尾矿库坝体孔隙水压力光纤光栅监测技术研究

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 尾矿库坝体孔隙水压力光纤光栅监 测技术研究 【摘 要】孔隙水压力监测是尾 矿库坝安全监测极为重要项目，文章结 合铁山垅钨业公司尾矿库安全监测，介 绍了光纤光栅渗压传感器在尾矿库库坝 中的埋设安装关键技术，通过现场监测 表明光纤监测系统运行稳定，为加快光 纤传感技术在尾矿库监测领域的应用有 现实意义。 中国论文网 /8/view-12932732.htm 【关键词】尾矿库；光纤光栅； 孔隙水压力 中图分类号： TD76 文献标识 码： A 文章编号： 2095- 2457（2017）26-0021-002 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 Study on monitoring technology of pore water pressure in tailing dam by fiber Bragg grating LIU Ze-hua LIU You-ping （Nanchang Institute of Technology，Nanchang 330099，China） 【Abstract】Pore water pressure monitoring is a very important project in tailing dam safety monitoring. Combining the tailing pore water pressure monitoring project， the monitoring principle of fiber Bragg grating pressure sensor and the burial process are introduced.The stability of the optical fiber monitoring system is confirmed by long time monitoring on the construction site， It has practical significance to speed up the application of optical fiber sensing technology in tailing reservoir monitoring field. 【Key words】Tailing pond； -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 Fiber Bragg gratings； Pore water pressure 0 引言 孔隙水压力的监测是尾矿库坝体 安全监测的必测项目之一。随着光纤监 测技术的发展，其应用领域不断扩大。 光纤监测技术最大特点在于能实时在线 监测、灵敏度高以及抗外界雷电干扰强 1，这些优势在尾矿库坝安全监测中越 来越受到青睐。 文章结合铁山垅钨业公司尾矿库 安全监测，简要介绍了光纤光栅渗压传 感器的监测基本原理以及在尾矿库坝体 中的埋设关键技术，目前整个系统运行 稳定，数据采集准确，为尾矿库坝安全 监测提供借鉴和指导。 1 光纤光栅孔隙水压监测的基本 原理 光纤光栅渗压传感器的结构示意 图如下图 1 所示。 光纤光栅渗压传感器的底部是透 水石， 监测点存在水压力时，水可 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 以通过传感器的透水石进入到压力腔， 压力腔中的水压力与监测点水压力最终 保持平衡并通过不锈钢膜片将压力传递 到光纤光栅，从而使光纤光栅产生轴向 应变，该应变可以表示为： 式中，A 为薄片的面积，a 为传 感器的截面面积，v 为充填橡胶的泊松 比，LFBG 为传感器的长度，LP 为橡胶 的充填长度，EFBG 和 Epolymer 分别为 传感器和橡胶充填物的压缩模量，P 为 孔隙水压力。 孔隙水压力与光栅反射波长 B 变化关系式为： 式中，kP 为光纤光栅渗压传感 器的压力系数，该系数可以通过对传感 器的标定得到。 由（3）式可知，外界孔隙水压 的大小与光纤光栅渗压传感器的反射波 长数据理论上成一次函数的关系。下图 为一渗压传感器实验室的标定测试结果， 从曲线可以看出，渗压传感器的波长变 化与孔隙水压变化基本成正比关系，线 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 性相关度在 99.9%以上。 2 传感器的埋设 光纤光栅渗压传感器的外部结构 采用高强度耐腐蚀的不锈钢，适合尾矿 库坝的施工监测。在埋设过程中，需要 在监测点位置钻孔，钻孔的深度要超过 光纤光栅渗压传感器埋设深度 25cm， 渗压传感器下放之前先用透水性好的细 沙填充到渗压传感器的安装位置，传感 器就位以后，再用细砂回填，要保持传 感器埋设位置的透水性，这样才能确保 监测数据的可靠性，埋设好后将渗压计 光缆引出地表，最后采用膨润土、水泥 混合浆料充填整个钻孔，图 3 为现场光 纤光栅渗压传感器埋设示意图。 3 尾矿库坝安全监测与分析 3.1 工程概况 铁山垅钨业公司某尾矿库位于选 矿厂东侧约 1000m 处，库区地形狭长， 边坡坡度较陡，沟长 1200m。尾矿库初 期坝的筑坝材料是废石，初期坝设计高 度 18m，于 1989 年 8 月开始施工， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 1997 年 10 月投入使用，服务年限 25 年， 设计有效库容 536.5 万 m3，目前主坝高 29 米；设计干滩长度 70，现为 130 米； 设计安全超高水位 0.7 米，实际 2.2 米。 尾矿库生产运行情况：尾砂库从 1997 年 10 月至今连续生产运行，其堆 积尾砂量 170104m3；尾砂充填方式： 坝高 241259m 标高，为透水的块石堆 积基础坝；坝高 259m 以上标高为堆积 坝，尾砂充填方式采用坝前分散均匀放 矿，坝后储水的方式，坝前形成了长 130150 米的干滩面，坡度 3%，库区 汇水面积 4km2，按初期 50 年一遇、中 后期 200 一遇洪水进行防洪设计。为保 证尾矿库坝的安全运营，必须对其进行 必要的监测。 3.2 监测系统布设 为了有效地对尾矿坝的安全进行 监测，设计时选择了对坝体稳定性影响 较大的孔隙水压力作为监测项目，监测 测点的布点设计原则如下2-4： -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 （1）测点优先考虑布置在原工 程勘查线上，这样测点地质情况更加详 细； （2）在影响坝体稳定性分析的 滑弧区和靠近坝基的部位布点，以便对 后期数据分析及稳定性评价； （3）在危险性较大的剖面上布 点。 根据以上原则在铁山垅钨业公司 尾矿坝体上布置了监测剖面，剖面共布 设 4 个钻孔，在钻孔底部埋设光纤光栅 渗压传感器，监测剖面布置见图 4 所示。 3.3 监测数据分析 系统自 2014 年 1 月 16 日开始进 入试运行后，整个系统运行稳定，数据 采集准确、报警模块运行可靠、发布软 件展示直观、视频软件显示清晰，浸润 线部分测试数据见表 1。从监测数据可 以看出，四个测点浸润线高度均没有超 过预警值，尾矿库运行稳定。 4 结论 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读