在線監測技術在新疆喀礦加烏爾尾礦庫的應用

高玖平

（新疆喀拉通克礦業有限責任公司富蘊836107）

在線監測技術在新疆喀礦加烏爾尾礦庫的應用

高玖平

（新疆喀拉通克礦業有限責任公司富蘊836107）

尾礦庫是金屬與非金屬礦山安全生產的重要環節，也是需要在線監測的重大危險源之一。為了加強對尾礦庫的安全管理，我國以立法的形式特別強調了對尾礦設施的安全監督。然而，我國尾礦庫的安全監測監控技術還處于起步階段，尾礦庫安全運行的主要技術參數還是靠人工巡檢和攜帶儀器設備到現場實地測量數據，不僅易受外界環境因素的影響，而且不能及時監測尾礦庫的各項技術參數，難以及時掌握尾礦庫各項安全技術指標等缺點，這些都將影響尾礦庫的安全生產和安全管理水平。尾礦庫安全監測監控系統的實施，便于企業和安全監管部門快速掌握與尾礦庫安全密切相關的技術指標的最新動態，有利于及時掌握尾礦庫的運行狀況和安全現狀，可以提高尾礦庫的安全性，保障尾礦庫正常運轉及人民群眾的生命財產安全，避免因尾礦庫事故而造成的環境污染，對于加強尾礦庫的安全監管，把握尾礦庫的安全現狀，減少尾礦庫的事故發生等具有重要意義。

尾礦庫在線監測安全技術應用

新疆喀拉通克礦業有限責任公司結合國家法律法規和建設標準，本著技術先進可靠，經濟實用的原則，按照高可靠性、長期穩定性好、精度較高、耐惡劣環境性、密封耐壓性良好、操作簡單、結構牢固、維修要求不高、費用低廉、能遙測、技術原理一致性的要求。采用各種監測監控設備對尾礦庫數據進行采集，利用軟件平臺進行統一分析處理，在三維可視化狀態下對各種監測監控數據進行實時模擬仿真，實現監測、計算仿真、評價預警功能建設完成尾礦庫在線監測系統，現進行闡述分析如下：

1 喀拉通克礦業公司尾礦庫的基本情況

喀拉通克礦業公司選礦廠加烏爾尾礦庫位于距喀拉通克銅鎳礦北東4 km的一開闊溝谷中。溝谷東西方向長約3.5 km，南北方向長約2.0 km呈不規則形狀，地面高程964.9～1 017 m。場區內為自然荒溝，地表無任何建筑物，僅有稀疏的雜草。加烏爾尾礦庫于2012年6月開始試運行，已經按安全“三同時”要求辦理完成安全驗收評價、安全設施驗收和安全生產許可證。

圖1 尾礦庫上游坡面照片

2 尾礦庫的監測指標

尾礦庫安全監測監控系統主要包括以下內容：尾礦庫壩體位移監測、尾礦庫庫區水位監測、尾礦庫庫區視頻監控、其他監測內容還包括如浸潤線、干灘、降雨量等。公司尾礦庫監測系統由位移監測子系統、浸潤線監測子系統、水位監測子系統、庫區視頻監控子系統、有線通信子系統、降雨量子系統、監測預警軟件子系統等組成。

尾礦庫發生潰壩災害，壩體位移是其中最直觀的反應指標。對尾礦庫壩體位移的掌握，可以及時發現尾礦壩位移率和位移速度，一旦出現險情，及時發布預警消息。位移監測采用全站儀監測，監測點布置于4個剖面，共13個監測點（圖2）。庫區視頻4處。降雨量安裝在調度室房頂。

圖2 位移監測點布置圖

位移觀測房設置在壩旁穩定的基石上。根據尾礦庫的具體情況及整體的設計，需要設置1個位移觀測房，觀測房放在尾礦庫左邊的山坡上。

由于位移采用的是全自動全站儀進行監測，監測點之間與位移觀測中心不需要鋪設電纜，數據傳輸主要是觀測中心傳輸到調度室。位移觀測房與調度室的距離較遠，直接光纜由位移觀測中心傳輸到調度室。

位移監測點布置在初期壩和堆積壩，根據初期壩和堆積壩的實際情況，初期壩位移監測墩標和堆積壩的位移監測墩標設計不同。墩標采用C20混凝土澆筑,模板支撐，確保墩標基上平面水平。監測點標墩地面以上高度為1.5 m，埋入地下部分為2.5 m。

監測儀器所處的野外環境條件一般都較惡劣，全站儀鏡頭和棱鏡極易污染影響觀測，必須采取一些保護措施來保證光學設備的清潔，以確保觀測的質量。

降雨量是尾礦庫防洪監測的重要實時數據，根據當前降雨量可評估尾礦庫所處的風險狀態。采用翻斗式雨量計，通過容柵位移傳感器檢測降雨量，把降雨量變成數字電信號再經微型計算機的處理，轉換成脈沖輸出，傳送到數據采集中心。雨量計監測精度為0.02 mm，可以實時監測降雨量的微小變化。

視頻監控采用高精度視頻監控儀器，布設在壩面、灘面部位，采用對溢水井、干灘區域、回水泵站、壩體全貌等部位進行視頻監測，采用無線收發組件，匯總視頻監控信號，多畫面或分割畫面顯示，并提供網絡監控功能。

3 尾礦庫多信號采集系統和預警管理系統設計

采集監測預警管理系統設置于公司選礦廠調度室上位機系統，通過現場數據采集系統獲取現場傳感器數據。監測預警管理子系統是現場各個監控子系統的數據歸集，處理在線監控系統處理現場各傳感器信號，并進行安全監測管理。通過現場數據采集系統與現場傳感器及相關設備進行聯接或通信，可實現現場數據的實時自動采集。系統運算模塊和評價模塊將現場數據與尾礦庫綜合模型進一步相結合，對礦漿、砂、水等數據進行集成運算、獲得統計分析結果，并實現綜合預警。

（1）在線監測模塊

用于采集監測數據，主要包括浸潤線監測模塊、位移監測模塊、庫水位監測模塊、干灘監測模塊、降雨量監測模塊、視頻監測模塊等。

采樣周期根據需要動態調整，設置為一周時間。也可采用應答方式即時獲取相關數據。配置有數據的存儲、統計分析發布、趨勢圖表和控制預警等功能。

（2）計算模塊

在監測到相應的數據后，通過數據存儲方式，將數據存儲在統一的數據庫中。通過相應的數學模型計算得到各個監測指標相關的尾礦庫安全性數據。

（3）評價模塊

通過數學模型計算與監測數據的比較分析，得到各個綜合分析評價的結果，并進行不同級別的預警，具備定量預警、分級響應等方面的技術優勢，同定性分析數據趨勢相比，更有科學性和合理性。可根據需要，設置不同報警方案，全方位保障尾礦庫安全。

4 軟件系統的功能

主要包括系統能實時顯示各種監測數據。

（1）位移監測：系統能實時監測壩體在一段時間內的兩個方向水平傾斜量。在模擬分析的基礎上，設定預警值，系統能自動預警。系統位移監測精度高，系統能繪制不同方向的位移，并統計任一時間內不同方向的位移總量；能保存查詢的數據和相關的圖形。

（2）浸潤線監測：系統能實時在線、自動測量壩體浸潤線埋藏深度，實現采集、貯存數據的自動化，繪制指定監測點浸潤線的歷史曲線。在數值模擬和分析的基礎上，設定不同預警級別的預警值，同時當浸潤線超出設定預警值時進行預警。系統能對任一時間內的浸潤線數據進行統計，能繪制浸潤線斷面曲線；系統能保存查詢的數據和相關的圖形。

（3）庫水位監測：系統能實時、自動監測尾礦庫水位，實現尾礦庫庫水位采集、儲存數據的自動化，系統能自動跟蹤監測，并及時發出預警（根據尾礦庫的具體情況，運用數學模型對尾礦庫庫水位的預警數值進行模擬分析，確定預警閾值）；系統能繪制庫水位歷史曲線圖；能對任一時間內的庫水位進行統計；系統能保存查詢的數據和相關的圖形。

（4）雨量監測：系統能監測降雨量，并根據降雨量進行調洪演算。

（5）庫區視頻監測：視頻監控涵蓋壩面、壩頂、干灘區域等關鍵部位，采用無線收發組件，匯總視頻監控信號，多畫面或分割畫面顯示，并提供網絡監控功能。

尾礦庫在線監測技術在近20年的時間內，在國際上已經發展得比較成熟，應用廣泛。我國應用這類技術還是近10年的事情，時間較短。但從尾礦庫在線監測工程的應用上已取得了零的突破，逐步為業內人士所認可。從目前尾礦庫安全的現狀來看，根據尾礦庫的情況的不同，應盡快在尾礦庫監測監控中采用多樣化的監測技術手段和監測系統以達到最優監測效果。將尾礦庫的安全管理納入現代科學的范疇之內，科學、及時、有效的監測監控，以確保人民生命財產的安全和社會的穩定，為構建和諧的生存環境，做出應有的貢獻。

收稿：2014-03-04