【文章內(nèi)容簡介】 壩。最終總庫容為1350萬m3。2008年1月子壩壩頂標高為201m，沉積灘頂標高約為198m。，總庫容不到1000萬m3，暫屬四等尾礦庫。，就升為三等尾礦庫。該尾礦庫安全監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測設計方案為：庫水位監(jiān)測1）監(jiān)測部位：尾礦庫溢水塔上。2）監(jiān)測儀器：電子水位傳感器（無線傳輸）。3）儀器數(shù)量：1個。灘頂和灘面標高監(jiān)測1）監(jiān)測部位：在東壩和西壩的沉積灘面上各選三條垂直于子壩的直線，直線間距為100 m。在每條線的灘頂和距灘頂70 m處各設一個灘面標高兩個點均為監(jiān)測點。2）監(jiān)測儀器：小旗和移動GPS，定期檢查小旗標高，并輸入軟件。3）儀器數(shù)量：移動GPS一臺，小旗12桿。浸潤線監(jiān)測1）監(jiān)測部位：選擇了（位于鉆孔ZK13以東3～5m處）、Q2（位于鉆孔ZK01以東3～5m處）、Q3（位于鉆孔ZK23以東3～5m處）、Q4（位于鉆孔ZK31以東3～5m處）。在QQ3剖面的第一、三、五期子壩頂各布設兩個浸潤線觀測點（），每個點埋設1個傳感器。第一期子壩頂兩個傳感器的埋深分別為6m和10m（自孔口地面算起）；第三期子壩頂兩個傳感器的埋深分別為8m和13m；第五期子壩頂兩個傳感器的埋深分別為8m和15m。在QQ4剖面的第三、五期子壩頂各布設1個浸潤線觀測點，每個點埋設1個傳感器。第三期子壩頂兩個傳感器的埋深分別為13m；第五期子壩頂兩個傳感 器的埋深分別為15m。2）監(jiān)測儀器：振弦式孔壓傳感器、光纖滲壓傳感器。3）儀器數(shù)量：振弦式孔壓傳感器（10個），光纖滲壓傳感器（6個）。位移GPS監(jiān)測1）監(jiān)測部位：在東壩最大壩高剖面G1和西壩最大壩高剖面G2的壩坡上各布設4個監(jiān)測點。4個監(jiān)測點的位置分別設在壩腳、第一、三、五期子壩頂上。2）監(jiān)測儀器：GPS 3）儀器數(shù)量：一個基站、八個測點。壩內(nèi)位移監(jiān)測1）監(jiān)測部位：ZK5ZK1ZK2ZK32以東3～5m，每個斷面3個位移監(jiān)測點。2）監(jiān)測儀器：測斜儀＋測斜管。3）儀器數(shù)量：SINCO測斜儀一臺，測斜管若干長度?？梢暬O(jiān)測在溢水塔、灘頂放礦處、壩體下游坡等重要部位設置視頻監(jiān)測設置，通過現(xiàn)場攝像頭實時拍攝并快速傳輸至控制室的顯示屏幕上，能夠直觀地顯現(xiàn)尾礦庫生產(chǎn)放礦及筑壩運行等情況。圖4 某尾礦庫安全監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖5 某尾礦庫安全監(jiān)測系統(tǒng)安裝圖三、運營/管理（一）設備安裝在尾礦庫安全監(jiān)測系統(tǒng)安裝時，應注意以下問題：1．安裝的儀器設備的安全問題。尾礦庫一般處在高山峽谷等人員稀少的場地，且尾礦庫占地面積較大，因此，儀器設備的防盜問題是面臨的安全問題之一。因此，傳感器、攝像頭及GPS等設備應安裝穩(wěn)固，均應在安全過程中考慮防盜問題，GPS接收機應放置在水泥墩內(nèi)，避免因為設備主機被盜，導致系統(tǒng)無法正常工作。2．購買的GPS等設備應該有避雷裝置。GPS設備靠接收星歷信號來準確測定壩體變形狀況，GPS天線應盡量選擇軛流圈天線，盡可能保證雷雨天氣的設備安全。3．安裝位置應考慮尾礦壩填筑過程高程變化。尾礦庫的運行期為尾礦壩不斷升高、儲存尾砂庫容不斷增大的過程，與水利工程不同，其壩頂高程隨著生產(chǎn)運行期的發(fā)展不斷變化。此外，對于上游式尾礦壩來說，其壩軸線還要不斷向庫內(nèi)前移（如圖6所示）。因此，GPS、孔壓傳感器等設備的埋設位置應能夠滿足尾礦庫整個運行期安全監(jiān)測和安全管理的需要，應針對整個運行期綜合考慮。圖6 上游式尾礦壩筑壩方式圖4．應注意浸潤線監(jiān)測儀器埋設位置。尾礦壩總在不斷加高，尾礦壩浸潤線還受降雨和放礦水的影響，其深度在一定范圍內(nèi)經(jīng)常變動?，F(xiàn)有的觀測設施只能測出進水孔處的水頭或孔隙壓力。從流網(wǎng)圖可知：只有當某個深度的水頭與該深度的高程相等時，或者說當某個深度的孔隙壓力接近于零時，該深度才是浸潤線的位置。監(jiān)測儀器埋深了，測得的浸潤線比實際浸潤線低；儀器埋淺了，測不到浸潤線。浸潤線的位置應根據(jù)設計資料綜合考慮。（二）運營管理基于金屬非金屬礦山尾礦庫安全監(jiān)測系統(tǒng)，在尾礦庫的運行過程中，除了應及時掌握各種監(jiān)測技術指標的最新數(shù)據(jù)外，還要有尾礦庫安全與否的預警技術和響應方法。本系統(tǒng)認為，應結(jié)合尾礦庫定量安全評價方法，通過對尾礦庫運行期的安全評價和監(jiān)測指標數(shù)據(jù)安全度分析后，可以建立尾礦庫運營管理的預警技術和響應方法。1．浸潤線指標的預警方法通過尾礦壩現(xiàn)狀的勘察和資料分析，掌握特定尾礦壩的沉積規(guī)律、材料分區(qū)及概化方法、堆壩材料的物理力學特性指標，通過滲流驗算及分析，掌握汛期設計資料允許的最高浸潤線高程。該指標即時浸潤線監(jiān)測指標的預警及響應標準。其中，滲流驗算的計算方法如下所示： 滲流分析的基本方程為：式中，[K]為透水系數(shù)矩陣；{H}為總水頭向量；[M]為單元儲水量矩陣；{Q}為流量向量；t為時間。對于等別不高的尾礦庫，還可以依據(jù)國家標準《構(gòu)筑物抗震設計規(guī)范》中有關尾礦壩浸潤線高度的預警指標進行預警。2．防洪能力的預警方法防洪能力的預警是避免汛期發(fā)生尾礦庫漫頂潰壩事故的最有效方法。通過調(diào)洪驗算得到當前庫水位下，設計最高洪水位下尾礦庫需要的調(diào)洪水深，即可以掌握當前干灘長度是否滿足調(diào)洪水深的要求。3．壩體位移的預警方法通過尾礦壩當前運行現(xiàn)狀的有限元強度折減法壩坡穩(wěn)定性分析，可以近似得到發(fā)生極限滑動情況時，壩體一定深度及表面的變形情況，并結(jié)合尾礦壩位移監(jiān)測趨勢及變形率的定性判斷，可以準確把握尾礦庫因受力情況發(fā)生位移趨勢及變化速率，從而及時預警并采取響應措施，疏散下游群眾，并采取積極措施加固壩坡，避免因壩坡失穩(wěn)發(fā)生潰壩的嚴重危害。其中，強度折減法計算壩體位移量的計算方法如下所示：圖7 壩坡有限元網(wǎng)格示意圖圖7為一壩坡的有限元網(wǎng)格示意圖，假定A點為某一單元的一個高斯點，以下關于點的應力分析均以A點為例。設尾礦的抗剪強度指標為c和?，則土的抗剪強度為：假設尾礦的抗剪強度以某一折減系數(shù)F按下式進行折減：當折減系數(shù)較小時，尾礦的抗剪強度較高，整個壩坡基本處于彈性狀態(tài)。然后逐漸增加折減系數(shù)，則尾礦的抗剪強度逐漸降低，壩坡中處于彈性的范圍會相應減少。如對于A點，當折減系數(shù)增加到某一較大的值時，會不再處于彈性狀態(tài)，其摩爾－庫侖強度包線會下移至與應力摩爾圓相交。當折減系數(shù)繼續(xù)增加，尾礦的抗剪強度進一步減小，壩坡的塑性區(qū)會進一步增大；當折減系數(shù)增加到某一數(shù)值時，塑性區(qū)形成連通的區(qū)域，尾礦沿該剪切面發(fā)生不收斂的塑性剪切變形。此時認為壩坡發(fā)生破壞，強度折減系數(shù)即認為是壩坡的整體安全系數(shù)；滑裂面的位置可根據(jù)位移增量等值線或最大剪應變增量等值線的疏密來確定，也可根據(jù)破壞區(qū)域的范圍來判斷?；趧傮w極限平衡理論的壩坡穩(wěn)定分析方法已相當成熟且廣泛應用于尾礦壩在內(nèi)的邊坡穩(wěn)定分析中。然而，該法在處理荷載條件和邊界條件復雜的邊坡時常遇到困難?；趶姸日蹨p的有限元法，能夠處理復雜荷載和邊界條件，算法先進，可以更為準確地分析尾礦壩的壩坡穩(wěn)定性，為尾礦庫安全監(jiān)測位移指標的預警提供依據(jù)。4．注重與日常巡檢工作結(jié)合尾礦庫安全監(jiān)測系統(tǒng)的實施，可以使管理者在主控制室內(nèi)能夠及時把握尾礦庫的最新動態(tài)和監(jiān)測指標信息，但是，尾礦庫安全監(jiān)測系統(tǒng)不能完全代替尾礦庫日常巡檢工作，應與日常巡檢結(jié)合，通過監(jiān)測指標和日常巡檢結(jié)合的比對，能夠更為科學的掌握尾礦庫的安全狀況和運行特點。四、產(chǎn)品映射1．孔壓傳感器的技術要求1）準確度高，靈敏度高，穩(wěn)定性好，體積小，重量輕，直接頻率輸出，激勵電路封裝在水密殼體內(nèi)。2）測量范圍：、、MPa（對應于101000m水深）。3）準確度：177。%FS。4）可直接用于江河、湖泊、海水的深度和液體壓力的測量，也可用作剖面系統(tǒng)的深度傳感器。2．GPS設備的技術要求1）GPS接收機及其配套設備，要求包括從數(shù)據(jù)采集、集中傳輸、解算處理、顯示和記錄及避雷和防盜等安全保護設施的全部設備。2）精度要求，水平：3mm+ ,垂直：5mm+；上述精度指標要求有國家光電檢測中心等權威機構(gòu)的檢測結(jié)果，并具有權威機構(gòu)頒發(fā)的證書。3）解算軟件上有各個GPS接收機的獨立監(jiān)控模塊，通過解算軟件，可以在計算機中實時顯示具有上述精度的各個GPS接收機的坐標和位移量，并能夠?qū)崟r記錄在文本文件中。4）GPS接收機天線為軛流圈天線。5）具有避雷設施及其它安全保護措施。五、標準支持在尾礦庫安全領域，技術標準主要參照《尾礦庫安全技術規(guī)程》（AQ20062005）。該標準有關尾礦庫安全監(jiān)測系統(tǒng)的規(guī)定包括以下內(nèi)容：1．4級以上尾礦壩應設置壩體位移和壩體浸潤線觀測設施。必要時還宜設置孔隙水壓力、滲透水量及其渾濁度的觀測設施。2．做好日常巡檢和定期觀測，并進行及時、全面的記錄。發(fā)現(xiàn)安全隱患時，應及時處理并向企業(yè)主管領導報告。3．尾礦庫運行期間應加強浸潤線觀測，注意壩體浸潤線埋深及其出逸點的變化情況和分布狀態(tài)，嚴格按設計要求控制。4．尾礦庫灘頂高程的檢測，應沿壩（攤）頂方向布置測點進行實測，其測量誤差應小于20mm。當灘頂一端高一端低時，應在低標高段選較低處檢測1～3個點；當灘頂高低相同時，應選較低處不少于3個點；其他情況，每100m壩長選 較低處檢測1～2點，但總數(shù)不少于3個點。5．根據(jù)尾礦庫防洪能力和尾礦壩壩體穩(wěn)定性確定，分為危庫、險庫、病庫、正常庫四個等級。除正常庫外，前三類從文字上看，只是程度有所不同。尾礦庫安全度定義緊緊依靠尾礦庫安全監(jiān)測系統(tǒng)中設定的監(jiān)測指標來評判。例如，危庫是指安全沒有保障，隨時可能發(fā)生垮壩事故的尾礦庫，危庫必須停止生產(chǎn)并采取應急措施，危庫定義見圖8。圖8 尾礦庫安全度中危庫的定義 尾礦庫安全度中同時滿足圖9四個工況的尾礦庫為正常庫。圖9 尾礦庫安全度中正常庫的定義綜上所述，尾礦庫安全監(jiān)測系統(tǒng)能夠緊扣我國現(xiàn)行尾礦庫安全技術標準，具有較大的實用意義和價值。六、標準化程度尾礦庫安全監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測的浸潤線、庫水位、灘面標高、壩體位移、視頻圖像，均能夠為尾礦庫日常安全管理及尾礦庫安全運行服務。我國尾礦庫中85%以上為上游式尾礦壩筑壩，該系統(tǒng)對于上游式筑壩的尾礦庫具有良好的應用前景，今后監(jiān)測系統(tǒng)若能與不同等別尾礦庫相結(jié)合，上升到安全技術標準，可以全面提高我國尾礦庫安全管理水平，減少我國尾礦庫事故發(fā)生的數(shù)量，保障尾礦庫庫區(qū)人民生命財產(chǎn)、環(huán)境安全及社會穩(wěn)定，為構(gòu)建和諧社會服務。七、效果分析當前，我國安全生產(chǎn)形勢依然嚴峻，工礦商貿(mào)領域安全生產(chǎn)重特大事故時有發(fā)生，特別是近年來尾礦庫事故多發(fā)，已引起全社會的高度重視。在《國務院關 于實施國家突發(fā)公共事件總體應急預案的決定》（國發(fā)〔2005〕11號）中明確要求 “科技部、教育部、中科院、社科院、工程院、中國科協(xié)等有關部門和科研教學單位，要積極開展公共安全領域的科學研究；加大公共