向晨光

（山東金嶺礦業(yè)有限公司）

尾礦庫作為所有礦山必須面對的重要危險源，其事故問題不可小覷。在線安全監(jiān)測系統(tǒng)正是保證尾礦庫安全穩(wěn)定運行的關(guān)鍵。通過對在線安全監(jiān)測結(jié)果的分析，可以了解尾礦庫的運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)尾礦庫運行中的不良因素，提高尾礦庫的整體運行質(zhì)量。因此，對尾礦庫在線安全監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行分析，有助于推廣尾礦庫在線安全監(jiān)測系統(tǒng)，推動尾礦庫的安全穩(wěn)定運行。

1 尾礦庫的分類

尾礦雖說是尚待挖掘價值的二次資源，也是一種不可忽視的危險源。由于尾礦庫需要長期擱置大批量的尾礦，因此必須強(qiáng)化對尾礦庫的安全管理，以此來降低尾礦庫的安全風(fēng)險。

尾礦庫的常見類型有4種：①山谷型尾礦庫。山谷型尾礦庫屬于谷口筑壩的尾礦庫，整體工程量相對較小，當(dāng)尾礦庫堆壩到一定高度時，便可以獲得相對較大的尾礦容量。我國很多大中型尾礦庫就屬于山谷型尾礦庫。②傍山型尾礦庫。傍山型尾礦庫是依山腳筑壩的尾礦庫，初期工程與后期堆壩工程量相對較大，因為縱深、干灘長度等受限，因此壩堆高度相對偏低，庫容量無法得到保障。低山丘陵地區(qū)中的中小型礦山有時會選用此類尾礦庫。③平地型尾礦庫。在平緩地勢中筑壩的尾礦庫便是平地型尾礦庫，由于需要在周邊進(jìn)行堆壩，因此庫區(qū)面積將會逐漸縮小，堆壩高度也將因此受限。在平原、沙漠等地通常會采用這一類尾礦庫。④截河型尾礦庫。截取河床并在河床上下游筑壩的尾礦庫便是截河型尾礦庫，由于尾礦庫的上游區(qū)域一般帶有非常大的匯水面積，所以在建設(shè)時必須加設(shè)排水系統(tǒng)，因為整體配置相對較為雜亂，因此維護(hù)、管理難度相對較高，國內(nèi)采用此類尾礦庫的企業(yè)不多。

2 尾礦庫在線安全監(jiān)測系統(tǒng)特點

在線安全監(jiān)測系統(tǒng)是保證尾礦庫運行安全的核心系統(tǒng)，能夠完成對尾礦庫運行情況的高效監(jiān)測，自動收集尾礦庫的各項數(shù)據(jù)。因此，當(dāng)尾礦庫運行期間出現(xiàn)異常情況時，在線安全監(jiān)測系統(tǒng)就會在第一時間發(fā)出異常預(yù)警，以便礦山企業(yè)針對異常情況進(jìn)行處理，進(jìn)而保證尾礦庫安全穩(wěn)定運行［1］。

在線安全監(jiān)測系統(tǒng)有四大主要特征：①監(jiān)測全面性。安全監(jiān)測的目標(biāo)非常全面，諸如浸潤線、位移、干灘指標(biāo)等數(shù)據(jù)均可通過監(jiān)測系統(tǒng)來獲取，各種關(guān)鍵數(shù)據(jù)能夠為尾礦庫的安全提供非常大的幫助。②信息時效性。因為在線安全監(jiān)測系統(tǒng)同時具有主動應(yīng)答式數(shù)據(jù)采集模式，所以在使用中可以保證數(shù)據(jù)信息具有實時性特征，數(shù)據(jù)的時效性完全能夠滿足尾礦庫安全防護(hù)的需求。③專家系統(tǒng)。專家系統(tǒng)能夠在監(jiān)測過程中完成對各種數(shù)據(jù)信息的分析與解讀，并結(jié)合實際需求來進(jìn)行分級報警，保證尾礦庫安全運行。④兼容性與可拓展性。在完善在線安全監(jiān)測系統(tǒng)時，需要保留系統(tǒng)的兼容性與可拓展性，兼容性能夠拓寬系統(tǒng)的使用范圍，而可拓展性則可以實現(xiàn)系統(tǒng)升級，避免系統(tǒng)因為監(jiān)測技術(shù)不足而被淘汰。

3 在線安全監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

3.1 在線安全監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計要求

在設(shè)計在線安全監(jiān)測系統(tǒng)時，應(yīng)該結(jié)合尾礦庫的特征，并堅持貫徹國家監(jiān)測規(guī)范，以此來保證系統(tǒng)能夠切實發(fā)揮真正的作用。系統(tǒng)設(shè)計要注意以下幾點：第一，監(jiān)測系統(tǒng)需要突出重點，統(tǒng)一規(guī)劃。在設(shè)計期間通過強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的整體性，能夠避免因為系統(tǒng)銜接不當(dāng)而影響系統(tǒng)的正常使用。在選擇設(shè)備儀器時，要在保證監(jiān)測精度的條件下提高設(shè)備的耐久性與經(jīng)濟(jì)性，采用實用設(shè)備有利于控制投資和成本。第二，在布置系統(tǒng)監(jiān)測點位時，需要優(yōu)先選擇標(biāo)志性位置。尾礦壩的代表性部位的運行狀態(tài)往往能夠反饋出尾礦庫當(dāng)前的運行情況，通過對滲流、應(yīng)力應(yīng)變等因素進(jìn)行分析，能夠判斷出尾礦庫當(dāng)前的力學(xué)特征，提高監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測效率。第三，在線安全監(jiān)測系統(tǒng)需要兼顧簡易性與先進(jìn)性。通過將人工監(jiān)測與自動化監(jiān)測相結(jié)合，可以及時完成對監(jiān)測資料的整理與歸納，并提前發(fā)現(xiàn)工程項目中可能存在的各種安全隱患。相較于自動化監(jiān)測而言，人工監(jiān)測的主要目的就是發(fā)現(xiàn)儀表設(shè)備難以監(jiān)測的盲點。

3.2 在線安全監(jiān)測系統(tǒng)功能

通過監(jiān)測系統(tǒng)可以及時掌握尾礦庫的運行情況，并在發(fā)現(xiàn)險情后進(jìn)行報警，由于監(jiān)測系統(tǒng)的特殊性，因此要保證監(jiān)測系統(tǒng)能夠長期運行，并具有足夠的便捷性。在礦山企業(yè)中，在線安全監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)該具有如下功能：

（1）數(shù)據(jù)實時采集與管理。尾礦庫數(shù)據(jù)的時效極為關(guān)鍵，為了能夠?qū)崟r了解尾礦庫的實時運行狀態(tài)，需要針對庫區(qū)降雨量、庫水位等項目參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)管，所有監(jiān)控得到的數(shù)據(jù)都要以數(shù)據(jù)庫的形式存放在服務(wù)器內(nèi)。數(shù)據(jù)實時采集結(jié)束后，需要及時進(jìn)行歸納與整理，以便相關(guān)人員隨時調(diào)取。

（2）信息可視化。通過將監(jiān)測獲得的數(shù)據(jù)信息繪制成曲線，能夠順利實現(xiàn)信息可視化。在對尾礦庫進(jìn)行安全監(jiān)測時，便需要通過數(shù)據(jù)監(jiān)測的方式來讓管理人員掌握各項參數(shù)的變化情況，以此來獲取相對更加具有價值的數(shù)據(jù)信息。在管理人員獲得權(quán)限后，還可以針對監(jiān)測到的浸潤線等參數(shù)進(jìn)行修改，提高數(shù)據(jù)信息的實用性。

（3）安全評價與安全預(yù)警。通過調(diào)動數(shù)據(jù)庫內(nèi)的各種數(shù)據(jù)信息，可以順利實現(xiàn)安全評價與報警。其中評價模型需要結(jié)合尾礦庫的實際需求來進(jìn)行構(gòu)建。通過計算可以大致掌握尾礦壩、擋水壩的臨界點，通過結(jié)合臨界值與破壞模式便可以完成對報警參數(shù)的完善。需要注意的是，應(yīng)該針對不同工程來分別組建相關(guān)評價模型，以此來保證安全預(yù)警、評價的準(zhǔn)確度與及時性。

（4）遠(yuǎn)程監(jiān)控。為了能夠方便遠(yuǎn)程掌握尾礦庫的運行情況，可以利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來實現(xiàn)對尾礦庫的遠(yuǎn)程監(jiān)管。在遠(yuǎn)程技術(shù)下，無須安全人員直接進(jìn)入礦區(qū)便可以借助監(jiān)控設(shè)備掌握尾礦庫的實際情況，進(jìn)而提高尾礦庫的安全管理效率［2］。

（5）輔助功能。在線安全監(jiān)測系統(tǒng)需要通過日常運維來實現(xiàn)維護(hù)管理，系統(tǒng)將會自動對監(jiān)測設(shè)備的實際情況進(jìn)行判斷，并將設(shè)備的工作狀態(tài)反饋至計算機(jī)，若個別設(shè)備出現(xiàn)故障，就可以第一時間掌握設(shè)備情況并對其進(jìn)行補救。此外，在線安全監(jiān)測系統(tǒng)還可以在外界電源中斷后自動對尾礦庫參數(shù)進(jìn)行備份保存，提高數(shù)據(jù)的安全性。

1) 當(dāng)爬坡高度不變時，爬坡管段的局部阻力損失系數(shù)均隨狄恩數(shù)增加而減??；當(dāng)泥漿成分和輸送速度不變時，爬坡管段的局部阻力損失系數(shù)隨爬坡高度近似為線性增長，且增長速率隨混合物流速或泥漿體積分?jǐn)?shù)的減小而增加。

4 尾礦庫在線安全監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用

4.1 工程概況

某尾礦庫屬于傍山型四等庫，下游1 km 位置有居民和選礦廠，屬頭頂庫。為了提高其安全性，就必須在日常生產(chǎn)中強(qiáng)化對尾礦庫的管理與維護(hù)，并通過在線安全監(jiān)測系統(tǒng)來保證尾礦庫的運行安全性。

（1）監(jiān)測設(shè)施。為了保證監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測效果，就必須結(jié)合實際完成點位架設(shè)。經(jīng)分析后擬定在初期壩架設(shè)6 個沉降、位移觀測點位與3 個浸潤線監(jiān)測點位。尾礦庫的監(jiān)測系統(tǒng)將6 只滲壓傳感器分別設(shè)置在初期壩頂與邊坡中，在監(jiān)測時可以利用地埋光纜將信號傳入值班房，進(jìn)而完成對庫水位參數(shù)的動態(tài)實時監(jiān)測。此外，尾礦庫還安裝了5只表面位移傳感器、3只壩體內(nèi)部傳感器以及3臺攝像機(jī)，因此能夠?qū)崿F(xiàn)對尾礦庫區(qū)的全面動態(tài)監(jiān)測。

（2）庫容現(xiàn)狀。尾礦庫設(shè)計庫容上限為130.44×104m3，其中有效庫容為104.35×104m3。尾礦庫當(dāng)前正處于初期階段，初期庫容達(dá)到55×104m3，壩頂標(biāo)高為125 m，寬度為5 m，在壩體115 m 標(biāo)高位置處設(shè)置有2 m 寬的馬道。初期壩外坡腳設(shè)置有塊石堆筑的排滲棱體，壩坡覆土厚度30 cm。

尾礦庫運行期間嚴(yán)禁壩外坡發(fā)生滲流逸出點，否則便會對壩體安全造成影響。就目前而言，尾礦庫已經(jīng)終止了尾礦排放，礦山企業(yè)需要保持最小干灘長度與最小安全超高滿足相關(guān)規(guī)定，通過嚴(yán)格控制并防范流土等危害，以此來保證尾礦庫壩體的安全性。

4.2 系統(tǒng)的功能

在線安全監(jiān)測系統(tǒng)是尾礦庫實現(xiàn)安全管理的核心技術(shù)之一，監(jiān)測系統(tǒng)運行期間必須滿足尾礦庫日常安全管理的需求，即通過合理布置監(jiān)測點位來滿足尾礦庫的監(jiān)管需求。受限于安全指標(biāo)，尾礦庫需要針對壩體穩(wěn)定性等參數(shù)來進(jìn)行分析與監(jiān)測。

（1）壩體穩(wěn)定性監(jiān)測。尾礦壩在建設(shè)過程中，初期壩與堆積壩將會在外力作用下受到影響，壩體穩(wěn)定性也將因此下滑，通過監(jiān)測系統(tǒng)可以對初期壩以及堆積壩參數(shù)進(jìn)行分析，并采集壩體外部變形、位移量參數(shù)，在量化監(jiān)測參數(shù)的同時完成對壩體運行狀態(tài)的分析。

（3）壩體滲流監(jiān)測。水是影響尾礦庫安全的核心因素，在筑壩時必須優(yōu)先考慮水所帶來的影響，初期壩建設(shè)時，要以排滲能力為核心進(jìn)行筑壩，通過合理鋪設(shè)排滲管網(wǎng)，可以大幅提高排滲效果。監(jiān)測系統(tǒng)需要根據(jù)壩體內(nèi)預(yù)留水位高低以及排滲出水量來判斷尾礦庫的滲流情況，避免因為滲流過大而影響尾礦庫的安全性［3］。

（4）干灘監(jiān)測。很多企業(yè)為了進(jìn)一步提高利潤，有時會選擇提高放礦速度來提高生產(chǎn)效益。由于放礦速度與均勻性在一定程度上影響排水體系的負(fù)荷，所以當(dāng)放礦速度超出工作負(fù)荷后，將嚴(yán)重影響尾礦庫的運行安全性。從監(jiān)測角度出發(fā)，監(jiān)測系統(tǒng)將加強(qiáng)對庫區(qū)水位高程、干灘面參數(shù)等指標(biāo)的判斷，以此來提高尾礦庫的安全性。

4.3 系統(tǒng)硬件運用分析

在線安全監(jiān)測系統(tǒng)運行過程中，可以利用2個點位來進(jìn)行橫斷面觀測，并通過在觀測剖面上架設(shè)傳感器，可以配合數(shù)據(jù)采集單元實現(xiàn)對浸潤線數(shù)據(jù)的采集。通過在壩體外山體上設(shè)置高精準(zhǔn)監(jiān)測站，能夠完成對測點表面位移情況的測定，并通過監(jiān)測來觀察尾礦壩滑動的可能性。為了提高監(jiān)測效率，測點所有測量出的數(shù)據(jù)均可利用光纖傳遞至中心控制室，進(jìn)而完成在線實時監(jiān)測。整個外部位移監(jiān)測系統(tǒng)由感知層、傳輸層、應(yīng)用層組成，能夠?qū)崿F(xiàn)對監(jiān)測數(shù)據(jù)高效整合與管理。在對尾礦壩內(nèi)部位移進(jìn)行監(jiān)測時，需要在布設(shè)觀測點后通過數(shù)據(jù)采集單元來完成數(shù)據(jù)信息采集，內(nèi)部位移監(jiān)測除監(jiān)測點位布設(shè)位置以外，其余的工作流程均與外部監(jiān)測點相同。

在進(jìn)行干灘參數(shù)監(jiān)測時，需要在初期壩與堆積壩壩頂布設(shè)監(jiān)測點位，監(jiān)測點位需要與壩體軸線橫斷面垂直。通過直接對沉積干灘數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集，能夠得到干灘空間信息圖像，為了降低信息誤差，需要逐點進(jìn)行多次采集與掃描，以此來保證干灘坡度等參數(shù)的準(zhǔn)確性。在對庫區(qū)水位進(jìn)行監(jiān)測時，需要根據(jù)尾礦庫的壩型等因素來確定觀測點位，在尾礦庫排水井框架中設(shè)置滲壓計，通過滲壓計來完成對測點水位的在線監(jiān)測［4］。視頻監(jiān)控所使用的攝像機(jī)需要在初期壩、干灘、日常監(jiān)控等多種情況下進(jìn)行視頻監(jiān)控，視頻監(jiān)控點可以在運行期間與水位測量進(jìn)行聯(lián)動，即當(dāng)視頻監(jiān)控、水位測量出現(xiàn)問題時，便可以第一時間做出反應(yīng)，提高尾礦庫的整體監(jiān)測效率。與此同時，還可以通過攝像機(jī)對尾礦庫的實際生產(chǎn)情況進(jìn)行監(jiān)測，通過視頻監(jiān)測的方式來掌握壩體情況，所有的監(jiān)測視頻都可以利用光纖傳輸?shù)街醒肟刂剖遥M(jìn)而實現(xiàn)對測區(qū)內(nèi)的24 h 監(jiān)控。降雨量監(jiān)測的測點應(yīng)該結(jié)合國家規(guī)范，每30 km2設(shè)置一個測點，監(jiān)測點位需確保露天開闊，且避開風(fēng)口。雨量計可以利用值班室電源供電，雨量計數(shù)據(jù)采集完成后要通過光纖回傳至中心控制室進(jìn)行管理。

4.4 系統(tǒng)軟件運用分析

尾礦庫實時監(jiān)測需要利用監(jiān)測點數(shù)據(jù)與軟件配合來直觀反映數(shù)據(jù)內(nèi)容。為了保證測點反映直觀性，可通過動態(tài)配置監(jiān)測點，在Silver Light 技術(shù)下配置UI界面。監(jiān)測系統(tǒng)可以在監(jiān)測軟件中對尾礦庫的現(xiàn)場情況進(jìn)行模擬，然后結(jié)合測點位置情況，將相應(yīng)的數(shù)據(jù)顯示在界面中。模擬現(xiàn)場為了實現(xiàn)動態(tài)監(jiān)測，應(yīng)該優(yōu)先構(gòu)建設(shè)備圖標(biāo)庫。在加載圖標(biāo)時，需要將監(jiān)測設(shè)備高程映射至監(jiān)控系統(tǒng)中，然后將設(shè)備實際高程轉(zhuǎn)化為像素坐標(biāo)。因為在線安全監(jiān)測系統(tǒng)要保證反饋數(shù)據(jù)的時效性，若數(shù)據(jù)反饋過慢，就無法完成安全預(yù)警。因此，在主界面需要加入數(shù)據(jù)實時提示欄，提示欄左、右兩側(cè)分別用于顯示浸潤線、庫水位、干灘等信息。利用可擴(kuò)展應(yīng)用程序能夠完成顯示框添加，而利用AJAX 技術(shù)則能夠完成數(shù)據(jù)信息的實時刷新。

主頁圖形顯示的使用方式與配置頁面相同，通過自定義畫布并填充現(xiàn)場模擬圖，便可以顯示出各種監(jiān)測設(shè)備，通過結(jié)合監(jiān)測系統(tǒng)的高程、坐標(biāo)參數(shù)便可以顯示出圖形。點測功能的主要作用就是觀察測點當(dāng)前的實時畫面，強(qiáng)化對監(jiān)測細(xì)節(jié)的管理，不同測點的編號在數(shù)據(jù)庫中一一對應(yīng)，因此只要將監(jiān)控轉(zhuǎn)移到標(biāo)識區(qū)域，就可以實現(xiàn)圖像點測。

4.5 應(yīng)用效果

在設(shè)備連接完成后，服務(wù)器將會發(fā)出指令，指令反饋至尾礦庫節(jié)點后，便可以通過串口服務(wù)器連接測點設(shè)備，測點設(shè)備則要在信號采集完成后將相關(guān)數(shù)據(jù)反饋至串口服務(wù)器，服務(wù)器轉(zhuǎn)化信號后將通過光纖將數(shù)據(jù)傳輸至控制室。通過對尾礦庫監(jiān)測系統(tǒng)的使用情況進(jìn)行關(guān)注，發(fā)現(xiàn)監(jiān)測系統(tǒng)基本能夠滿足庫區(qū)各項參數(shù)的實時監(jiān)測。該在線安全監(jiān)測系統(tǒng)的運行測值穩(wěn)定可靠，達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計時對監(jiān)測效果的預(yù)期［5］。

5 結(jié) 論

尾礦庫是礦山廢渣集中堆存點，具有極高的危險性。通過完善在線安全監(jiān)測系統(tǒng)，能夠在一定程度上降低尾礦庫的事故發(fā)生概率，提高礦山生產(chǎn)安全性。隨著業(yè)界對在線安全監(jiān)測系統(tǒng)重要性認(rèn)識的提高，在線安全監(jiān)測系統(tǒng)將會變得更加完善。