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摘 要：本文以上游式尾礦壩為研究對(duì)象，主要從尾礦庫(kù)壩體位移、滲流、庫(kù)水位、干灘、降水量、庫(kù)區(qū)監(jiān)控和在線安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集成幾個(gè)方面進(jìn)行簡(jiǎn)述，同時(shí)給出尾礦庫(kù)在線安全監(jiān)測(cè)案例。

關(guān)鍵詞：尾礦壩；安全；在線安全監(jiān)測(cè)技術(shù)

中圖分類號(hào)： TV698 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2016）17-157-2

0 引言

上游式尾礦壩是我國(guó)尾礦庫(kù)常用壩型，但該筑壩方式具有壩體穩(wěn)定性差、浸潤(rùn)線偏高、抗震性能較弱等特征[1]，因而其安全問(wèn)題一直備受關(guān)注。早在上世紀(jì)80年代，冶金工業(yè)部礦山生產(chǎn)技術(shù)司就已提出，對(duì)于尾礦庫(kù)內(nèi)水位、浸潤(rùn)線、滲水量及壩體位移等監(jiān)測(cè)工作，引進(jìn)自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)分析、自動(dòng)報(bào)警技術(shù)，維護(hù)尾礦壩穩(wěn)定性，確保壩下人民生命財(cái)產(chǎn)安全，無(wú)疑是十分需要的[2]?！段驳V庫(kù)安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（AQ2030-2010）規(guī)定，三等及以上尾礦庫(kù)應(yīng)安裝，四等宜安裝在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。《尾礦庫(kù)在線安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》（GB51108-2015）統(tǒng)一了在線安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工程技術(shù)要求。

近年來(lái)，研究人員對(duì)尾礦庫(kù)在線安全監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行了大量研究，取得較多的成果。李全明[3]等人分析了尾礦庫(kù)安全監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵點(diǎn)，趙立群[4]將TD Safe 2000應(yīng)用于云南磷化集團(tuán)石頭山尾礦庫(kù)和馬屋菁尾礦庫(kù)安全在線監(jiān)測(cè)，王利崗[5]等人研究了基于ZigBee傳感網(wǎng)絡(luò)的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

尾礦壩在線安全監(jiān)測(cè)技術(shù)能夠及時(shí)掌握運(yùn)行情況，增強(qiáng)事故預(yù)警能力，保障尾礦庫(kù)運(yùn)行的安全性。本文圍繞上游式尾礦壩在線安全監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行論述。

1 在線安全監(jiān)測(cè)技術(shù)

1.1 位移監(jiān)測(cè)

壩體位移監(jiān)測(cè)可按測(cè)點(diǎn)位置分為表面和內(nèi)部位移監(jiān)測(cè)；按測(cè)量功能分為水平、垂直及三維位移監(jiān)測(cè)[6]。表面位移監(jiān)測(cè)技術(shù)包括GPS監(jiān)測(cè)技術(shù)和高精度智能全站儀技術(shù)，前者在實(shí)際工程中應(yīng)用廣泛，后者管理維護(hù)方便且監(jiān)測(cè)精度較高，但因監(jiān)測(cè)成本高、受地形等因素影響而較少采用。內(nèi)部位移監(jiān)測(cè)采用滑輪式測(cè)斜儀和單點(diǎn)沉降儀。

1.2 滲流監(jiān)測(cè)

滲流監(jiān)測(cè)采用振弦式和光纖滲壓式傳感器兩種類型，利用孔隙水壓力傳感器獲得浸潤(rùn)線和滲流壓力，滲流量采用電子流量計(jì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

光纖滲壓式屬不帶電作業(yè)但因其傳輸線纜屬于單模鎧裝光纜，堆積壩沉降量大時(shí)容易彎折；振弦式因?qū)賻щ娮鳂I(yè)而需做好防雷設(shè)計(jì)。

1.3 庫(kù)水位監(jiān)測(cè)

庫(kù)水位監(jiān)測(cè)采用超聲波液位計(jì)或滲壓計(jì)。根據(jù)超聲波反射原理獲得水面與液位間距離，再按超聲波液位計(jì)安全位置標(biāo)高換算得水面標(biāo)高。

實(shí)際工程中，常采用排水井井架上標(biāo)注高程或設(shè)置水位標(biāo)尺，再利用庫(kù)區(qū)監(jiān)控設(shè)備對(duì)庫(kù)水位進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。

1.4 干灘監(jiān)測(cè)

干灘監(jiān)測(cè)采用自動(dòng)和人工相結(jié)合的方式，自動(dòng)監(jiān)測(cè)可采用免棱鏡激光測(cè)距儀、超聲波測(cè)距儀等設(shè)備。干灘長(zhǎng)度監(jiān)測(cè)采用圖像拍攝的方法獲得尾礦壩相關(guān)信息，分析計(jì)算出干灘長(zhǎng)度。安全超高通過(guò)灘頂高程與特征點(diǎn)高程信息計(jì)算得到。

1.5 降水量監(jiān)測(cè)

汛期降水量的監(jiān)測(cè)十分重要，它是尾礦庫(kù)防洪能力調(diào)節(jié)的原始指標(biāo)。雨量過(guò)大過(guò)急而調(diào)洪能力有限時(shí)，應(yīng)采取相應(yīng)措施。降水量監(jiān)測(cè)可選用自記雨量計(jì)、遙測(cè)雨量計(jì)或自動(dòng)測(cè)報(bào)雨量計(jì)等。

1.6 庫(kù)區(qū)監(jiān)控

庫(kù)區(qū)視頻監(jiān)控可減少人工庫(kù)區(qū)日常巡檢工作量，實(shí)時(shí)掌握庫(kù)區(qū)運(yùn)行狀況。在壩體、灘頂放礦處、壩體下游坡、庫(kù)尾攔洪壩等重要部位設(shè)置視頻監(jiān)控，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)攝像及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，在主控制機(jī)能高清觀察尾礦庫(kù)生產(chǎn)放礦及筑壩等運(yùn)行情況，還可作為現(xiàn)場(chǎng)調(diào)度管理的有效手段。

1.7 在線安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集成

尾礦庫(kù)在線安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集成應(yīng)包括通信系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、防雷網(wǎng)絡(luò)敷設(shè)及系統(tǒng)平臺(tái)安裝調(diào)試等。通訊系統(tǒng)應(yīng)采用RS232、RS485/422A、TCP/IP等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的通信接口和協(xié)議。供電電源可采用普通電源、不間斷電源或太陽(yáng)能供電等。近年來(lái)，風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)被常用于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)儀器設(shè)備的供電電源。太陽(yáng)能供電應(yīng)符合以下條件：①采用單晶硅太陽(yáng)能電池組件，轉(zhuǎn)換率不宜低于16%；②太陽(yáng)能控制器工作電壓宜為12V，最大充電電流不宜低于10A；③蓄電池容量應(yīng)滿足連續(xù)72h陰雨天氣情況下設(shè)備不停運(yùn)行的需要。另外，集成電源容量為供電設(shè)計(jì)負(fù)荷的1.2～1.5倍，并設(shè)置電氣保護(hù)和接地裝置，接地電阻應(yīng)小于4Ω。防雷設(shè)計(jì)應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范要求。

2 上游式尾礦壩在線安全監(jiān)測(cè)案例

云南省某銅礦山尾礦庫(kù)初期壩為均質(zhì)土壩，底標(biāo)高1431m，頂標(biāo)高1446m，高15m，頂長(zhǎng)120m，內(nèi)坡比1：2.5、外坡比1：2.5～2.75。尾礦庫(kù)從1446m采用上游式尾礦筑壩法。閉庫(kù)標(biāo)高1494m，堆壩高48m，總壩高63m，庫(kù)容1682萬(wàn)m3，設(shè)計(jì)等級(jí)為三等。該尾礦庫(kù)在線安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用DT尾礦庫(kù)安全自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容及布置如下：

2.1 位移監(jiān)測(cè)

表面位移監(jiān)測(cè)從初期壩開(kāi)始，以此往上布置，共6組24個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，另加壩體兩側(cè)3個(gè)參考點(diǎn)，總設(shè)27個(gè)GPS點(diǎn)。GPS觀測(cè)點(diǎn)按尾礦庫(kù)壩體的需要選定，解算軟件采用國(guó)際領(lǐng)先的擁有kalman濾波三差固定解的GPSensor核心解算模塊。

監(jiān)測(cè)精度：水平中誤差<3mm，高程中誤差<5mm。采樣精度：15min采集一次，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程大數(shù)據(jù)包傳輸，實(shí)現(xiàn)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的首次、上次、本次數(shù)據(jù)的比對(duì)功能及位移速度、方向的分析。

內(nèi)部位移監(jiān)測(cè)采用測(cè)斜儀，和GPS點(diǎn)安置在一起，共24個(gè)點(diǎn)。

2.2 浸潤(rùn)線監(jiān)測(cè)

將電子滲壓計(jì)布設(shè)在觀測(cè)孔內(nèi)，定期自動(dòng)采集數(shù)據(jù)并傳輸?shù)奖O(jiān)控中心進(jìn)行顯示和存儲(chǔ)。

觀測(cè)管材質(zhì)采用厚壁150mm鋼管，測(cè)量誤差<±3cm。單點(diǎn)平均無(wú)故障時(shí)間：1a以上；系統(tǒng)平均無(wú)故障時(shí)間：90d以上。實(shí)現(xiàn)浸潤(rùn)線“當(dāng)前埋深、孔深、預(yù)警埋深、探頭埋深”數(shù)據(jù)，以圖形方式顯示，快速掌握觀測(cè)孔水位情況。

2.3 降水量監(jiān)測(cè)

虹吸式的雨量計(jì)，自動(dòng)記錄降水量并傳輸至監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件。尾礦庫(kù)管理人員可通過(guò)遠(yuǎn)程登錄對(duì)庫(kù)區(qū)降水量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。2.4 庫(kù)區(qū)監(jiān)控

根據(jù)尾礦庫(kù)現(xiàn)場(chǎng)情況，布置3臺(tái)攝像頭，系統(tǒng)采用高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，并配備室外重型云臺(tái)+長(zhǎng)焦遠(yuǎn)距離鏡頭，紅外夜視攝像機(jī)完成夜間及遠(yuǎn)處目標(biāo)監(jiān)控。在尾礦壩架設(shè)紅外夜視云臺(tái)攝相機(jī)，并安裝大功率激光紅外燈。

2.5 系統(tǒng)通訊設(shè)計(jì)

①各監(jiān)測(cè)設(shè)備（傳感器）到現(xiàn)場(chǎng)值班室的通訊設(shè)計(jì)；②現(xiàn)場(chǎng)值班室到辦公樓監(jiān)控中心（調(diào)度室）的通訊設(shè)計(jì)。各監(jiān)測(cè)設(shè)備（傳感器）到現(xiàn)場(chǎng)值班室的數(shù)據(jù)傳輸采用無(wú)線網(wǎng)橋（3km）方式，減少庫(kù)區(qū)和壩體的土方開(kāi)挖，節(jié)約建設(shè)成本；現(xiàn)場(chǎng)值班室通過(guò)無(wú)線網(wǎng)橋（15km）進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)報(bào)警和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)布。

各項(xiàng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)數(shù)據(jù)流向：①尾礦庫(kù)位移監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)通信：GPS天線→GPS接收機(jī)→232-422轉(zhuǎn)換器→串口服務(wù)器→無(wú)線網(wǎng)橋→現(xiàn)場(chǎng)值班室；②浸潤(rùn)線監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)通信：滲壓計(jì)→采集儀→232-422轉(zhuǎn)換器→串口服務(wù)器→無(wú)線網(wǎng)橋→現(xiàn)場(chǎng)值班室；③降水量監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)通信：雨量計(jì)→現(xiàn)場(chǎng)值班室；④庫(kù)區(qū)監(jiān)控的數(shù)據(jù)通信：視頻→232-422轉(zhuǎn)換器→串口服務(wù)器→無(wú)線網(wǎng)橋→現(xiàn)場(chǎng)值班室。

2.6 系統(tǒng)防雷設(shè)計(jì)

系統(tǒng)防雷設(shè)計(jì)包括直擊雷防護(hù)、電源線路防雷保護(hù)、通訊線路防雷保護(hù)以及接地系統(tǒng)。

2.7 系統(tǒng)供電設(shè)計(jì)

因庫(kù)區(qū)分布大，市電牽引困難，且不利于防雷，所以現(xiàn)場(chǎng)尾礦庫(kù)在線安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用50W的太陽(yáng)能電池板和100Ah的蓄電池組成聯(lián)合供電系統(tǒng)。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在線安全監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用于上游式尾礦壩，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)不正?，F(xiàn)象并提出警示，評(píng)估結(jié)構(gòu)的可靠性，為尾礦庫(kù)的管理與維護(hù)提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

參 考 文 獻(xiàn)

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[2] 曹汝杰，王柏純，等.尾礦壩安全穩(wěn)定性技術(shù)調(diào)查報(bào)告

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[3] 李明全，謝旭陽(yáng)，陳守仁，等.尾礦庫(kù)安全監(jiān)測(cè)關(guān)鍵點(diǎn)[J].勞動(dòng)保護(hù)，2008（12）：97-99.

[4] 趙立群.TD Safe 2000 尾礦庫(kù)安全在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].有色金屬設(shè)計(jì)，2013（1）：1-6.

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