湘南某鉛鋅礦尾礦庫安全在線監(jiān)測及預警系統構建研究

熊立新　宋佳威　王思佳

摘要：湘江流域有色金屬尾礦庫是區(qū)域內重大生態(tài)安全危險源，出現安全事故對區(qū)域生態(tài)危害嚴重。針對湘南某鉛鋅礦尾礦庫，采用布設高精度傳感器及分布式管理信息系統開發(fā)等手段實現尾礦庫的監(jiān)測指標數據實時收集、在線監(jiān)測;基于準確獲取的形變位移、庫水位、浸潤線埋深等關鍵指標， 對尾礦庫安全風險狀況實行多級預警預報。系統實際運行表明：該集成管理系統可為區(qū)域安全管理提供決策依據。

Abstract： The non-ferrous metal tailings reservoir in the Xiangjiang River Basin is a major hazard sources of ecological security in the region， safety accidents will cause serious ecological hazards in the region. High-precision sensors and distributed management information system development are adopted to realize real-time collection and on-line monitoring of key index data of tailings reservoir of a Lead-Zinc Mine in Southern Hunan， and multi-level early warning and prediction of safety risk status of tailings reservoir is carried out based on key indexes such as deformation displacement， reservoir water level and saturation line buried depth accurately obtained. Its performance shows? that the integrated management system can provide decision support for regional safety management.

關鍵詞：湘江流域;金屬礦尾礦庫;生態(tài)安全

Key words： Xiangjiang River Basin;the non-ferrous metal tailings reservoir;ecological security

中圖分類號：TD76? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）33-0189-02

0? 引言

湘江流域生態(tài)安全是區(qū)域經濟社會可持續(xù)發(fā)展的保障，為國家安全的重要組成部分，引起社會的廣泛關注[1，2]。湖南是有色金屬之鄉(xiāng)，湘江流域分布大量的有色金屬礦山及相關企業(yè)，這些礦山企業(yè)在生產過程中建設了數量巨大的尾礦庫，其對整個湘江流域的生態(tài)安全構成重大威脅[3，4，5]。因此，尾礦庫的安全監(jiān)測對于加強尾礦庫的安全監(jiān)管，把握尾礦庫的安全現狀，確保區(qū)域生態(tài)安全都具有重要意義[6-9]。

采用信息化、實時化、網絡化的尾礦庫在線監(jiān)測系統可以及時、直觀的掌握壩體的形變、庫水位、浸潤線等數據，并進行安全評價、預警預報，為尾礦壩的安全監(jiān)測與管理決策提供有力支持[10-13]。

1? 工程簡介

該鉛鋅礦尾礦庫主壩的初期壩為粘土心墻土壩，壩底標高18.0m，壩頂標高40.0m，壩高22m。尾礦堆積壩外坡為1：5，原設計最終堆積標高為50.0m，對應的總壩高為32m，總庫容為550萬m3，目前尾礦堆積壩主壩的標高約為43.0m，壩高約25m。

2? 監(jiān)測內容

該尾礦庫地質條件較好，無滑坡等地質災害風險，在線監(jiān)測項目主要包括壩體表面豎向位移監(jiān)測、壩體浸潤線測量，庫水位測量和雨量監(jiān)測，不涵蓋庫區(qū)地質滑坡體監(jiān)測。

3? 在線監(jiān)測系統設置方案

3.1 表面豎向位移監(jiān)測

尾礦庫壩體采用壓差變形傳感器監(jiān)測。壓差式變形測量傳感器主要用于結構物沉降的長期自動化監(jiān)測，采用精密數字化溫度補償和非線性修正技術，一體化的結構設 計和標準化的信號輸出，具有體積小、精度高、重量輕、量程覆蓋范圍寬等特點。根據現場情況，在尾礦庫上的馬道上布設 7個豎向位移監(jiān)測點，包括 2個基點，5個測點，見圖1。布置好后可以進行實時地表沉降監(jiān)控，每 30min 采集一次，也可根據實際需要修改采集頻率。

3.2 浸潤線監(jiān)測

壩體浸潤線監(jiān)測采用高精度的滲壓計進行監(jiān)測，根據庫區(qū)實際情況，浸潤線監(jiān)測橫斷面共設2個，選用人工監(jiān)測孔布設傳感器，一共布設 3個滲壓計，見圖1。布置好后可以進行實時地表沉降監(jiān)控，每 30min 采集一次，也可根據實際需要修改采集頻率，獲取更詳細數據。

3.3 庫水位監(jiān)測

庫水位監(jiān)測主要監(jiān)測庫區(qū)內水位變化情況，選用與浸潤線監(jiān)測相同的投入式滲壓計作為采集傳感器，采用單通道數據采集單元進行數據采集。庫水位監(jiān)測點要求布置在水波波動比較平穩(wěn)的位置，根據庫區(qū)實際情況和相關技術規(guī)范，將其布置在庫內排水構筑物上，本工程共設定 1 個庫水位測點，見圖1。

3.4 降雨量監(jiān)測

降雨量監(jiān)測應根據尾礦庫周邊地形條件，在空曠處設置監(jiān)測點。按國家現行規(guī)范規(guī)定 20 平方公里設計一個雨量監(jiān)測計，因此本工程設 1 個雨量監(jiān)測點，布設位置如圖1所示。

4? 在線監(jiān)測及預警

基于獲取的壩體豎向位移、庫水位、浸潤線和降雨量等數據，可以進行安全評價、預警預報。基于分布式網絡和信息系統開發(fā)等方法，設計開發(fā)了該尾礦庫安全在線監(jiān)測及預警系統。

系統具備監(jiān)測數據異常數據剔除、平差計算和異常監(jiān)測結果判別提示功能，并且在線安全監(jiān)測成果與人工安全監(jiān)測成果可以進行對比分析。預警風險由低到高分為黃色預警、橙色預警和紅色預警三個級別。通過設定監(jiān)測項目的報警閾值，當監(jiān)測參數超限時系統自動報警。其中雨量監(jiān)測分析見圖2。

5? 結論

在尾礦庫庫區(qū)、尾礦壩、排洪構筑物上布置自動監(jiān)測儀器、供電和通信設施，基于傳感器自動測量、分布式組網和系統開發(fā)等技術和手段實現對尾礦庫安全的自動化在線監(jiān)測、分析和預警，建立了較完善的尾礦庫風險管理機制，有效保障了該鉛鋅礦尾礦庫的安全。

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