多技術融合在礦山尾礦庫安全監測運用研究

楊 毅

（貴州省有色金屬和核工業地質勘查局五總隊，貴州 安順 561000）

尾礦庫上礦山開采作業中至關重要的組成部分，是礦區內危險性非常高的一個場所。大量數據顯示，當前我國已有的尾礦庫在1萬座以上，而當中大部分的尾礦庫都無法正常運行，還有一部分甚至成為了危庫和病庫，因此，尾礦庫安全事故非常多見，不僅對周邊的生態環境造成了嚴重的破壞，更造成了嚴重的經濟損失和大量的人員傷亡。因此，礦山尾礦庫實施科學、有效的安全監測，對其危險性進行全面評估，以便相關部門采取合理的預防和應對措施，是減少尾礦庫災害事件發生的關鍵。近年來，隨著我國現代科學技術的發展，遙感、三維激光等先進技術逐步在尾礦庫安全監測中得以運用，進一步提高了尾礦庫安全監測的效率，使得尾礦庫巡檢管理的更加精細化。

1 遙感技術在礦山尾礦庫安全監測技術運用分析

1.1 遙感靜態監測技術

遙感監測技術主要是通過遙感器于遠離目標位置，在無需與目標對象接觸的狀態下，獲得目標區相關信息的先進技術。通常來說，在礦區尾礦庫形成后，有很多的因素對其穩定性和安全性產生影響。面對這一特性，如果還采用傳統的人工危險因素排查方法進行尾礦庫安全監測，不僅工作效率低，而且無法對整個礦區整體安全進行掌握和分析。而采用遙感技術進行安全監測，不僅視野非常廣闊，而且超高的分辨率，可以將整個礦區的運營狀態和建構結構以高清成像顯示出來，讓技術人員可以直接從遙感成像中對礦區和尾礦庫進行整體分析，進而評估出尾礦庫堆積范圍的合理性，大壩是否存在滲水現象，截洪溝與排尾管等設施的安全狀態等[1]。

1.2 遙感動態監測技術

動態監測可以通過連續性多期遙感監測從宏觀的角度上對尾礦庫的運營和發展態勢進行掌握，動態遙感監測技術可以通過近兩年尾礦庫堆積的面積變化進行監測分析，且可以讓技術人員直接從所得圖像中觀察到堆積的范圍是否處于紅線內，以此確認其堆積是否合理，現以山西某尾礦庫為例，從圖1中可以看出，該尾礦庫堆積面積隨著時間變化而增加，雖然堆積面積還處于合理范圍之內，但在其連接庫區的山脈有構成兩個獨立庫區的危險性，因此，針對這一個危險因素，相關企業可以將該區支出的山脈作切斷開挖處理，連通尾礦庫區的兩個水域，以消除安全隱患[2]。

2 三維激光技術在礦山尾礦庫安全監測技術運用分析

2.1 尾礦庫的壩體安全監測

三維激光安全監測是最近幾年才興起的一項先進掃描技術，該技術可以對監測目標實施高精度全方位立體掃描，運用尾礦庫安全監測，可以對該區的地貌信息全面、準確的掃描出來，并對相關數據進行高精度測量。尾礦庫的壩體直接關系著尾礦庫的安全性和穩定性，在傳統尾礦庫壩體安檢工作中，大部分是依據壩面現有狀態與壩體堆積的坡度對壩體的穩定性進行衡量，但是受到人眼視野局限的影響，如果采用人工巡檢很難發現壩體上的細微病害，而這些微小數據極有可能會對壩體堆積實際狀態估算結果產生影響，降低數據的準確性，而采用三維激光掃描監測，則可以直接取得三維點云模型，不僅將地貌真實的還原，同時還能完成三維漫游觀測與全方位立體測量，大幅度提高監測數據的準確性[3]。

圖1 遙感動態監測成像

2.2 尾礦庫庫容計算分析

衡量尾礦庫潛在危險程度的一個最關鍵的指標就是尾礦庫的容量，因此，傳統的尾礦庫安檢，大部分都是通過尾礦庫的容量來判定尾礦庫的安全性。但是由于尾礦庫內尾砂的堆積多呈現為深淺不一的情況，若采用傳統的測量方法，對其體積進行計算，那么Z軸數據會存在一定的偏差，致使尾礦庫容量計算結果不夠準確，最終導致尾礦庫危險性評估結果失準[4]。而三維激光擁有全方位立體測算的功能，可以精確的計算出尾礦庫的實際容量，并利于三維激光掃描模型，進行三維重疊計算，同以山西某尾礦庫為例，通過三維重疊計算得出該庫的總容量約為1.997×106m3，而庫區當中的總積水總量大約為1.07×105m3，由此可知，該尾礦庫已經處于千萬級堆積庫，危險級別較高，但還處于設計的合理范圍之內。

3 聯合運用遙感與三維激光在尾礦庫安全監測技術的優點分析

3.1 全面提高尾礦庫數據測算的準確性

遙感與三維激光兩項安全監測技術的聯合，是預防礦山尾礦庫災害發生及蔓延的有效監測方式，通過兩種方式聯合監測，各揮所長，可以為尾礦庫災預防和處理提供更為準確的數據依據，兩項技術取長補短，可以共同構架出最適合運用于尾礦庫安全監測與危險性評估技術體系[5]。

就現實情況而言，礦山尾礦庫存在非常多的安全隱患，如果相關企業依舊延傳統的人工排查和測量對尾礦庫的安全性進行評估，難以完全掌握尾礦庫的全局態勢，且非常容易將一些細微的關鍵問題和風險因素忽略掉，導致尾礦庫安全性評估出現誤差，使得災害預防措施失效。而將遙感與三維激光掃描兩項監測技術聯合運用后，不僅打破了傳統人工排查的缺陷，更全方位提高尾礦庫安全監測工作的效率，實現了尾礦庫天、地多個項目的一體化安全監測，同時從宏觀和微觀兩個角度對尾礦庫各類隱患者參數進行定量測算，并對其安全態勢進行全面評估，為礦山企業尾礦庫災害預防提供可靠依據。

3.2 完善尾礦庫安全監測技術體系

潰決型泥石流尾礦庫是我國礦山最多見且嚴重程度最大的一種災害，而通過遙感與三維激光兩種監測技術得到的數值，相關的技術人員就可以評估尾礦庫當前狀態的危險性，并預估出遇到極端條件時，尾礦庫泥石流災害發生的動態變化以及下游可能會波及到的范圍，從而依據預估結果為礦山管理者和該地區政府的災害預防決策提供更直觀、更準確的依據，進行降低下游居民的安全風險，進一步完善了尾礦庫監測-評價-預防三項同時監管的安全管理技術體系，真正的實現尾礦庫的天空-地表-地下全方位空間安全監測技術的融合運用，為礦山尾礦庫安全監測提供了技術保障，從根本上提高了尾礦庫運營的穩定性與安全性[6]。

4 結語

總之，對礦山尾礦庫運營穩定性和安全性會產生影響的因素多且復雜，除地表可以直觀分析的因素，地下也會存在很多的危險因素，而采用遙感與三維激光掃描融合監測技術可以對尾礦庫進行天上、地表以及地下的全方位安全監測，有效的規避了傳統監測方法中容易遺漏細小問題、監測速度緩慢等缺陷，大幅度提高了尾礦庫安全監測的效率與精確度，實現了監測-評價-預防一體化的尾礦庫安全監測目標，為尾礦庫的安全運營提供了有效保障。