倉庫管理提供了核心技術(shù)支持。目前，國外一些制造企業(yè)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)尾礦庫生命安全的在線連續(xù)監(jiān)測。在運(yùn)行不穩(wěn)定的在線動態(tài)監(jiān)控軟件系統(tǒng)中，主要原因是實(shí)時(shí)監(jiān)控內(nèi)容與監(jiān)控系統(tǒng)基本一致。簡要介紹了1972 年投入運(yùn)行的銅鑼峪礦壩尾端無主水庫的規(guī)模和運(yùn)行情況。主要用于山體筑壩和下游堆放。壩匯水面積6.65km2，設(shè)計(jì)高度84m，總有效庫容8500 萬立方米。它是一個(gè)次級水庫。目前壩體實(shí)際累計(jì)高74m，壩頂中軸線寬度1600m，整體坡比1:6。灘涂月平均坡度1:（100-120），設(shè)計(jì)防洪高差4m，汛前干灘寬度不小于600m，非汛期河岸總長不小于150M，最終由綜合研究院完成。是山西省尾礦庫自動化技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測與改造項(xiàng)目。該系統(tǒng)由兩部分組成：實(shí)施現(xiàn)場監(jiān)控和預(yù)警系統(tǒng)以及共享軟件系統(tǒng)的最終數(shù)據(jù)分析和最新發(fā)布。前者由每個(gè)測量點(diǎn)，綜合數(shù)據(jù)后處理，數(shù)據(jù)綜合通信和監(jiān)視警報(bào)子系統(tǒng)組成，而后者則由數(shù)據(jù)綜合和深度分析與共享概念系統(tǒng)的功能成員。

3.1 監(jiān)測內(nèi)容

①對電纜滑車進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測，并利用固有的濕線監(jiān)測系統(tǒng)建立了實(shí)時(shí)監(jiān)測點(diǎn)。采用傳統(tǒng)的弦式壓力計(jì)在線測量，采用三種短程有線數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；②壩面擠壓變形測量采用先進(jìn)的CPS 牽引技術(shù)，共布置6 個(gè)監(jiān)測系統(tǒng)點(diǎn)；③對甘坦長灘進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，系統(tǒng)設(shè)置了4 個(gè)監(jiān)測斷面，對前濱整體長度進(jìn)行監(jiān)測。甘灘共有8 個(gè)地面高程測量點(diǎn)，每個(gè)剖面有2 個(gè)測點(diǎn)，斷面距離100m～150m，采用傳統(tǒng)超聲波能級精確測量干灘高程，并輔以遠(yuǎn)程攻擊和無線傳輸。不同的方式都是分布式數(shù)據(jù)通信設(shè)備。除每段2 個(gè)切割點(diǎn)外，每千個(gè)截面增加2 個(gè)人工操作飛濺點(diǎn)，設(shè)計(jì)方法曲線優(yōu)美，提高了計(jì)算方法的準(zhǔn)確性；④水庫水位跟蹤監(jiān)測采用先進(jìn)的超聲波技術(shù)和液位測量方法裝置，數(shù)據(jù)通信采用五線制信號傳輸方式；⑤采用堰法滲流監(jiān)測和拋栗子連續(xù)超聲波監(jiān)測，重新布置3 個(gè)測點(diǎn)，對大壩巖石孔隙進(jìn)行監(jiān)測；⑥中到大雨動態(tài)監(jiān)測；1 臺容量網(wǎng)格雨量計(jì)，系統(tǒng)雨量安裝在報(bào)警室屋頂；該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了測量點(diǎn)的設(shè)置，采用三束輻照效應(yīng)跟蹤器進(jìn)行精確測量。⑦泄洪高差跟蹤監(jiān)測表明，泄洪高差為150m 泥灘高差與泄洪井沿線高程的差，主要是非汛期防洪調(diào)度所致。采用三超聲波技術(shù)液位計(jì)測量泄洪井沿線高差，采用傳統(tǒng)的超遠(yuǎn)程和無線網(wǎng)絡(luò)傳輸方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；⑧巡線人員對位置進(jìn)行監(jiān)控，并使用手機(jī)和自己的定位器進(jìn)行現(xiàn)場檢查。對于巡線人員的主要位置，可以實(shí)時(shí)得到清晰的定位和直觀的內(nèi)容顯示，對巡線人員進(jìn)行監(jiān)督；⑨視頻監(jiān)測系統(tǒng)。在尾礦庫首壩和防洪壩上自上而下設(shè)置6 個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，監(jiān)測尾礦庫相關(guān)設(shè)施設(shè)備的基本運(yùn)行情況。

3.2 布置

經(jīng)過一年的連續(xù)運(yùn)行，系統(tǒng)取得了良好的運(yùn)行效果，可以實(shí)現(xiàn)人工監(jiān)控，大大提高了尾礦庫的安全性。從日常動態(tài)監(jiān)控的準(zhǔn)確性和管理模式的效率來看，可以降低尾礦庫管理中人員身份的勞動效率；該系統(tǒng)還可以隨時(shí)檢查尾礦庫的連續(xù)運(yùn)行情況，能夠準(zhǔn)確、及時(shí)、同時(shí)初步了解尾礦庫的所有情況實(shí)時(shí)動態(tài)，在緊急情況下能快速獲取右手信息，為應(yīng)急措施后的指揮員和救援人員提供數(shù)據(jù)參考。該系統(tǒng)提供了中國的完整歷史數(shù)據(jù)，可用于分析尾部數(shù)據(jù)庫的總體穩(wěn)定狀態(tài)。根據(jù)綜合分析結(jié)果，可以評價(jià)尾礦庫安全的安全狀況，預(yù)測各項(xiàng)主要指標(biāo)的持續(xù)發(fā)展方向，為尾礦池處理方式提供綜合的主要依據(jù)。

4 發(fā)展方向探討

目前，需要安裝微信在線跟蹤監(jiān)測系統(tǒng)，以保障尾礦庫的生命安全。尾礦庫閉庫在線服務(wù)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的功能雖有其優(yōu)點(diǎn)，但不能完全取代尾礦庫的日常管理。尾頂圖書館在線跟蹤監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的管理模式需要與功能協(xié)同開發(fā)和完善。目前，我國專業(yè)尾礦庫的技術(shù)和管理模式還比較缺乏。對工業(yè)廢渣庫安全在線動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的再認(rèn)識和控制不熟悉，對尾礦庫的核心技術(shù)和日常管理也不熟悉。尾礦庫安全在線服務(wù)動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的控制和日常管理專業(yè)培訓(xùn)未得到妥善處理，需要增加培訓(xùn)。與從國外進(jìn)口的設(shè)備相比，國產(chǎn)設(shè)備在準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性方面與進(jìn)口設(shè)備有很大的不同。此外，與國家監(jiān)測系統(tǒng)有關(guān)的費(fèi)用也較高。因?yàn)楦倪M(jìn)使用的設(shè)備將大大降低設(shè)備和設(shè)備安裝的總體成本，這將是我國尾礦庫在線監(jiān)測系統(tǒng)中最重要的發(fā)展方向。

5 結(jié)語

由上可知，當(dāng)前我國經(jīng)濟(jì)上的快速發(fā)展，同時(shí)也推動了我國礦山資源的開發(fā)以及利用，當(dāng)前礦山中的尾礦庫數(shù)量也在不斷增多，尾礦庫中存在了重大的危險(xiǎn)隱患，為此在施工過程中的安全監(jiān)控變得十分重要。尾礦庫安全在線監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用能及時(shí)掌握到尾礦庫的運(yùn)行實(shí)際狀況，確保到尾礦庫的安全穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)還能有效確保到施工人員的人身安全。