【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 壩。最終總庫(kù)容為1350萬(wàn)m3。2008年1月子壩壩頂標(biāo)高為201m，沉積灘頂標(biāo)高約為198m。，總庫(kù)容不到1000萬(wàn)m3，暫屬四等尾礦庫(kù)。，就升為三等尾礦庫(kù)。該尾礦庫(kù)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)方案為：庫(kù)水位監(jiān)測(cè)1）監(jiān)測(cè)部位：尾礦庫(kù)溢水塔上。2）監(jiān)測(cè)儀器：電子水位傳感器（無(wú)線傳輸）。3）儀器數(shù)量：1個(gè)。灘頂和灘面標(biāo)高監(jiān)測(cè)1）監(jiān)測(cè)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(shè)一個(gè)灘面標(biāo)高兩個(gè)點(diǎn)均為監(jiān)測(cè)點(diǎn)。2）監(jiān)測(cè)儀器：小旗和移動(dòng)GPS，定期檢查小旗標(biāo)高，并輸入軟件。3）儀器數(shù)量：移動(dòng)GPS一臺(tái)，小旗12桿。浸潤(rùn)線監(jiān)測(cè)1）監(jiān)測(cè)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(shè)兩個(gè)浸潤(rùn)線觀測(cè)點(diǎn)（），每個(gè)點(diǎn)埋設(shè)1個(gè)傳感器。第一期子壩頂兩個(gè)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(gè)傳感器的埋深分別為8m和13m；第五期子壩頂兩個(gè)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(shè)1個(gè)浸潤(rùn)線觀測(cè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)埋設(shè)1個(gè)傳感器。第三期子壩頂兩個(gè)傳感器的埋深分別為13m；第五期子壩頂兩個(gè)傳感 器的埋深分別為15m。2）監(jiān)測(cè)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(gè)），光纖滲壓傳感器（6個(gè)）。位移GPS監(jiān)測(cè)1）監(jiān)測(cè)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(shè)4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位置分別設(shè)在壩腳、第一、三、五期子壩頂上。2）監(jiān)測(cè)儀器：GPS 3）儀器數(shù)量：一個(gè)基站、八個(gè)測(cè)點(diǎn)。壩內(nèi)位移監(jiān)測(cè)1）監(jiān)測(cè)部位：ZK5ZK1ZK2ZK32以東3～5m，每個(gè)斷面3個(gè)位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)。2）監(jiān)測(cè)儀器：測(cè)斜儀＋測(cè)斜管。3）儀器數(shù)量：SINCO測(cè)斜儀一臺(tái)，測(cè)斜管若干長(zhǎng)度?？梢暬O(jiān)測(cè)在溢水塔、灘頂放礦處、壩體下游坡等重要部位設(shè)置視頻監(jiān)測(cè)設(shè)置，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)攝像頭實(shí)時(shí)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(kù)生產(chǎn)放礦及筑壩運(yùn)行等情況。圖4 某尾礦庫(kù)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖5 某尾礦庫(kù)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝圖三、運(yùn)營(yíng)/管理（一）設(shè)備安裝在尾礦庫(kù)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝時(shí)，應(yīng)注意以下問(wèn)題：1．安裝的儀器設(shè)備的安全問(wèn)題。尾礦庫(kù)一般處在高山峽谷等人員稀少的場(chǎng)地，且尾礦庫(kù)占地面積較大，因此，儀器設(shè)備的防盜問(wèn)題是面臨的安全問(wèn)題之一。因此，傳感器、攝像頭及GPS等設(shè)備應(yīng)安裝穩(wěn)固，均應(yīng)在安全過(guò)程中考慮防盜問(wèn)題，GPS接收機(jī)應(yīng)放置在水泥墩內(nèi)，避免因?yàn)樵O(shè)備主機(jī)被盜，導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法正常工作。2．購(gòu)買的GPS等設(shè)備應(yīng)該有避雷裝置。GPS設(shè)備靠接收星歷信號(hào)來(lái)準(zhǔn)確測(cè)定壩體變形狀況，GPS天線應(yīng)盡量選擇軛流圈天線，盡可能保證雷雨天氣的設(shè)備安全。3．安裝位置應(yīng)考慮尾礦壩填筑過(guò)程高程變化。尾礦庫(kù)的運(yùn)行期為尾礦壩不斷升高、儲(chǔ)存尾砂庫(kù)容不斷增大的過(guò)程，與水利工程不同，其壩頂高程隨著生產(chǎn)運(yùn)行期的發(fā)展不斷變化。此外，對(duì)于上游式尾礦壩來(lái)說(shuō)，其壩軸線還要不斷向庫(kù)內(nèi)前移（如圖6所示）。因此，GPS、孔壓傳感器等設(shè)備的埋設(shè)位置應(yīng)能夠滿足尾礦庫(kù)整個(gè)運(yùn)行期安全監(jiān)測(cè)和安全管理的需要，應(yīng)針對(duì)整個(gè)運(yùn)行期綜合考慮。圖6 上游式尾礦壩筑壩方式圖4．應(yīng)注意浸潤(rùn)線監(jiān)測(cè)儀器埋設(shè)位置。尾礦壩總在不斷加高，尾礦壩浸潤(rùn)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(dòng)?，F(xiàn)有的觀測(cè)設(shè)施只能測(cè)出進(jìn)水孔處的水頭或孔隙壓力。從流網(wǎng)圖可知：只有當(dāng)某個(gè)深度的水頭與該深度的高程相等時(shí)，或者說(shuō)當(dāng)某個(gè)深度的孔隙壓力接近于零時(shí)，該深度才是浸潤(rùn)線的位置。監(jiān)測(cè)儀器埋深了，測(cè)得的浸潤(rùn)線比實(shí)際浸潤(rùn)線低；儀器埋淺了，測(cè)不到浸潤(rùn)線。浸潤(rùn)線的位置應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)資料綜合考慮。（二）運(yùn)營(yíng)管理基于金屬非金屬礦山尾礦庫(kù)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在尾礦庫(kù)的運(yùn)行過(guò)程中，除了應(yīng)及時(shí)掌握各種監(jiān)測(cè)技術(shù)指標(biāo)的最新數(shù)據(jù)外，還要有尾礦庫(kù)安全與否的預(yù)警技術(shù)和響應(yīng)方法。本系統(tǒng)認(rèn)為，應(yīng)結(jié)合尾礦庫(kù)定量安全評(píng)價(jià)方法，通過(guò)對(duì)尾礦庫(kù)運(yùn)行期的安全評(píng)價(jià)和監(jiān)測(cè)指標(biāo)數(shù)據(jù)安全度分析后，可以建立尾礦庫(kù)運(yùn)營(yíng)管理的預(yù)警技術(shù)和響應(yīng)方法。1．浸潤(rùn)線指標(biāo)的預(yù)警方法通過(guò)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(xué)特性指標(biāo)，通過(guò)滲流驗(yàn)算及分析，掌握汛期設(shè)計(jì)資料允許的最高浸潤(rùn)線高程。該指標(biāo)即時(shí)浸潤(rùn)線監(jiān)測(cè)指標(biāo)的預(yù)警及響應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。其中，滲流驗(yàn)算的計(jì)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(chǔ)水量矩陣；{Q}為流量向量；t為時(shí)間。對(duì)于等別不高的尾礦庫(kù)，還可以依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《構(gòu)筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中有關(guān)尾礦壩浸潤(rùn)線高度的預(yù)警指標(biāo)進(jìn)行預(yù)警。2．防洪能力的預(yù)警方法防洪能力的預(yù)警是避免汛期發(fā)生尾礦庫(kù)漫頂潰壩事故的最有效方法。通過(guò)調(diào)洪驗(yàn)算得到當(dāng)前庫(kù)水位下，設(shè)計(jì)最高洪水位下尾礦庫(kù)需要的調(diào)洪水深，即可以掌握當(dāng)前干灘長(zhǎng)度是否滿足調(diào)洪水深的要求。3．壩體位移的預(yù)警方法通過(guò)尾礦壩當(dāng)前運(yùn)行現(xiàn)狀的有限元強(qiáng)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(dòng)情況時(shí)，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(cè)趨勢(shì)及變形率的定性判斷，可以準(zhǔn)確把握尾礦庫(kù)因受力情況發(fā)生位移趨勢(shì)及變化速率，從而及時(shí)預(yù)警并采取響應(yīng)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(yán)重危害。其中，強(qiáng)度折減法計(jì)算壩體位移量的計(jì)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(diǎn)為某一單元的一個(gè)高斯點(diǎn)，以下關(guān)于點(diǎn)的應(yīng)力分析均以A點(diǎn)為例。設(shè)尾礦的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)為c和?，則土的抗剪強(qiáng)度為：假設(shè)尾礦的抗剪強(qiáng)度以某一折減系數(shù)F按下式進(jìn)行折減：當(dāng)折減系數(shù)較小時(shí)，尾礦的抗剪強(qiáng)度較高，整個(gè)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(qiáng)度逐漸降低，壩坡中處于彈性的范圍會(huì)相應(yīng)減少。如對(duì)于A點(diǎn)，當(dāng)折減系數(shù)增加到某一較大的值時(shí)，會(huì)不再處于彈性狀態(tài)，其摩爾－庫(kù)侖強(qiáng)度包線會(huì)下移至與應(yīng)力摩爾圓相交。當(dāng)折減系數(shù)繼續(xù)增加，尾礦的抗剪強(qiáng)度進(jìn)一步減小，壩坡的塑性區(qū)會(huì)進(jìn)一步增大；當(dāng)折減系數(shù)增加到某一數(shù)值時(shí)，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(shí)認(rèn)為壩坡發(fā)生破壞，強(qiáng)度折減系數(shù)即認(rèn)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(yīng)變?cè)隽康戎稻€的疏密來(lái)確定，也可根據(jù)破壞區(qū)域的范圍來(lái)判斷。基于剛體極限平衡理論的壩坡穩(wěn)定分析方法已相當(dāng)成熟且廣泛應(yīng)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(fù)雜的邊坡時(shí)常遇到困難?；趶?qiáng)度折減的有限元法，能夠處理復(fù)雜荷載和邊界條件，算法先進(jìn)，可以更為準(zhǔn)確地分析尾礦壩的壩坡穩(wěn)定性，為尾礦庫(kù)安全監(jiān)測(cè)位移指標(biāo)的預(yù)警提供依據(jù)。4．注重與日常巡檢工作結(jié)合尾礦庫(kù)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)施，可以使管理者在主控制室內(nèi)能夠及時(shí)把握尾礦庫(kù)的最新動(dòng)態(tài)和監(jiān)測(cè)指標(biāo)信息，但是，尾礦庫(kù)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不能完全代替尾礦庫(kù)日常巡檢工作，應(yīng)與日常巡檢結(jié)合，通過(guò)監(jiān)測(cè)指標(biāo)和日常巡檢結(jié)合的比對(duì)，能夠更為科學(xué)的掌握尾礦庫(kù)的安全狀況和運(yùn)行特點(diǎn)。四、產(chǎn)品映射1．孔壓傳感器的技術(shù)要求1）準(zhǔn)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(lì)電路封裝在水密殼體內(nèi)。2）測(cè)量范圍：、、MPa（對(duì)應(yīng)于101000m水深）。3）準(zhǔn)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(cè)量，也可用作剖面系統(tǒng)的深度傳感器。2．GPS設(shè)備的技術(shù)要求1）GPS接收機(jī)及其配套設(shè)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(hù)設(shè)施的全部設(shè)備。2）精度要求，水平：3mm+ ,垂直：5mm+；上述精度指標(biāo)要求有國(guó)家光電檢測(cè)中心等權(quán)威機(jī)構(gòu)的檢測(cè)結(jié)果，并具有權(quán)威機(jī)構(gòu)頒發(fā)的證書。3）解算軟件上有各個(gè)GPS接收機(jī)的獨(dú)立監(jiān)控模塊，通過(guò)解算軟件，可以在計(jì)算機(jī)中實(shí)時(shí)顯示具有上述精度的各個(gè)GPS接收機(jī)的坐標(biāo)和位移量，并能夠?qū)崟r(shí)記錄在文本文件中。4）GPS接收機(jī)天線為軛流圈天線。5）具有避雷設(shè)施及其它安全保護(hù)措施。五、標(biāo)準(zhǔn)支持在尾礦庫(kù)安全領(lǐng)域，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)主要參照《尾礦庫(kù)安全技術(shù)規(guī)程》（AQ20062005）。該標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)尾礦庫(kù)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的規(guī)定包括以下內(nèi)容：1．4級(jí)以上尾礦壩應(yīng)設(shè)置壩體位移和壩體浸潤(rùn)線觀測(cè)設(shè)施。必要時(shí)還宜設(shè)置孔隙水壓力、滲透水量及其渾濁度的觀測(cè)設(shè)施。2．做好日常巡檢和定期觀測(cè)，并進(jìn)行及時(shí)、全面的記錄。發(fā)現(xiàn)安全隱患時(shí)，應(yīng)及時(shí)處理并向企業(yè)主管領(lǐng)導(dǎo)報(bào)告。3．尾礦庫(kù)運(yùn)行期間應(yīng)加強(qiáng)浸潤(rùn)線觀測(cè)，注意壩體浸潤(rùn)線埋深及其出逸點(diǎn)的變化情況和分布狀態(tài)，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求控制。4．尾礦庫(kù)灘頂高程的檢測(cè)，應(yīng)沿壩（攤）頂方向布置測(cè)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)測(cè)，其測(cè)量誤差應(yīng)小于20mm。當(dāng)灘頂一端高一端低時(shí)，應(yīng)在低標(biāo)高段選較低處檢測(cè)1～3個(gè)點(diǎn)；當(dāng)灘頂高低相同時(shí)，應(yīng)選較低處不少于3個(gè)點(diǎn)；其他情況，每100m壩長(zhǎng)選 較低處檢測(cè)1～2點(diǎn)，但總數(shù)不少于3個(gè)點(diǎn)。5．根據(jù)尾礦庫(kù)防洪能力和尾礦壩壩體穩(wěn)定性確定，分為危庫(kù)、險(xiǎn)庫(kù)、病庫(kù)、正常庫(kù)四個(gè)等級(jí)。除正常庫(kù)外，前三類從文字上看，只是程度有所不同。尾礦庫(kù)安全度定義緊緊依靠尾礦庫(kù)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中設(shè)定的監(jiān)測(cè)指標(biāo)來(lái)評(píng)判。例如，危庫(kù)是指安全沒(méi)有保障，隨時(shí)可能發(fā)生垮壩事故的尾礦庫(kù)，危庫(kù)必須停止生產(chǎn)并采取應(yīng)急措施，危庫(kù)定義見(jiàn)圖8。圖8 尾礦庫(kù)安全度中危庫(kù)的定義 尾礦庫(kù)安全度中同時(shí)滿足圖9四個(gè)工況的尾礦庫(kù)為正常庫(kù)。圖9 尾礦庫(kù)安全度中正常庫(kù)的定義綜上所述，尾礦庫(kù)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠緊扣我國(guó)現(xiàn)行尾礦庫(kù)安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，具有較大的實(shí)用意義和價(jià)值。六、標(biāo)準(zhǔn)化程度尾礦庫(kù)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的浸潤(rùn)線、庫(kù)水位、灘面標(biāo)高、壩體位移、視頻圖像，均能夠?yàn)槲驳V庫(kù)日常安全管理及尾礦庫(kù)安全運(yùn)行服務(wù)。我國(guó)尾礦庫(kù)中85%以上為上游式尾礦壩筑壩，該系統(tǒng)對(duì)于上游式筑壩的尾礦庫(kù)具有良好的應(yīng)用前景，今后監(jiān)測(cè)系統(tǒng)若能與不同等別尾礦庫(kù)相結(jié)合，上升到安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，可以全面提高我國(guó)尾礦庫(kù)安全管理水平，減少我國(guó)尾礦庫(kù)事故發(fā)生的數(shù)量，保障尾礦庫(kù)庫(kù)區(qū)人民生命財(cái)產(chǎn)、環(huán)境安全及社會(huì)穩(wěn)定，為構(gòu)建和諧社會(huì)服務(wù)。七、效果分析當(dāng)前，我國(guó)安全生產(chǎn)形勢(shì)依然嚴(yán)峻，工礦商貿(mào)領(lǐng)域安全生產(chǎn)重特大事故時(shí)有發(fā)生，特別是近年來(lái)尾礦庫(kù)事故多發(fā)，已引起全社會(huì)的高度重視。在《國(guó)務(wù)院關(guān) 于實(shí)施國(guó)家突發(fā)公共事件總體應(yīng)急預(yù)案的決定》（國(guó)發(fā)〔2005〕11號(hào)）中明確要求 “科技部、教育部、中科院、社科院、工程院、中國(guó)科協(xié)等有關(guān)部門和科研教學(xué)單位，要積極開(kāi)展公共安全領(lǐng)域的科學(xué)研究；加大公共