在线监测技术在新疆喀矿加乌尔尾矿库的应用

高玖平

（新疆喀拉通克矿业有限责任公司富蕴836107）

在线监测技术在新疆喀矿加乌尔尾矿库的应用

高玖平

（新疆喀拉通克矿业有限责任公司富蕴836107）

尾矿库是金属与非金属矿山安全生产的重要环节，也是需要在线监测的重大危险源之一。为了加强对尾矿库的安全管理，我国以立法的形式特别强调了对尾矿设施的安全监督。然而，我国尾矿库的安全监测监控技术还处于起步阶段，尾矿库安全运行的主要技术参数还是靠人工巡检和携带仪器设备到现场实地测量数据，不仅易受外界环境因素的影响，而且不能及时监测尾矿库的各项技术参数，难以及时掌握尾矿库各项安全技术指标等缺点，这些都将影响尾矿库的安全生产和安全管理水平。尾矿库安全监测监控系统的实施，便于企业和安全监管部门快速掌握与尾矿库安全密切相关的技术指标的最新动态，有利于及时掌握尾矿库的运行状况和安全现状，可以提高尾矿库的安全性，保障尾矿库正常运转及人民群众的生命财产安全，避免因尾矿库事故而造成的环境污染，对于加强尾矿库的安全监管，把握尾矿库的安全现状，减少尾矿库的事故发生等具有重要意义。

尾矿库在线监测安全技术应用

新疆喀拉通克矿业有限责任公司结合国家法律法规和建设标准，本着技术先进可靠，经济实用的原则，按照高可靠性、长期稳定性好、精度较高、耐恶劣环境性、密封耐压性良好、操作简单、结构牢固、维修要求不高、费用低廉、能遥测、技术原理一致性的要求。采用各种监测监控设备对尾矿库数据进行采集，利用软件平台进行统一分析处理，在三维可视化状态下对各种监测监控数据进行实时模拟仿真，实现监测、计算仿真、评价预警功能建设完成尾矿库在线监测系统，现进行阐述分析如下：

1 喀拉通克矿业公司尾矿库的基本情况

喀拉通克矿业公司选矿厂加乌尔尾矿库位于距喀拉通克铜镍矿北东4 km的一开阔沟谷中。沟谷东西方向长约3.5 km，南北方向长约2.0 km呈不规则形状，地面高程964.9～1 017 m。场区内为自然荒沟，地表无任何建筑物，仅有稀疏的杂草。加乌尔尾矿库于2012年6月开始试运行，已经按安全“三同时”要求办理完成安全验收评价、安全设施验收和安全生产许可证。

图1 尾矿库上游坡面照片

2 尾矿库的监测指标

尾矿库安全监测监控系统主要包括以下内容：尾矿库坝体位移监测、尾矿库库区水位监测、尾矿库库区视频监控、其他监测内容还包括如浸润线、干滩、降雨量等。公司尾矿库监测系统由位移监测子系统、浸润线监测子系统、水位监测子系统、库区视频监控子系统、有线通信子系统、降雨量子系统、监测预警软件子系统等组成。

尾矿库发生溃坝灾害，坝体位移是其中最直观的反应指标。对尾矿库坝体位移的掌握，可以及时发现尾矿坝位移率和位移速度，一旦出现险情，及时发布预警消息。位移监测采用全站仪监测，监测点布置于4个剖面，共13个监测点（图2）。库区视频4处。降雨量安装在调度室房顶。

图2 位移监测点布置图

位移观测房设置在坝旁稳定的基石上。根据尾矿库的具体情况及整体的设计，需要设置1个位移观测房，观测房放在尾矿库左边的山坡上。

由于位移采用的是全自动全站仪进行监测，监测点之间与位移观测中心不需要铺设电缆，数据传输主要是观测中心传输到调度室。位移观测房与调度室的距离较远，直接光缆由位移观测中心传输到调度室。

位移监测点布置在初期坝和堆积坝，根据初期坝和堆积坝的实际情况，初期坝位移监测墩标和堆积坝的位移监测墩标设计不同。墩标采用C20混凝土浇筑,模板支撑，确保墩标基上平面水平。监测点标墩地面以上高度为1.5 m，埋入地下部分为2.5 m。

监测仪器所处的野外环境条件一般都较恶劣，全站仪镜头和棱镜极易污染影响观测，必须采取一些保护措施来保证光学设备的清洁，以确保观测的质量。

降雨量是尾矿库防洪监测的重要实时数据，根据当前降雨量可评估尾矿库所处的风险状态。采用翻斗式雨量计，通过容栅位移传感器检测降雨量，把降雨量变成数字电信号再经微型计算机的处理，转换成脉冲输出，传送到数据采集中心。雨量计监测精度为0.02 mm，可以实时监测降雨量的微小变化。

视频监控采用高精度视频监控仪器，布设在坝面、滩面部位，采用对溢水井、干滩区域、回水泵站、坝体全貌等部位进行视频监测，采用无线收发组件，汇总视频监控信号，多画面或分割画面显示，并提供网络监控功能。

3 尾矿库多信号采集系统和预警管理系统设计

采集监测预警管理系统设置于公司选矿厂调度室上位机系统，通过现场数据采集系统获取现场传感器数据。监测预警管理子系统是现场各个监控子系统的数据归集，处理在线监控系统处理现场各传感器信号，并进行安全监测管理。通过现场数据采集系统与现场传感器及相关设备进行联接或通信，可实现现场数据的实时自动采集。系统运算模块和评价模块将现场数据与尾矿库综合模型进一步相结合，对矿浆、砂、水等数据进行集成运算、获得统计分析结果，并实现综合预警。

（1）在线监测模块

用于采集监测数据，主要包括浸润线监测模块、位移监测模块、库水位监测模块、干滩监测模块、降雨量监测模块、视频监测模块等。

采样周期根据需要动态调整，设置为一周时间。也可采用应答方式即时获取相关数据。配置有数据的存储、统计分析发布、趋势图表和控制预警等功能。

（2）计算模块

在监测到相应的数据后，通过数据存储方式，将数据存储在统一的数据库中。通过相应的数学模型计算得到各个监测指标相关的尾矿库安全性数据。

（3）评价模块

通过数学模型计算与监测数据的比较分析，得到各个综合分析评价的结果，并进行不同级别的预警，具备定量预警、分级响应等方面的技术优势，同定性分析数据趋势相比，更有科学性和合理性。可根据需要，设置不同报警方案，全方位保障尾矿库安全。

4 软件系统的功能

主要包括系统能实时显示各种监测数据。

（1）位移监测：系统能实时监测坝体在一段时间内的两个方向水平倾斜量。在模拟分析的基础上，设定预警值，系统能自动预警。系统位移监测精度高，系统能绘制不同方向的位移，并统计任一时间内不同方向的位移总量；能保存查询的数据和相关的图形。

（2）浸润线监测：系统能实时在线、自动测量坝体浸润线埋藏深度，实现采集、贮存数据的自动化，绘制指定监测点浸润线的历史曲线。在数值模拟和分析的基础上，设定不同预警级别的预警值，同时当浸润线超出设定预警值时进行预警。系统能对任一时间内的浸润线数据进行统计，能绘制浸润线断面曲线；系统能保存查询的数据和相关的图形。

（3）库水位监测：系统能实时、自动监测尾矿库水位，实现尾矿库库水位采集、储存数据的自动化，系统能自动跟踪监测，并及时发出预警（根据尾矿库的具体情况，运用数学模型对尾矿库库水位的预警数值进行模拟分析，确定预警阈值）；系统能绘制库水位历史曲线图；能对任一时间内的库水位进行统计；系统能保存查询的数据和相关的图形。

（4）雨量监测：系统能监测降雨量，并根据降雨量进行调洪演算。

（5）库区视频监测：视频监控涵盖坝面、坝顶、干滩区域等关键部位，采用无线收发组件，汇总视频监控信号，多画面或分割画面显示，并提供网络监控功能。

尾矿库在线监测技术在近20年的时间内，在国际上已经发展得比较成熟，应用广泛。我国应用这类技术还是近10年的事情，时间较短。但从尾矿库在线监测工程的应用上已取得了零的突破，逐步为业内人士所认可。从目前尾矿库安全的现状来看，根据尾矿库的情况的不同，应尽快在尾矿库监测监控中采用多样化的监测技术手段和监测系统以达到最优监测效果。将尾矿库的安全管理纳入现代科学的范畴之内，科学、及时、有效的监测监控，以确保人民生命财产的安全和社会的稳定，为构建和谐的生存环境，做出应有的贡献。

收稿：2014-03-04