尾矿库安全监测系统方案2011

尾矿库安全预警系统方案 河南省松山机电设备有限公司河南省松山机电设备有限公司 二二 一一年八月五日一一年八月五日 尾矿库安全预警系统方案 河南省松山机电设备有限公司 一 需求分析一 需求分析 安全生产事关广大人民群众的根本利益 事关改革发展和稳 定的大局 我国在确立了 安全第一 预防为主 综合治理 的安 全生产基本方针和 安全发展 的指导原则后 从安全法制 安全 责任 安全投入 安全科技和安全文化等方面入手 强化安全监管 工作 但受我国现阶段生产力发展水平较低 企业安全生产基础薄 弱 从业人员安全意识不强 安全法制不健全等因素的影响 我国 安全生产形势依然严峻 工矿商贸领域安全生产重特大事故时有发 生 特别是近年来尾矿库事故多发 已引起了国家的高度重视 金属与非金属矿山是工业生产的高危行业 其事故发生起数和 死亡人数在全国工业安全生产领域占较大的比重 尾矿库是金属与 非金属矿山安全生产的重要环节 也是该领域的重大危险源之一 作为具有高势能的人造泥石流危险源 其一旦发生事故 将会给下 游人民生命财产安全造成巨大损失 给当地环境造成严重污染 给 当地的经济发展和社会稳定也带来严重的负面影响 经过 50 多年发展 我国已成为世界矿业大国 目前全国有金 属非金属矿山 92071 座 其中金属矿山 8239 座 非金属矿山 83832 座 冶金 有色 化工 核工业 建材和轻工业等行业的矿山都有 尾矿设施 经初步统计 全国有尾矿库 7610 座 总库容约 5 109m3 堆存尾矿约 5 5 109t 其中正常运行的约有 4800 座 占 63 危库 险库和危险性较大的病库约有 2810 座 占 37 我国作为发展中国家 经济比较落后 从安全上看 尾矿库还 存在以下不利因素 一是筑坝尾矿粒度细 由于筑坝的尾矿粒度细 细尾矿的力学强度低 透水性差 不易固结 造成坝体稳定性较差 二是上游法筑坝多 我国目前 85 的尾矿库采用上游法筑坝 较下 游法和中线法筑坝的坝体稳定性差 三是尾矿库安全设计标准较低 我国作为发展中国家 尾矿库防洪 抗震及坝体稳定等建设标准与 发达国家相比相对偏低 四是小型库多 我国矿山规模小 四等库 及四等库以下的小型尾矿库占 90 以上 五是受地震威胁大 我国 是多地震国家 尾矿库防震抗震是重要问题 六是失事后果严重 我国人口众多 尾矿库难以避开居民区和重要工业 交通设施 一 旦失事 损失巨大 美国克拉克大学公害评定小组的研究表明 尾矿库事故的危害 在世界 93 种事故 公害的隐患中 名列第 18 位 它仅次于核武器 爆炸 DDT 神经毒气 核辐射以及其它 13 种灾害 而比航空失事 火灾等其它 60 种灾害严重 直接造成百人以上死亡的尾矿库事故已 不鲜见 如 1972 年 2 月 26 日 美国布法罗尼河矿尾矿坝溃坝 造 成 125 人死亡 4000 人无家可归 1985 年 7 月中旬 意大利东北部 的普瑞皮尔尾矿库溃坝 造成 250 人死亡 尾矿库的安全监测对于加强尾矿库的安全监管 把握尾矿库的 安全现状 减少尾矿库的事故发生等具有重要意义 当前 我国尾 矿库安全运行的主要技术参数如坝体形变位移 库水位 浸润线埋 深等 均由人工定期用传统仪器到现场进行测量 安全监测工作量 大 受天气 人工 现场条件等许多因素的影响 存在一定的系统 误差和人工误差 同时 人工监测还存在不能及时监测尾矿库的各 项技术参数 难以及时掌握尾矿库各项安全技术指标等缺点 这些 都将影响尾矿库的安全生产和安全管理水平 我国安全生产市场急 需尾矿库溃坝灾害的实时 连续监测的技术和产品 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 水利工程和高边坡工程的监测技术发展较快 从 20 世纪 50 年 代开始 在我国大坝 高边坡变形监测领域开始研究和使用人工变 形监测系统 其中应用经纬仪 水准仪等监测仪器监测坝体变形的 监测方法有视准线法 引张线法 前方交会法 坝面水准测量法以 及连通管法等 20 世纪 70 年代末 以传感器为基础的大坝自动化 变形监测系统开始应用于葛洲坝水利枢纽 新丰江水利工程等坝体 位移的监测中 20 世纪 90 年代开始了大坝及高边坡的 GPS 自动化 变形监测系统的研究 GPS 技术已经应用于三峡工程 黄河小浪底 水利枢纽工程的变形监测 目前 多传感器数据融合的大坝变形自 动监测技术 监测系统的自动化 网络化和信息化技术是大坝和高 边坡工程监测领域的研究发展趋势 二 方案设计 一 系统功能整体要求系统功能整体要求 1 系统具有稳定可靠的数据采集 传输 处理 存储 显示 管理 自检功能 2 系统不受气候条件的限制 能在大风 大雾 暴风雨等恶 劣天气条件下全天候进行工作 系统具有良好的防雷抗干扰 功能 确保系统不因雷击而损坏 3 系统能够实现 24 小时在线监控 4 系统具有远程登录 多级监控功能 5 监控系统设有自动预 报警功能 当监测参数有向危险状 态演变时 系统将发出预警信息 当监测参数超过预设警戒 值时 系统将发出报警信息 从而有效预防事故 把事故苗 头消灭在萌芽状态 6 所有监控参数精度满足 尾矿库安全技术规程 的要求 二 监测指标选择 尾矿库内存有大量尾矿浆沉淀水 水位相对比较稳定 同时 从尾矿坝坝顶排放尾矿时 矿浆向库内流淌的过程中 矿浆水不断 向下渗透 此外 汛期大量降雨 这些因素在尾矿坝体内形成一个 庞大渗流场 再者 尾矿沉积体属非均值体 排矿部位又需要经常 调换 坝体又在不断增高 况且在尾矿库整个服务期间内 矿源及 选矿流程有可能改变 尾矿性能自然也会变化 这就是尾矿坝渗流 场异常复杂的原因 浸润线即渗流流网的自由水面线 是尾矿坝安 全的生命线 浸润线的高度直接关系到坝体稳定及安全性状 因此 对于浸润线位置的监测是尾矿库安全监测的重要内容之一 如图 1 所示 图中孔隙水压力为 0 的线即为尾矿坝的浸润线 尾矿坝孔隙水压力分布示意图 单位 kPa 尾矿库内存有大量尾矿浆沉淀水 库水位监测的目的是根据其 水位的高低可判断该库防洪能力是否满足安全要求 具体地说 一 个完善的设计在设计文本中会给出防洪所需的调洪水深 并要求在 设计洪水位 即最高洪水位 时 要同时满足设计规定的最小安全 超高和最小安全干滩长度的要求 因此 对于库水位位置的把握可 以直接防止尾矿库在汛期避免洪水漫顶溃坝事故的发生 有利于安 全监管部门和企业在汛期来临之前 直观地了解和掌握库水位是否 达到了设计要求的汛前限制水位 由此可见 库水位的连续动态监 测也是尾矿库安全监测的重要内容之一 下图给出了安全滩长监测 法的示意图 安全滩长检测法示意图 如图所示 设现状库水位为 Hs 先在沉积滩上用皮尺量出 Lg 并插上标杆 a 用仪器测出 a 点地面标高 Ha 当 Ht Ha Hs Ht 时 即认为安全滩长满足设计要求 否则 不满足 同理 也 有安全超高检测法 尾矿库发生溃坝灾害 坝体位移是灾害演化过程的直观反应指 标 因此对于坝体下游坡变形的掌握 可以及时发现尾矿坝变形率 和发展速度 有利于安全监管部门和企业进行科学的应急决策 并 及时采取应急对策措施 从而避免灾害的发生或者减少灾害发生造 成的危害 下图给出了尾矿库尾矿坝的典型变形矢量图 从图中可 知坝体下游坡发生向下和偏向下游的变形 尾矿坝典型变形矢量图 在定量评价尾矿库的防洪能力时 需要测定滩顶标高和设计最 高洪水位下允许达到的干滩标高 当前的检测方法较难准确并快速 测定这两个指标 问题在于水边线的界线很不明显 该处又无法进 人 通常只能目测 据此推算出来的总干滩长度和调洪干滩长度自 然也是极不可信的 因此 在尾矿库安全自动化监测系统中 应增 加快速并简捷的标高测定方法 因此 滩顶标高和设计最高洪水位 下允许达到的干滩标高 是尾矿库安全监测需要测定的指标 此外 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 部位设置视频监测设置 以满足准确清晰把握尾矿库运行状况的需 要 综上所述 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 三 监测系统设计 为了实现对于尾库坝安全检测 本公司开发出基于光纤传感技 术的尾矿库坝监测系统 主要从浸润线 水位和边坡位移三个方面 来进行监测 系统优点 系统优点 该系统可以同时监测尾矿库坝的浸润线 库水位和坝位移等参 数 可同时进行多点测量 灵敏度高 测量精度高 长距离 高质量信号传输 长期可靠性好 可扩展能力强 单点测量成本低 应用范围广 具有实时监控 趋势分析 有效预警功能 在野外工作 系统采用光纤进行信号监测与传输 不受雷击影 响 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 尾矿坝坝 坡浸润线监测仪器分两类 一类埋设测压管 人工现场实测 另一 类是埋设特制传感器 进行半自动或自动观测 这两种方法可供选 择 浸润线监测仪器埋设位置的选择 应根据 尾矿库安全技术 规程 AQ2006 2005 中规定的计算工况所得到的坝体浸润线位 置来埋设 在作坝体抗滑稳定分析时 设计规范规定浸润线须按正 常运行和洪水运行两种工况分别给出 设计时所给出的浸润线位置 应是监测仪器埋设深度的最重要的依据 采用一台多通道高精度光纤光栅解调仪 通过多芯光缆 可 实现对 24 个渗压传感器 4 个尾库坝剖面 每个剖面 6 个点 24 个位移传感器 4 个坝体剖面 每个剖面 6 个监测点 同时实时 在线监测 再结合无线库水位系统合 GPS 装置实现对普通的尾矿库 坝的浸润线 库水位和坝体滑坡进行综合实时监测 浸润线监测点分布图 1 浸润线监测点分布图 2 在尾库坝剖面上布置多个测量点 每个测量点上先打检测井 将测压管埋入检测井中 再将光纤光栅渗压传感器安装到测压孔内 通过测量测压管内水压 计算出测压管内水位 H1 根据埋入测压管 的长度 H 最后计算出该测量点浸润线深度 传感器主要参数传感器主要参数 标准量程 0MPa 1MPa 可以定制量程 测量精度 0 5 FS 外观尺寸 50mm 100mm 安装方式 直接浸入或埋入 尾纤种类 铠装光缆 连接方式 FC APC 使用温度 30 80 2 库水位监测 在库内排水口构筑物上设置自动监测仪 将所测信号传给室 内接收机处理得到库水位 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 本方案中设计 6 个水位检测点 水位监测点分布图 安装电子水位传感器在水位监测管内 电子库水位传感器采用无 线传输 通过无线发射模块发射到远处的无线接收装置 从而实现 测量信号的无线传输 无线节点内都装有镍氢电池 同时顶部的太 阳能板能为无线节点电池充电 传感器参数 压力范围 1 10MPa 可选 精度 0 5 温度范围 40 to 125 C 精度 0 5 C 总量程内 无线电收发器频率 2 4GHz 功率 1mW 使用范围 可达 1000 米的可视直线距离 通过加天线 可以 实现 8000 10000 米的无中继传输 匹配接收器 USB RS232 GSM GPRS 及自产的无线电网络 功能性 记录间隔 1 秒至 18 小时 数据记录 在传感器内 数据记录可达 6 个周 3 坝体位移监测 设计仅在坝体表面设置位移观测桩 具体监测手段主要有 GPS 自动监测 根据坝的长短至少选择 4 6 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 每个剖面均匀设置 8 10 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 本方案选择 4 个监测剖面 在最大坝高处 子坝的坝坡中间 初期坝和子坝之间的平坦部分 地基地形地质变化较大处均应布置 监测剖面 在每个剖面最上面安装一个 GPS 装置 设置 8 10 个 监测点 通过多个 GPS 装置 采用差分方法 确定该处的绝对坐标 将监测点依次与 GPS 定位装置相连 然后在每个监测点打固定桩 深度根据坝体进行调整 在每个固定桩之间安装位移传感器 通过 位移传感器监测固定桩之间 固定桩与 GPS 定位装置之间的位移变 化 从而监测整个坝体的位移 位移监测点分布图 四 视频监测系统设计 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 通常在溢水口 滩顶放矿处 坝体下游坡等重要部位设 置视频监测设置 以满足准确清晰把握尾矿库运行状况的需要 本方案设计六路视频监控 两路监控库区 两路监控子坝 两路 监控初期坝 将视频信号通过光纤传至中控室 视频系统图 五 五 系统的特点和技术要求系统的特点和技术要求 1 系统的特点系统的特点 分散性分散性 系统的最大特点是地域极为分散 和监测中心相距几公 里甚至几十公里 这就要求系统最好采用移动无线传输方式来构建 一个分布式的监测系统 实时性实时性 监测中心需要及时了解现场情况 实现数据采集时间 从 1 分钟 5 分钟 10 分钟 30 分钟 1 小时自由设置 准确性准确性 数据的采集与传输要非常准确 稳定性稳定性 矿尾坝的安全 稳定运行直接关系到千家万户 所以 从控制系统的结构设计 软硬件产品质量到控制程序编制等各个环 节都必须是高可靠性的 2 系统设计原则 系统设计原则 2 12 1 高可靠性高可靠性 选用国际上可靠性商品化 符合工业级标准的成熟定型产品 如 测量点 RTU 通讯选用目前使用中认为质量 通讯速度和效果 功 能等最好的 GPRS 模块 无论从设备选型 系统设计 施工质量上 还是售后服务上我们 都力求是本工程为免维护和少维护系统 2 22 2 先进性先进性 首先 我们从设备选型上 选用成熟且先进的产品 设备制造商 有一定规模 如计算机选择业界公认的研华工业计算机 组态软件 选择已经经过多年用户考验过的调度软件 不但组态全面丰富 配 置灵活 报表功能强大 还支持各种数据库 通讯方式 网络查询 等 其次 我们从设计上采用目前国内 国际 上认为最先进 最好 的手段和方法 如支持多种通讯的组网方法 软件多种安全防护 组态功能画面 优化调度等等 我们保证系统采用国际上先进且成熟的技术 系统设计上考虑前 瞻性 2 32 3 开放性开放性 本系统设计为开放式结构 首先硬件上选用国际国内规模大的厂 商 具有良好的扩展性 将来如有功能变化 无论是增加功能 还 是改变功能都很容易实现 2 42 4 实用性实用性 生动 丰富的组态画面和图像控制技术 显示直观 明了 方便 事件 如报警 超界 断电等 发生时 系统立即弹出报警窗口 并有提示或声光报警 内嵌通用的标准通信软件 如网络通讯 串口通讯 如 MODBUS 等 2 52 5 规范化规范化 系统全部采用并执行了国际保准 国家保准和相应的规范 如 现场检测控制柜采用 IEC439 低压开关设备和控制设备组件 和 GS7251 1 1997 低压开关成套设备 压力等传感器的外壳防护执 行 IEC529 外壳防护等级 等等 2 62 6 网络化网络化 系统网络组成机构采用目前广泛应用的无线网 局域网和互联网 等成熟可靠的计算机网络技术 所有网络设备均采用国内外知名品 牌 如 GPRS 模块选用目前使用中认为质量 通讯效果 通讯速度 功能等做好的产品 2 72 7 可维护性可维护性 上位机系统选择开放的操作系统 Windows 2000 Server 版 数据库选用 SQL Server 和应用组态软件 RTU 采用通用芯片和嵌入 式计算机系统及通用编程方法 一般技术人员通过培训或自学都可 以掌握 大大增加了系统的可维护性 可扩展性 易用性等 2 82 8 可扩展性可扩展性 扩展时对现行的设备及软件重新设置的要求做小 扩展或修改 时不降低系统的可靠性 可用性及安全性 系统的扩展性分硬件和软件 一般来说软硬件的可扩展性 取 决于所选的设备 系统结构设计 软件水平 2 92 9 系统硬件系统硬件的可扩展性的可扩展性 硬件设备包括 RTU 及仪表等设备 都必须要求具有可扩展 硬件 设备不需要修改 增加扩展模块或很少修改 增加扩展模块 就能 适应重设 功能变换等要求 对于 RTU 我们预留 30 50 以上的采集端口 将来现场采集量有 变化或增加时 无需变动 RTU 硬件 只需修改上位机组态的配置即 可 如检压终端 我们除了能后采集压力 位移 浸润线等模拟量 和防盗 报警等开关量的采集等 把目前能想到的都考虑到 并预 留 大大地增加了硬件的扩展性 2 102 10 系统软件的可扩展性系统软件的可扩展性 软件的可扩展性比硬件更难 要充分考虑将来可能会遇到的各种 情况 预留接口或模块形式 同时要考虑一旦预留接口或模块被使 用或修改 不能影响整个系统及其应用 对于调度中心的上位机组态软件 我们采用经过多年使用 完善 的具有网络检查和标准浏览器形式的调度组态软件 用户可以进行 简单二次开发 报表制定 参数配置等用户化 更能适应和贴切具 体用户的实际应用 具有极强的可扩展性 软件系统都有多极权限 和独立的安全模块 特别值得提出的是 RTU 其软件可扩展性一般不容易做到 我们采 用和硬件预留点结合 全部编程 无需修改和增加投资 用户自己 都可以实现其扩展功能 2 112 11 支持多种通讯方式支持多种通讯方式 系统能采用各种通讯媒介和方式 包括 RS485 超短波 扩频微 波 PSDN GPRS CDMA 光纤 局域网和公用数据网 目前我们的调度软件 已经具备多种通讯功能 网络版就基于局 域网 互联网的结构 通讯方式支持有线 超短波 扩频微波 GPRS CDMAX 无线网桥等 而且可以多种通讯方式混用 例如网 络查询采用局域网或互联网 远程测压点 大户计量等采用电台通 讯 电台通讯受限制 飞机场 军事基地附近 的可用 GPRS CDMAX 或 PSDN 需要实时视频图像监控的重要地点可用光纤 或无线网桥 尾矿坝内部可以采用工业现场总线等等 这些通讯可 以在同一个系统内同时使用 3 3 软件功能 软件功能 3 13 1 通信功能通信功能 中心站通过 GPRS 无线通信方式 与尾矿坝监测点进行双向通讯 采集现场水位数据 位移数据 设置测控终端参数等 由现场测控 网络 计算机局域网和互联网三级网络连接现场测控层 工程 管理层和管理中心 3 23 2 数据管理功能数据管理功能 3 2 13 2 1 数据存档功能数据存档功能 中心站对采集到的各种数据 按照类型 名称 属性 时序等特 征分类 建立各种必须的数据库 3 2 23 2 2 数据显示功能数据显示功能 数据显示功能是中心站对采集到的各种数据 按要求以不同的形 式进行显示 显示方式为画面 表格 图像等不同形式 并可用颜 色和符号表明数据性质 如各种动态的组态画面 报表 曲线 图 标等 3 2 33 2 3 数据处理功能数据处理功能 数据处理功能是对存放在数据库中的数据 进行最大值 最小值 平均值 前差值 积累值 和其它各种特殊的运算处理 统计分析 经过处理的数据给据需要 生成各类报表 趋势曲线 使用图表 包括即时报表 班报 月报 年报 各类趋势曲线 棒状图等等 这些报表 曲线 图表可根据需要随时打印成操作日志 3 2 43 2 4 报表生成和打印功能报表生成和打印功能 中心站的软件具备报表自动生成和用户定制功能 即操作人员利 用系统提供的使用程序 以及 WINDOWS EXCEL 通过简单的人机对 话 就可以完成报表的制作工作 并具有定时打印和是随时打印的 功能 3 2 53 2 5 检测和报警功能检测和报警功能 检测功能检测功能 在中心站的显示屏上以组态画面 报表 图像的形式动态显示调 度系统的参数 显示屏幕上可以显示当前检测数据 亦可查询方式 显示历史数据 趋势曲线 显示画面 可以通过不同数据量定义不 同颜色或数据量值不同定义不同颜色 例如越界数据和报警定义红 色 正常数据定义绿色 管线水流定义淡蓝色等等 通过颜色变化 百分比 色标填充等手段增强了画面的可视性和用户的个性化 检测画面检测画面 检测画面包括尾矿坝水位图 浸润线图 报警画面 各类参数趋 势图 棒状图等 在显示屏上的监视画面 还可以通过转换设备将所有画面传送到 DLP 投影屏和电子屏上等其它大屏幕设备上显示 报警功能报警功能 当故障 报警 越界发生时 系统自动发出警报 弹出报警画面 并通过声光方式通知值班人员 报警画面不但显示故障点和故障类 型 而且还可以按照报警等级做出相关反应 记录故障的信息 报警信息一般要进行手动确认 超过时间未进行确认 则自动通 过短信方式将报警信心传送到相关责任人及部门负责人的手机上 报警画面与其它显示画面相比 具有更高的优先级 3 2 63 2 6 事件处理功能事件处理功能 事件提示事件提示 当报警 越界 故障等事件发生时 在调度系统的屏幕上 无 论当前正在显示何种画面 立即弹出报警窗口 显示事件发生的信 息 事件确认事件确认 当操作员观察到是事件发生信息时 可以打开事件确认画面 按 动确认钮 确认已经知道了事件的发生 若超过时间未进行确认 则自动通过短信方式将事件信息传送到相关责任人及部门负责人的 手机上 事件登录事件登录 当事件发生时 将所有的事件按事件顺序排列 都一一记入不可 修改的 事件登记薄 即报警日志 事件打印事件打印 系统上可以设置专用的事件打印机 当事件发生时将事件发生的 时间 事件说明在事件打印机上打印出来 事件检索事件检索 通过事件检索画面 操作人员可以对已经发生上的事件进行检索 查询和并在打印机上打印出书面文档 3 2 73 2 7 系统用户安全性设置系统用户安全性设置 系统应设置不同的操作使用权限 如 系统管理员 中心操作 员 网络查询和浏览者 及相应的用户登录及注销界面 操作员交 接班必须进行就用户注销及新用户登录操作并保持数据接受及传送 的连续性 主控中心应能确认 设置各监控站的操作员工号 3 2 83 2 8 系统调度指令功能系统调度指令功能 系统应能利用本网络和设备对测控终端实现调度指令的发布 回执 并能显示 存储 查询 浏览 打印指令信息 如 时间 工号 指令信息 执行时间等 指令信息特别时控制指令具有更 高的优先级 系统能够通过设置指令属性表区分不同的级别 并且 用户可按操作权限自主增减指令信息 三 运营三 运营 管理管理 一 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 因此 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 均应在安全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 设备靠接收卫星信 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 如图 6 所示 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 尾矿坝总在不断加高 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 从流网 图可知 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 浸润线的位置应根据设计资料综合考虑 二 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 还要有尾 矿库安全与否的预警技术和响应方法 本系统认为 应结合尾矿库 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 据安全度分析后 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 该指标即时 浸润线监测指标的预警及响应标准 其中 渗流验算的计算方法如下所示 渗流分析的基本方程为 式中 K 为透水系数矩阵 H 为总水头向量 M 为单元储水 量矩阵 Q 为流量向量 t 为时间 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 其中 强度折减法计算坝体位移量的计算方法如下所示 坝坡有限元网格示意图 图 7 为一坝坡的有限元网格示意图 假定 A 点为某一单元的一个 高斯点 以下关于点的应力分析均以 A 点为例 设尾矿的抗剪强度 指标为 c 和 则土的抗剪强度为 假设尾矿的抗剪强度以某一折减系数 F 按下式进行折减 当折减系数较小时 尾矿的抗剪强度较高 整个坝坡基本处于弹 性状态 然后逐渐增加折减系数 则尾矿的抗剪强度逐渐降低 坝 坡中处于弹性的范围会相应减少 如对于 A 点 当折减系数增加到 某一较大的值时 会不再处于弹性状态 其摩尔 库仑强度包线会 下移至与应力摩尔圆相交 当折减系数继续增加 尾矿的抗剪强度进一步减小 坝坡的塑性 区会进一步增大 当折减系数增加到某一数值时 塑性区形成连通 的区域 尾矿沿该剪切面发生不收敛的塑性剪切变形 此时认为坝 坡发生破坏 强度折减系数即认为是坝坡的整体安全系数 滑裂面 的位置可根据位移增量等值线或最大剪应变增量等值线的疏密来确 定 也可根据破坏区域的范围来判断 基于刚体极限平衡理论的坝坡稳定分析方法已相当成熟且广泛应 用于尾矿坝在内的边坡稳定分析中 然而 该法在处理荷载条件和 边界条件复杂的边坡时常遇到困难 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能够及 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 能够更为科学的掌握尾矿库的安 全状况和运行特点 四 产品映射四 产品映射 1 孔压传感器的技术要求 1 准确度高 灵敏度高 稳定性好 体积小 重量轻 直接频 率输出 激励电路封装在水密壳体内 2 测量范围 0 1 0 2 0 3 0 6 1 0 3 0 6 0 10 0 MPa 对应于 10 1000m 水深 3 准确度 0 5 FS 4 可直接用于江河 湖泊 海水的深度和液体压力的测量 也 可用作剖面系统的深度传感器 2 GPS 设备的技术要求 1 GPS 接收机及其配套设备 要求包括从数据采集 集中传输 解算处理 显示和记录及避雷和防盗等安全保护设施的全部设备 2 精度要求 水平 3mm 0 5ppm 垂直 5mm 0 5ppm 上述精 度指标要求有国家光电检测中心等权威机构的检测结果 并具有权 威机构颁发的证书 3 解算软件上有各个 GPS 接收机的独立监控模块 通过解算软 件 可以在计算机中实时显示具有上述精度的各个 GPS 接收机的坐 标和位移量 并能够实时记录在文本文件中 4 GPS 接收机天线为轭流圈天线 5 具有避雷设施及其它安全保护措施 五 标准支持 在尾矿库安全领域 技术标准主要参照 尾矿库安全技术规程 AQ2006 2005 该标准有关尾矿库安全监测系统的规定包括以下 内容 1 4 级以上尾矿坝应设置坝体位移和坝体浸润线观测设施 必 要时还宜设置孔隙水压力 渗透水量及其浑浊度的观测设施 2 做好日常巡检和定期观测 并进行及时 全面的记录 发现 安全隐患时 应及时处理并向企业主管领导报告 3 尾矿库运行期间应加强浸润线观测 注意坝体浸润线埋深及 其出逸点的变化情况和分布状态 严格按设计要求控制 4 尾矿库滩顶高程的检测 应沿坝 滩 顶方向布置测点进行 实测 其测量误差应小于 20mm 当滩顶一端高一端低时 应在低标 高段选较低处检测 1 3 个点 当滩顶高低相同时 应选较低处不少 于 3 个点 其他情况 每 100m 坝长选较低处检测 1 2 点 但总数 不少于 3 个点 5 根据尾矿库防洪能力和尾矿坝坝体稳定性确定 分为危库 险库 病库 正常库四个等级 除正常库外 前三类从文字上看 只是程度有所不同 尾矿库安全度定义紧紧依靠尾矿库安全监测系 统中设定的监测指标来评判 例如 危库是指安全没有保障 随时可能发生垮坝事故的尾矿 库 危库必须停止生产并采取应急措施 危库定义见下图 尾矿库安全度中同时满足下图四个工况的尾矿库为正常库 综上所述 尾矿库安全监测系统能够紧扣我国现行尾矿库安全 技术标准 具有较大的实用意义和价值 六 标准化程度 尾矿库安全监测系统监测的浸润线 库水位 滩面标高 坝体 位移