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金属非金属矿山尾矿库安全监测系统方案

  尾矿库自动化安全监测系统的实施,便于企业和安全监管部门快速掌握与尾矿库安全密切相关的技术指标的最新动态,有利于及时掌握尾矿库的运行状况和安全现状,可以提高尾矿库的安全性,保障库区下游企业正常运转及库区人民群众的生命财产安全,避免因尾矿库事故而造成的环境污染,保护生态环境。

  目前,我国尾矿库的监测技术还处于起步阶段。尾矿库的管涌流土、地震液化等坝体内部致灾因素引起坝坡失稳的预警技术基本属于空白,其监测、预警技术的研究成果较少。而我国尾矿库数量多、分布广,因此尾矿库自动化安全监测系统的设施建设是面向我国尾矿库安全的重大需求,具有良好的应用前景。

  一、监测系统设计

  金属非金属矿山尾矿库安全监测系统监测指标包括:浸润线、库水位、滩面标高、坝体位移、视频图像。

  1.浸润线监测

  一般选择尾矿库坝上最大断面,或者一旦发生事故将对下游造成重大危害的断面为监测剖面,大型尾矿库在一些薄坝段也应设有监测剖面。每个监测剖面应至少设置5个监测点,并应根据设计资料中坝体下游坡处的孔隙水压力变化梯度灵活选择监测点。

  2.库水位监测

  一般在库内排水构筑物上设置自动监测仪,将所测信号传给室内接收机进行处理得到库水位,既准确又适时。需要指出的是,库内排水构筑物一般位于尾矿库内,排水构筑物周边为尾矿澄清水,因此需要在监测系统布置前,针对特定尾矿库的实际情况,灵活选择施工方案。

  3.干滩标高监测

  干滩标高的测量不同于其他点标高的测量,这是由尾矿坝自身的运行特点决定的,随着尾矿坝的不断填筑加高,滩顶标高和设计最高洪水位下允许达到的干滩标高是两个动态变化的指标,因此,不能在某一位置架设坚固的不能移动的标高监测设备。采用移动GPS,定期监测尾矿坝滩顶标高和设计最高洪水位下允许达到的干滩标高,方法灵活简便、具有较高精度、利于位置变化。

  4.坝体位移监测

  具体监测手段主要有人工用经纬仪监测和GPS自动监测两种。根据坝的长短至少选择2~3个监测剖面,一般在最大坝高处、地基地形地质变化较大处均应布置监测剖面。每个剖面上根据坝的高矮,在坝坡表面从上到下均匀设置4~6个监测点。最下面一个点应设置在坝脚外5~10m范围内的地面上,以用于监测尾矿坝发生整体滑动的可能性。

  5.视频监测

  在尾矿库安全监测系统中,为了实时掌握尾矿库库区的情况和运行状况,通常在溢水塔、滩顶放矿处、坝体下游坡等重要部位设置视频监测装置,以满足准确清晰把握尾矿库运行状况的需要。

  二、设备安装

  在尾矿库安全监测系统安装时,应注意以下问题:

  1.安装的仪器设备的安全问题。尾矿库一般处在高山峡谷等人员稀少的场地,且尾矿库占地面积较大,仪器设备的防盗问题是面临的安全问题之一。因此,传感器、摄像头及GPS等设备应安装稳固,均应在安装过程中考虑防盗问题,GPS接收机应放置在水泥墩内,避免因为设备主机被盗,导致系统无法正常工作。

  2.购买的GPS等设备应该有避雷装置。GPS设备靠接收星历信号来准确测定坝体变形状况,GPS天线应尽量选择轭流圈天线,尽可能保证雷雨天气的设备安全。

  3.安装位置应考虑尾矿坝填筑过程高程变化。尾矿库的运行期为尾矿坝不断升高、储存尾砂库容不断增大的过程,与水利工程不同,其坝顶高程随着生产运行期的发展不断变化。此外,对于上游式尾矿坝来说,其坝轴线还要不断向库内前移。因此,GPS、孔压传感器等设备的埋设位置应能够满足尾矿库整个运行期安全监测和安全管理的需要,应针对整个运行期综合考虑。

  4.应注意浸润线监测仪器埋设位置。尾矿坝总是在不断加高的过程中,尾矿坝浸润线还受降雨和放矿水的影响,其深度在一定范围内经常变动。现有的观测设施只能测出进水孔处的水头或孔隙压力。只有当某个深度的水头与该深度的高程相等时,或者说当某个深度的孔隙压力接近于零时,该深度才是浸润线的位置。监测仪器埋深了,测得的浸润线比实际浸润线低;仪器埋浅了,测不到浸润线。因此,浸润线的位置应根据设计资料综合考虑。

  三、运营管理

  基于金属非金属矿山尾矿库安全监测系统,在尾矿库的运行过程中,除了应及时掌握各种监测技术指标的最新数据外,还要有判断尾矿库安全与否的预警技术和响应方法。结合尾矿库定量安全评价方法,通过对尾矿库运行期的安全评价和监测指标数据安全度分析,可以建立尾矿库运营管理的预警技术和响应方法。

  1.浸润线指标的预警方法

  通过尾矿坝现状的勘察和资料分析,掌握特定尾矿坝的沉积规律、材料分区及概化方法、堆坝材料的物理力学特性指标,通过渗流验算及分析,掌握汛期设计资料允许的最高浸润线高程。该指标即是浸润线监测指标的预警及响应标准。对于等别不高的尾矿库,还可以依据国家标准《构筑物抗震设计规范》中有关尾矿坝浸润线高度的预警指标进行预警。

  2.防洪能力的预警方法

  防洪能力的预警是避免汛期发生尾矿库漫顶溃坝事故的最有效方法。通过调洪验算得到当前库水位下,设计最高洪水位下尾矿库需要的调洪水深,即可以掌握当前干滩长度是否满足调洪水深的要求。

  3.坝体位移的预警方法

  通过尾矿坝当前运行现状的有限元强度折减法坝坡稳定性分析,可以近似得到发生极限滑动情况时,坝体一定深度及表面的变形情况,并结合尾矿坝位移监测趋势及变形率的定性判断,可以准确把握尾矿库因受力情况发生的位移趋势及变化速率,从而及时预警并采取响应措施,疏散下游群众,并采取积极措施加固坝坡,避免因坝坡失稳发生溃坝的严重危害。

  基于强度折减的有限元法,能够处理复杂荷载和边界条件,算法先进,可以更为准确地分析尾矿坝的坝坡稳定性,为尾矿库安全监测位移指标的预警提供依据。

  4.注重与日常巡检工作结合

  尾矿库安全监测系统的实施,可以使管理者在主控制室内及时把握尾矿库的最新动态和监测指标信息,但是,尾矿库安全监测系统不能完全代替尾矿库日常巡检工作,应与日常巡检结合。通过监测指标和日常巡检结合的比对,能够更为科学地掌握尾矿库的安全状况和运行特点。

  四、效果分析

  近年来,我国国民经济快速发展,GDP每年以10%左右的速度递增,在经济高速发展的带动下,钢铁、有色金属和水泥等主要原材料工业扩张迅速,随着金属、非金属矿山采选业的迅速发展,尾矿库的安全生产和环境安全等问题日益显现,特别需要指出的是,我国尾矿库下游大都为人口密集区、城镇或大型工厂企业,因此,尾矿库的安全备受关注。如何针对我国尾矿库分布特点和现状,提高尾矿库安全管理水平,是摆在全社会面前的一个重要问题。金属、非金属矿山尾矿库安全监测系统的逐步实施和推广,可以大幅度提高我国对于尾矿库溃坝灾害机理的认识水平,全面提升尾矿库安全监管和日常管理水平,增强企业、社会、政府对于尾矿库灾害的预警响应能力,建立更便于尾矿库运行期安全管理和风险控制的溃坝风险综合评判方法。更多非煤矿山安全管理请点击

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