尾礦庫安全監測系統

1、山谷型尾礦庫
　　山谷型尾礦庫是在山谷谷口處筑壩形成的尾礦庫。它的特點是初期壩相對較短，壩體工程量較小，后期尾礦堆壩相對較易管理維護，當堆壩較高時，可獲得較大的庫容；庫區縱深較長，尾礦水澄清距離及干灘長度易滿足設計要求；但匯水面積較大時，排洪設施工程量相對較大。我國現有的大、中型尾礦庫大多屬于這種類型。

2、傍山型尾礦庫
　　傍山型尾礦庫是在山坡腳下依山筑壩所圍成的尾礦庫。它的特點是初期壩相對較長,初期壩和后期尾礦堆壩工程量較大；由于庫區縱深較短，尾礦水澄清距離及干灘長度受到限制，后期壩堆的高度一般不太高，故庫容較小；匯水面積雖小，但調洪能力較低，排洪設施的進水構筑物較大；由于尾礦水的澄清條件和防洪控制條件較差，管理、維護相對比較復雜。國內低山丘陵地區中小礦山常選用這種類型尾礦庫。

3、平地型尾礦庫
　　平地型尾礦庫是在平緩地形周邊筑壩圍成的尾礦庫。其特點是初期壩和后期尾礦堆壩工程量大，維護管理比較麻煩；由于周邊堆壩，庫區面積越來越小，尾礦沉積灘坡度越來越緩，因而澄清距離、干灘長度以及調洪能力都隨之減少，堆壩高度受到限制，一般不高；但匯水面積小，排水構筑物相對較小；國內平原或沙漠戈壁地區常采用這類尾礦庫。

4、截河型尾礦庫
　　截河型尾礦庫是截取一段河床，在其上、下游兩端分別筑壩形成的尾礦庫。有的在寬淺式河床上留出一定的流水寬度，三面筑壩圍成尾礦庫，也屬此類。它的特點是不占農田；庫區匯水面積不太大，但尾礦庫上游的匯水面積通常很大，庫內和庫上游都要設置排水系統，配置較復雜，規模龐大。這種類型的尾礦庫維護管理比較復雜，國內采用的不多。

1-2放礦方式
（1）上游法筑壩工藝
上游法筑壩工藝是中國鐵礦石選礦廠較為普遍采用的技術，投資少、管理方便。它是通過分散放礦管，將尾礦礦漿在壩前分散放礦，以形成尾礦庫自然沉積灘，然后在尾礦沉積灘上利用尾礦砂修筑子壩，隨著尾礦不斷的沉積，子壩逐年加高，并向庫內收坡（一般按1∶4～1∶6收坡），最后在壩面覆蓋山土形成尾礦壩。
（2）下游法筑壩工藝
下游筑壩法是采用水力旋流器對尾礦礦漿進行分級，高濃度（60%以上）的沉砂用來加寬和加高壩體，并由初期壩向外放坡，最后形成沉砂壩。水力旋流器溢流儲存于尾礦庫。用下游法修建的尾礦庫由于沉砂壩體物料粒度粗，且組成均勻，滲透性良好，而有利于壩體的穩定。該法要求沉砂壩與尾礦礦泥庫存面的升高保持平衡，以確保防洪高度，否則易發生洪水漫頂事故。
（3）中線法筑壩工藝
中線法筑壩工藝與下游法筑壩工藝基本相同，也是對尾礦進行分級，粗粒尾礦用于筑壩，細粒尾礦存入尾礦庫。不同處是下游法的沉砂壩由初期壩向外放坡，而中線法的沉砂壩則沿初期壩軸線不變。由于中線法的沉砂壩上游壩逐年壓在庫內尾礦沉砂沉積灘上，這就大大減少沉砂壩粗粒尾礦用量，減少沉砂壩的后期壩外寬度，從而減少基建工程量，降低投資。
（4）濃縮放礦法筑壩技術
該工藝是將尾礦礦漿濃縮，使濃度達65%或更高，然后通過隔膜泵將濃縮后的尾礦輸送至尾礦場定點排放。由于尾礦濃度高，可全部呈漿狀沉積，不會產生分級現象，故在排放點下方形成圓錐形小丘。隨著尾礦的不斷排放，小丘逐漸升高并擴大，每隔2～3a抬高一次尾礦排放管道，最終形成尾礦沉積丘。該工藝優點是基建工程量小，投資少，所形成的尾礦丘類似于砂丘，不受洪水、壩體滲透水等不利因素的影響，還可減少滲透水、尾礦庫排放水和粉塵等對周圍環境的污染。但是當尾礦濃度小于60%時，無法形成尾礦丘。該工藝尚處在試驗階段。
（5）干法筑壩工藝
干法筑壩工藝是先將尾礦礦漿濃縮過濾使其濃度達85%左右。這種近似干尾礦可用皮帶、礦車運到選礦廠附近的山溝、山坡或灘地堆存起來形成壩堆。也可用于制磚、制水泥和填坑造地等。

2.監測目的
　　通過對尾礦庫進行自動化的安全監測，分析壩體的結構健康狀態，及時發現不正常現象并提出警示，評估結構的可靠性，為尾礦庫的管理與維護等提供數據依據。
3.依據的標準與規范
　　整個系統的規范標準的制訂遵照國家規范標準和有關行業的規定要求，參照的標準和規程規范為：
　　1)《尾礦庫安全監測技術規范[2]》 AQ2030-2010
　　2)《尾礦庫安全監督管理規定》(國家令第6號)
　　3)《土石壩安全監測技術規范》SL60-94
　　4)《巖土工程勘察規范》GB50021-2001
　　5)《巖土工程監測規范》YS5229-96
　　6)《碾壓式土石壩設計規范》DL/T5395-2007
　　7)《工程測量規范》GB50026-2007
　　8)《國家三、四等水準測量規范》GBl2898-91
　　9)《國家一、二等水準測量規范》GB12897-91

3.監測項目：
尾礦庫安全在線監測系統監測主要內容包括：
● 壩體位移（表面和內部）
● 浸潤線
● 干灘長、安全超高
● 庫水位
● 降水量
● 庫區視頻影像
根據實際情況，還可以增加必要的監測項目。
通過采用多種現代，對傳統的人工安全監測進行改造，通過采集尾礦庫與安全相關的動態信息，實時監控尾礦庫的運行，從而形成一種信息化、自動化的新型現代安全監控系統和的安全管理控制自動化決策平臺。

4.監測系統簡介：
尾礦庫安全在線監測系統的實施范圍是在尾礦庫建立一整套遠程自動化安全監測分析評價預報系統，包括利用動態監測儀對尾礦庫的實時安全監測、尾礦庫與企業辦公樓監控中心之間的通信子系統、監控中心計算機系統和web查詢報表系統。
建立尾礦庫安全監控、安全分析評價，安全預警，安全指揮管理系統，對尾礦庫的安全狀態進行實時的監測、分析與預報，確保尾礦庫的安全。

５.尾礦庫安全監測系統功能
５.1 系統硬件基本功能
　　1）可根據客戶提供的監測模型，確定監測參量，配備尾礦庫安全監測所需的各種測試儀器設備，滿足測試項目的需求和測試精度。
　　2) 配備遠程監測單元（MCU）和其他監測設備的機箱、電纜及接口裝置以符合實際監測環境，系統具有電源保護裝置、避雷裝置等硬件設備，把信號受干擾程度降至，盡量減少系統的安裝誤差。
　　3）選用適當的數據通訊方式，可采用有線和無線兩種方式與監測中心通訊。對于有線方式，可采用一般電纜通訊或光纖通訊，可實現串口通訊、網絡通訊或其他有線通訊方式。對于無線方式，可實現GPRS或CDMA網絡通訊的數據傳輸，數據采用全透明方式，同時具有報警管理系統，簡捷得知設備運行狀況，完成遠程控制的需要。
　　4）保障尾礦庫安全監測系統各個儀器設備的正常運行，滿足今后系統在硬件節點的增加等要求。
５.2 系統軟件主要功能
　　1）可實時監測尾礦庫的各測點傳感器，可自定采集時間，并對原始數據進行濾波、計算等處理,數據以數字或相應曲線、圖等形式實時顯示、記錄和打印。
　　2）監測數據能夠保存在多種數據庫內，并可進行歷史數據查詢，生成選定時間段內的傳感器最小值，還可以直接生成EXCEL或其他形式報表。
　　3）軟件界面清晰直觀，工具條與按鈕操作。以主界面和各子界面形式顯示，各界面間切換靈活，界面圖案可按客戶要求繪制改動。
　　4）數據可以各種圖形方式顯示，包括浸潤線、庫水位、壩體內部變形、降雨量等的時間歷程曲線圖、X/Y坐標圖、模擬圖、直方圖等形式，同時可存儲與處理視頻圖像。
　　5）具有數據越限報警設置顯示功能，現場即時上傳報警信息時，主機會出現明顯的報警畫面和報警信息，同時還可提供各種聲光報警等多媒體提示或手機報警。
　　6）能對系統中的每一用戶進行口令和操作權限的管理，能對不同的用戶分配不同的系統訪問、操作權限級別。用戶登錄后的操作將寫入系統日志，保障運行系統的安全性。
　　7）系統滿足開放性標準的要求，方便系統功能的添加、刪除、維護、修改、擴展。兼容當前流行的多種數據庫，包括Access、SqlServer、Oracle，并滿足數據庫容量的擴充、系統軟件功能的增強等方面的要求。
６.監測系統的組成
　　尾礦庫安全監測系統主要由現場信號監測儀器設備、遠程監測單元、監測中心數據處理與分析三部分構成。技術構架圖如下所示：

６.1 現場信號監測儀器設備
　　現場監測儀器設備按監測項目參數的性質主要有以下六個部分：
　　1)壩體浸潤線及滲流測量傳感器，可采用孔隙水壓力計結合量水堰計。
　　2)壩體內部變形測量傳感器，可采用固定式測斜儀。壩體或地表變形位移測量，可采用水平、沉降位移傳感器或GPS位移監測系統。
　　3)庫水位測量傳感器，可采用適于水位量程的水位計。
　　4)干灘長度監測系統，采用干灘監測儀系統，結合水位計計算。
　　5)對于氣象測量，降水量的測量可采用雨量計。

６.1.１壩體浸潤線及滲流監測儀器
　　1）壩體浸潤線的監測----弦式孔隙水壓力計
　　2）壩體滲流監測----弦式孔隙水壓力計、量水堰流計

６.1.２壩體變形測量儀器設備
　　1）壩體內部變形位移測量-----固定測斜儀、垂線坐標儀等。
　　2）壩體表面變形位移監測-----GPS變形監測系統、靜力水準儀、引張線儀等。

６.1.３庫水位監測傳感器
　　1）投入式水位計
2）激光水位計
　　3）超聲波水位計
4）浮子式水位計
６.1.４干灘監測系統設備
1）激光測距儀
2）超聲波測距儀

６.1.５降雨量測量傳感器
　　1）翻斗式雨量計
2）電子式雨量計
６.2 遠程監測單元（ MCU）
　　遠程監測單元的工作、結構示意圖如下：

６.2.1數據自動采集單元
　　采用我公司生產的XHY-MCUxx型自動綜合數據采集單元
６.2.2電源系統
　　1)就近引設電源
　　2)外部24V太陽能供電系統
　　3)小型風力發電機系統
　　4)風光互補供電系統
６.2.３GPRS/CDMA無線數據傳輸終端

６.2.４防雷器件及接地裝置
６.2.５密封保護機箱

６.3 監測單元的配置容量
　　遠程監測單元的容量可以根據實際監測目標的多少進行配置，系統內部數據采集器的選用與聯網方式也會有所不同。如果尾礦庫的測量范圍大，監測點數多，或者還需對其加固效果或水文氣象等諸多參量進行監測，那么系統可按以下三種方式擴容：
　　1）直接在遠程監測單元MCU內部增加相應擴展模塊，也可采用內部RS485組網連接方式。
　　2）按監測單元位置或功能增加并劃分遠程監測單元MCU的數量，監測中心與各MCU單元用TCP/IP無線網絡、RS-485數據總線或光纖等形式組成分布式數據采集網絡，通過監測中心軟件進行數據管理。
６.4監測中心數據處理與分析系統

• 浸潤線監測曲線：

• 庫水位監測：

• 壩體內部變形監測：

• 干灘監測：

• 降雨量監測：

成功案例:
● 內蒙天寶礦業陳旗尾礦庫自動化遠程安全監測預報系統，3等庫；
● 湖南西嶺溝尾礦庫安全在線監測系統，3等庫；
● 湖南江華縣銅山嶺尾礦庫安全在線監測系統，3等庫；
● 湖南黃金洞大萬礦業公司駟馬橋尾礦庫安全在線監測系統，3 等庫；
● 花垣縣白巖灣尾礦庫安全在線監測系統，3等庫；