上游式尾矿坝在线安全监测技术浅析

摘 要：尾矿坝是一种比较特殊的岩土工程类型，其主要功能是为了防止高势能泥石流、洪水对矿山、矿井和坝区附近造成安全威胁，其主要堆积方式有上游式、中线式和下游式几种。如何确保尾矿坝的稳定性，一直是岩土工程行业难以攻克的重点难题。本文将对上游式尾矿坝的基本特点进行介绍，分析其复杂性与特殊性，介绍一些主要的安全监测技术类型，以供岩土工程行业对坝区进行安全监测参考。

关键词：上游式尾矿坝；在线安全监测技术；安全

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.177

0 前言

尾矿坝是矿物开采行业当中的重要工程类型之一，主要功能是能够拦截尾矿、废水和工业废渣，也能在一定程度防范泥石流、洪水等自然灾害。矿物企业必须重视尾矿坝的建造与维护，才能够有效确保矿物开采与选别的安全。我国各项金属资源、非金属资源储量丰富，一旦矿物开采与选别遇到泥石流、洪水等自然灾害，不仅会造成巨大的经济损失，也会对下游人民的生命和财产安全造成威胁。为了加强尾矿坝的安全性，利用在线安全监测技术是一项非常有效的手段。对此，国务院也颁布了相关的通知文件，力求加强我国矿山生产的安全性与规范性。

1 上游式尾矿坝的主要特点

尾矿坝是尾矿库的重要组成部分。尾矿库是在金属矿山或非金属矿用于存放尾矿和工业废水、废渣的主要场所，而尾矿坝，则是负责拦挡尾矿、废水、废渣、洪水的外围构筑物。尾矿坝的稳定性受到很多方面因素的影响，比如尾矿坝的构造特征、几何形状、服役方式、组成介质。另外，矿山地区如果发生地震、塌陷、洪水等现象，也会对尾矿坝的稳定性造成影响。

尾矿坝的构造方式分为上游式、中线式和下游式三种[1]。其中，上游式就是在从初期坝向上游填充尾矿的堆积方式，中线式就是在初期坝的轴线处，利用旋流分级粗砂对尾矿进行冲积的堆积方式，下游式就是从初期坝向下游填充尾矿的堆积方式。上游式尾矿坝在堆积的时候，要注意以下几个施工要点：颗粒粗大的尾矿要沉积在坝前，颗粒细小的尾矿要存放在尾矿库内，而且滩涂内不能出现大面积的矿泥沉积；沉积滩的坡度和长度都要符合设计要求，而且要保持顶部的均匀和平整；不能出现矿浆沿着子坝内坡址横向流动的情况；在放矿时，要有专门的人员进行管理，禁止利用矿浆冲刷坝坡。

2 主要的监测技术类型

上游式尾矿坝的在线安全监测，是一套功能完善、性能出色的集成系統来完成的。这套在线安全监测系统包含了通信、供电、防雷网络、系统平台、安装调试等模块，可以利用电能、太阳能、风能等能源来进行驱动，通信系统所用到的通信接口和协议主要有RS232、RS485/422A、TCP/IP等几种类型[2]，其中具体的监测技术有以下几种：

2.1 位移监测

尾矿坝由于长期受到尾矿、工业废水、工业废渣、洪水的冲击，库存水量增加，很容易发生位移。位移监测就是针对这种现象进行检测。按照观测点的位置不同，位移监测可以划分为表面位移监测和内部位移监测两种；按照测量功能不同，位移监测可以划分为水平位移监测、垂直位移监测和三维位移监测。位移监测技术的主要手段是利用GPS定位系统和高精度的智能全站仪来进行检测。其中GPS定位系统用途广泛，抗干扰程度高，而智能全站仪则具有检测精度高、管理维护方便的特点。

2.2 渗流监测

渗流监测是利用振弦式传感器和光纤渗压式传感器来监测尾矿坝被水流渗透的状况。利用这上述两种传感器，工作人员可以随时得知尾矿坝的浸润线、渗流压力和渗流量[3]。需要注意的是，在振弦式传感器进行渗流监测时，需要采取一定的防雷措施。而使用光纤渗压式传感器时，传输线缆容易因现场沉积量大而产生弯折，需要工作人员进行注意。

2.3 库水位监测

尾矿库内存有大量的尾矿浆积淀，如果库水位过高，就容易超出尾坝库的防洪能力，为矿山及周边区域带来危险。库水位监测的主要工具是超声波液位计和渗压计，主要工作原理是根据超声波的反射状况计算水面和液位间的距离，然后再根据超声波液位计安全位置的标高，计算得出水面的标高。准确地掌握库水位的标高，能够在汛期到来之前采取措施，防止洪水冲垮尾坝，为矿山及周边区域带来危险。

2.4 干滩监测

干滩监测监测通常采取人工监测和自动监测相结合的方式。自动监测，就是利用免棱镜激光测距仪、超声波测距仪等设备，拍摄干滩部位的图像，得到干滩部位面积、边际线长度、岩石类型、土壤性质等信息，还能够通过滩顶的高程与特征点的高程计算出安全超高。而人工监测通常作为自动监测的辅助手段进行，主要负责一些自动监测中的盲区进行信息补充。

2.5 降水量监测

矿山地区的降水量监测尤为重要，特别是在汛期，降水很容易导致尾矿库内的水位升高，超过尾矿坝防洪能力、尾矿坝被冲毁、洪水泛滥等后果产生。矿山地区在汛期内的降水量，是考验尾矿坝防洪能力的重要指标之一。如果在汛期之内降水明显增加，有超过尾矿坝防洪能力的趋势之时，工作人员就可以及时采取泄洪措施，降低尾矿坝承受的防洪压力。降水量监测所用到的主要工具有自记雨量计、自动测报雨量计、遥测雨量计等。

2.6 库区监控

库区监控主要是利用视频摄像头来代替人力，对库区进行日常巡视。库区监控安装视频摄像头的主要位置有坝体上、滩顶放矿处、坝体下游坡、库尾拦洪坝等重要部位。视频摄像头对现场状况进行拍摄，然后将图像信号发送回主控系统，既能够有效降低工作人员的巡查工作量，又能够提高工作人员对现场进行调度管理的工作效率。

3 结论

上游式尾矿坝是尾矿坝三种堆积方式中的一种，具有稳定性差、浸润线高、抗震性能弱等特点。为了确保矿山开采的安全性与规范性，矿山企业有必要利用各种在线安全监测技术对尾矿坝进行实时监控，掌握尾矿坝的运行状况，采取各种技术措施来降低尾矿坝所承受的防洪压力。

参考文献：

[1]刘优平，黎剑华.尾矿坝变形光纤光栅监测技术研究[J].黄金，2015（01）：60-63.

[2]林雪松，陈殿强，何峰.尾矿坝浸润线干滩监测预警值的计算[J].水资源与水工程学报，2014（04）：65-68.

[3]于广明，宋传旺，潘永战等.尾矿坝安全研究的国外新进展及我国的现状和发展态势[J].岩石力学与工程学报，2014（S1）：3238-3248.

作者简介：徐民强（1988-），男，辽宁朝阳人，研究方向：工程测量技术。