在线监测系统在锰渣库安全环保监管中的应用

陈远光，朱 唯，许英鹏，贤梁明，农瑞桂，李建文

(1. 中信大锰矿业有限责任公司 大新锰矿分公司,广西 崇左 532200； 2. 中信大锰矿业有限责任公司，广西 南宁 530029)

近年来，电解金属锰(以下简称为：电解锰)行业所需的锰矿石的品位逐年下降趋势，锰渣的产生量大幅增加，大部分企业原有渣库已经库满或即将库满，锰渣库的安全环保隐患日益突出。通过安装锰渣库在线监测系统，利用高精度GPS定位技术等先进技术手段，加强锰渣库安全环保管理，及时发现和掌握库体监测指标最新动态，通过预警信息和变化趋势综合分析，能够给企业管理者提供决策依据。

1 在线监测系统简介

开发一整套监测软件系统，实现对尾矿库各项数据自动监测、监测到的实时数据和视频监控图像实现无线传输，准确地描述尾矿库的整体性状，对尾矿库安全监测实现采集数据的分类、存储、检验、分析和辅助决策，实时监测尾矿库运行状况。

逐级建立企业尾矿库安全监控中心，进行逐级监管，不同级别的尾矿库监控中心的职责、功能、监控重点和使用权限不尽相同。根据尾矿库的重要程度，公司级监控中心可全部或者有选择地对某些重点尾矿库进行实时动态监控，并对全矿所有尾矿库的安全性进行实时分析计算，在后台进行软件跟踪、评价、预报。同样，矿级监控中心对全矿尾矿库进行安全监控并将动态数据上传到公司级监控中心。建设架构如图1所示。

图1 建设构架示意

2 在线监测系统涵盖的内容

在线监测系统就是能够连续、实时地自动监测和管理分析各项监测指标的变化趋势，当监控指标出现异常时，发出预警信号的一套设备监测系统。当前监测主要是利用GPS高精度准确定位技术、无线网络通讯技术，视频影像技术通过计算机及配套相应软件构建一个监管平台，对渣库关键部位进行监测。监测内容主要包括坝体位移监测、浸润线、库水位、干滩长度、降雨量和库周边视频影像等[1]。根据不同的坝体会有不同的监测内容。

2.1 坝体位移监测

根据坝体长度、宽度、高度实际情况，坝体位移测点设置一般在坝顶设置和各台阶。监测数据通过计算机软件分析后以数据和图形表格形式呈现，直观反映监测动态。本排渣库坝坝顶长230 m，现状坝高65 m，根据布点原则的要求，确定按间隔50 m布点，共计布设5个表面位移监测点，坝体一侧山体上布设1个基准点，如图2所示。

图2 监测点布点示意

2018年11月建成投入运行以来，至今各项监测数据正常，达到预期设计要求。数据见表1。

表1 GPS在线监测位移数据 m

2.2 库水位监测

库水位监测一般采用水文尺，多为人工记录。自动监测系统可以采用传统标尺加红外线、渗压计、超声波等设备选择在库水位平稳相对固定和便于管理维护位置监测，一般设置在库内排水系统周围相对固定的地方。本排渣库为干渣库，故不设库水位监测。

2.3 干滩监测系统

干滩监测内容包括高程和干滩长度。一般通过设置在排水系统附近的水位监测点的监测数据以及一些特征点、动态观测特征点的实时数据，从而达到控制干滩坡度、干滩长度目的。本排渣库为干渣库，故不设干滩监测。

2.4 降雨量监测系统

本排渣库采用当前气象部门广泛使用的容栅式雨量计，优点是其内部自带传感器和数字计算电路，接入到计算机便能采集雨量数据。因此无需像其他普通雨量计那样使用前和使用一段时间后，要派人去现场先进行麻烦的精度校准，实现真正的无人值守。投入运行以来各项数据监测正常，雨量计设定每小时采集1次数据。

2.5 视频监测系统

提供实时的尾矿坝视频影像资料及录像存储服务，可以对尾矿坝的坝体、库水位等情况做出直接、准确的判断。形象的说，整个尾矿坝在线监测系统就是这个人的身体，影像子系统就是这个人的眼睛，而浸润线等子系统则是这个人的皮肤等触觉系统。同时结合尾矿坝在线监测系统的各个子系统，能够在第一时间掌握尾矿坝各种准确的第一手资料。通过各个子系统反馈的信息，通过服务器这个大脑的综合处理判断，及时找出隐患并处理，以求在尾矿坝的安全监控及企业的安全生产方面达到节约成本、事半功倍的效果。

3 在线监测系平台

整个平台为B/S架构，后台采用java开发，前端用Flex builder开发，该系统在服务器运行后，在同一网段内的电脑均可访问，也可以通过其他方式访问。访问效果如图3～4。预警信息可以通过指定手机号码发送信息。目前广西尾矿库远程监管平台还未建立，故本渣库在线监测系统未接入政府监管平台，仅在内部局域网运行。

图3 坝体位移滤波展示效果示例

图4 综合预警示例

4 当前锰行业渣库隐患现状

1)锰行业渣库隐患

根据《电解金属锰企业环境工作指南》，锰渣库属于尾矿库，参照尾矿库安全技术规程管理。故锰渣库等级分类主要从“坝高H，库容V”两个方面衡量，分为5个等级[2]。近年来电解锰生产能力大幅提高，渣量剧增，原有渣库满后，合适的新渣库场址难寻，现存锰渣库50%以上已经满库，无调洪库容，仍超额使用，隐患突出[3]。

2)部分渣库设计隐患

渣库一般是根据实际地形为山谷型库或傍山型库，通过在谷口、山脚依山筑坝形成的渣库较为普遍，平地型建设的库比较少。在建设渣库设计时考虑增加库容，减少建库投资成本，修建的坝体材料常就地取材，以土坝、堆石坝形式结合铺设防渗膜，坝体安全坡比考虑不充分，初级坝基础处理达不到规范要求，防渗设施，导排水系统未完善，坝肩设置不合理。部分渣库选址上不合理，一些企业为了兼顾排渣运行投资成本，违规建设头顶库。

3)渣库运行管理隐患

在电解锰企业中，锰渣运输方式主要采用汽车、皮带和管道输送等。库内排渣次序紊乱，容易造成库内排水不畅，当库内积水过多，极易发生溃坝；排渣点相对固定集中，部分区域对渣过多过高，连续下雨渣湿透后，容易造成大面积塌渣情况，冲击坝体安全。锰渣库周边截水沟年久失修，未能发挥作用，大量雨水进入渣库存在安全隐患；安全投入不足，安全管理不到位，管理松散，未能及时发现隐患并采取防范措施。

4)渣库监测手段隐患

在渣库监测方面，按照设计要求，坝体一般设置有监测桩。目前主要是人工定期观测和设备定期监测，人工观测往往不能及时发现坝体细微的隐患，无法及时掌握隐患发展趋势，等到出现较大位移裂缝时补救难度大。另外人工监测不全面，因专业监测需要专业技术人员和专业设备，部分企业没有这方面的力量，监测周期设置不合理，没有连续性观测，监测精度达不到要求，存在安全隐患。

5 在线监测系统在锰渣库应用的趋势

近年来随着国家对安全、环保督察治理的力度加强，相关政策法规的出台，特别是环保问题从中央到地方已成为热点讨论问题，整个大环境对环保关注程度前所未有，今后从中央到地方环保督察已经常态化。针对目前渣库存在的安全、环保隐患，安装在线监测系统，利用计算机实时监测和管理渣库运行情况变化，防范事故发生，确保渣库安全运行就显得尤为重要。

尾矿库监测技术经过了多年的发展和探索，虽然取得了很大进步，已经形成了一套行之有效的监控系统，但在坝体内部因素方面的研究还是较少，因坝体内部因素引起坝坡失稳的预警技术基本属于空白[4]。我国各种类型的渣库，分布广、数量多、地质条件复杂，监测技术手段还有待进一步研究完善。

渣库在线监测系统发展完善后，应用将更加广泛，监测相关数据上传到政府部门的监管网络系统，管理更加规范。根据各企业和各渣库的实际情况，按风险等级的不同选择相应系统，网络化运行，减少人工监测因素造成后期的管理维护滞后。

6 结 语

随着电解锰行业的发展，现有锰渣库容日益减少，新渣库寻找困难，锰渣库的安全问题将成为制约电解锰生产的一个重要因素，而锰渣库安全环保隐患确日益突出。因此加强锰渣库安全管理构建完善的监控体系，通过安装在线监控系统，实现渣库自动化安全监测分析评价预报，能够及早发现隐患，及时采取防范措，提高渣库安全管理水平。