尾矿库在线自动监测系统解决方案

尾矿库在线自动监测系统解决方案一.需求分析：.......................................................2二、方案设计........................................................4（一）监测指标选择.............................................................................................4（二）监测系统设计.............................................................................................61．浸润线监测................................................................................................62．库水位监测................................................................................................74．坝体位移监测............................................................................................75、视频监测....................................................................................................7（三）某尾矿库安全监测系统设计方案.............................................................8三、运营/管理......................................................10（一）设备安装...................................................................................................10（二）运营管理...................................................................................................11四、产品映射.......................................................13五、标准支持.......................................................14六、标准化程度.....................................................16七、效果分析.......................................................162一.需求分析：安全生产事关广大人民群众的根本利益，事关改革发展和稳定的大局。我国在确立了“安全第一，预防为主，综合治理”的安全生产基本方针和“安全发展”的指导原则后，从安全法制、安全责任、安全投入、安全科技和安全文化等方面入手，强化安全监管工作。但受我国现阶段生产力发展水平较低、企业安全生产基础薄弱、从业人员安全意识不强、安全法制不健全等因素的影响，我国安全生产形势依然严峻，工矿商贸领域安全生产重特大事故时有发生，特别是近年来尾矿库事故多发，已引起了国家的高度重视。金属与非金属矿山是工业生产的高危行业，其事故发生起数和死亡人数在全国工业安全生产领域占较大的比重。尾矿库是金属与非金属矿山安全生产的重要环节，也是该领域的重大危险源之一，作为具有高势能的人造泥石流危险源，其一旦发生事故，将会给下游人民生命财产安全造成巨大损失，给当地环境造成严重污染，给当地的经济发展和社会稳定也带来严重的负面影响。经过50多年发展，我国已成为世界矿业大国，目前全国有金属非金属矿山92071座，其中金属矿山8239座，非金属矿山83832座，冶金、有色、化工、核工业、建材和轻工业等行业的矿山都有尾矿设施。经初步统计，全国有尾矿库7610座，总库容约5×109m3,堆存尾矿约5.5×109t。其中正常运行的约有4800座，占63％，危库、险库和危险性较大的病库约有2810座，占37％。我国作为发展中国家，经济比较落后，从安全上看，尾矿库还存在以下不利因素：一是筑坝尾矿粒度细。由于筑坝的尾矿粒度细，细尾矿的力学强度低、透水性差、不易固结，造成坝体稳定性较差；二是上游法筑坝多。我国目前85％的尾矿库采用上游法筑坝，较下游法和中线法筑坝的坝体稳定性差；三是尾矿库安全设计标准较低。我国作为发展中国家，尾矿库防洪、抗震及坝体稳定等建设标准与发达国家相比相对偏低；四是小型库多。我国矿山规模小，四等库及四等库以下的小型尾矿库占90％以上；五是受地震威胁大。我国是多地震国家，尾矿库防震抗震是重要问题；六是失事后果严重。我国人口众多，尾矿库难以避开居民区和重要工业、交通设施，一旦失事，损失巨大。美国克拉克大学公害评定小组的研究表明，尾矿库事故的危害，在世界93种3事故、公害的隐患中，名列第18位。它仅次于核武器爆炸、DDT、神经毒气、核辐射以及其它13种灾害，而比航空失事、火灾等其它60种灾害严重，直接造成百人以上死亡的尾矿库事故已不鲜见。如1972年2月26日，美国布法罗尼河矿尾矿坝溃坝，造成125人死亡，4000人无家可归；1985年7月中旬，意大利东北部的普瑞皮尔尾矿库溃坝，造成250人死亡。我国尾矿库历史上曾发生过多起重特大事故，给人民生命财产安全造成了重大损失。如：1962年9月25日，云锡公司火古都尾矿库溃坝，造成171人死亡、92人受伤，受灾人口13970人；1994年7月13日，湖北大冶有色金属公司龙角山尾矿库溃坝，造成30死亡；2000年10月18日，广西南丹宏图选厂尾矿库垮塌，造成28人死亡、56人受伤。近年来，尾矿库垮坝造成人员伤亡和有毒污染物下泄的事故屡有发生，给人民群众生命财产安全造成重大损失，对环境安全构成重要威胁。据初步统计，自2005年以来，全国发生尾矿库溃坝等重特大事故17起、死亡41人，重伤1人，轻伤28人，给人民群众生命财产和环境安全带来严重损失。其中：2006年4月30日陕西镇安尾矿库溃坝，造成17人死亡、5人受伤。尾矿库的安全监测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。当前，我国尾矿库安全运行的主要技术参数如坝体形变位移、库水位、浸润线埋深等，均由人工定期用传统仪器到现场进行测量，安全监测工作量大、受天气、人工、现场条件等许多因素的影响，存在一定的系统误差和人工误差。同时，人工监测还存在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。我国安全生产市场急需尾矿库溃坝灾害的实时、连续监测的技术和产品。尾矿库自动化安全监测系统的实施，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，保障库区下游企业正常运转及库区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，保护生态环境。水利工程和高边坡工程的监测技术发展较快。从20世纪50年代开始，在我国大坝、高边坡变形监测领域开始研究和使用人工变形监测系统，其中应用经纬仪、4水准仪等监测仪器监测坝体变形的监测方法有视准线法、引张线法、前方交会法、坝面水准测量法以及连通管法等。20世纪70年代末，以传感器为基础的大坝自动化变形监测系统开始应用于葛洲坝水利枢纽、新丰江水利工程等坝体位移的监测中。20世纪90年代开始了大坝及高边坡的GPS自动化变形监测系统的研究，GPS技术已经应用于三峡工程、黄河小浪底水利枢纽工程、浙江天荒坪抽水蓄能电站、湖北清江隔河岩水利工程、龙羊峡水库近岸等大坝或高边坡的变形监测。目前，多传感器数据融合的大坝变形自动监测技术、监测系统的自动化、网络化和信息化技术是大坝和高边坡工程监测领域的研究发展趋势。当前尾矿库较为落后的安全监测技术和监测手段，不能满足包括企业自身在内的全社会对于提高尾矿库管理水平和安全状况的迫切需要。目前，我国尾矿库的监测技术还处于起步阶段。尾矿库的管涌流土、地震液化等坝体内部致灾因素引起坝坡失稳的预警技术基本属于空白，其监测、预警技术的研究成果较少。特别指出的是，我国尾矿库数量多、分布广，因此尾矿库自动化安全监测系统的设施实施是面向我国尾矿库安全的重大需求，具有良好的应用前景。二、方案设计（一）监测指标选择尾矿库内存有大量尾矿浆沉淀水，水位相对比较稳定；同时，从尾矿坝坝顶排放尾矿时，矿浆向库内流淌的过程中，矿浆水不断向下渗透；此外，汛期大量降雨。这些因素在尾矿坝体内形成一个庞大渗流场。再者，尾矿沉积体属非均值体，排矿部位又需要经常调换；坝体又在不断增高；况且在尾矿库整个服务期间内，矿源及选矿流程有可能改变，尾矿性能自然也会变化。这就是尾矿坝渗流场异常复杂的原因。浸润线即渗流流网的自由水面线，是尾矿坝安全的生命线，浸润线的高度直接关系到坝体稳定及安全性状，因此，对于浸润线位置的监测是尾矿库安全监测的重要内容之一。如图1所示，图中孔隙水压力为0的线即为尾矿坝的浸润线。5图1某尾矿坝孔隙水压力分布图（单位:kPa）尾矿库内存有大量尾矿浆沉淀水，库水位监测的目的是根据其水位的高低可判断该库防洪能力是否满足安全要求。具体地说：一个完善的设计在设计文本中会给出防洪所需的调洪水深，并要求在设计洪水位（即最高洪水位）时，要同时满足设计规定的最小安全超高和最小安全干滩长度的要求。因此，对于库水位位置的把握可以直接防止尾矿库在汛期避免洪水漫顶溃坝事故的发生，有利于安全监管部门和企业在汛期来临之前，直观地了解和掌握库水位是否达到了设计要求的汛前限制水位。由此可见，库水位的连续动态监测也是尾矿库安全监测的重要内容之一。图2给出了安全滩长监测法的示意图。图2安全滩长检测法如图2所示，设现状库水位为Hs，先在沉积滩上用皮尺量出[Lg]，并插上标杆a，用仪器测出a点地面标高Ha，当Ht=Ha–Hs≥[Ht]时，即认为安全滩长满足设计要求。否则，不满足。同理，也有安全超高检测法。尾矿库发生溃坝灾害，坝体位移是灾害演化过程的直观反应指标，因此对于坝体下游坡变形的掌握，可以及时发现尾矿坝变形率和发展速度，有利于安全监管部门和企业进行科学的应急决策，并及时采取应急对策措施，从而避免灾害的发生或者减少灾害发生造成的危害。图3给出了尾矿库尾矿坝的典型变形矢量图，从图中可知坝体下游坡发生向下和偏向下游的变形。6图3尾矿坝典型变形矢量图在定量评价尾矿库的防洪能力时，需要测定滩顶标高和设计最高洪水位下允许达到的干滩标高，当前的检测方法较难准确并快速测定这两个指标，问题在于水边线的界线很不明显，该处又无法进人，通常只能目测。据此推算出来的总干滩长度和调洪干滩长度自然也是极不可信的。因此，在尾矿库安全自动化监测系统中，应增加快速并简捷的标高测定方法。因此，滩顶标高和设计最高洪水位下允许达到的干滩标高，是尾矿库安全监测需要测定的指标。此外，在尾矿库安全监测系统中，为了实时掌握尾矿库库区的情况和运行状况，通常在溢水塔、滩顶放矿处、坝体下游坡等重要部位设置视频监测设置，以满足准确清晰把握尾矿库运行状况的需要。综上所述，金属非金属矿山尾矿库安全监测系统监测指标包括：浸润线；库水位；滩面标高；坝体位移；视频图像。（二）监测系统设计1．浸润线监测一般选择尾矿库坝上最大断面或者一旦发生事故将对下游造成重大