湘南某铅锌矿尾矿库安全在线监测及预警系统构建研究

熊立新　宋佳威　王思佳

摘要：湘江流域有色金属尾矿库是区域内重大生态安全危险源，出现安全事故对区域生态危害严重。针对湘南某铅锌矿尾矿库，采用布设高精度传感器及分布式管理信息系统开发等手段实现尾矿库的监测指标数据实时收集、在线监测;基于准确获取的形变位移、库水位、浸润线埋深等关键指标， 对尾矿库安全风险状况实行多级预警预报。系统实际运行表明：该集成管理系统可为区域安全管理提供决策依据。

Abstract： The non-ferrous metal tailings reservoir in the Xiangjiang River Basin is a major hazard sources of ecological security in the region， safety accidents will cause serious ecological hazards in the region. High-precision sensors and distributed management information system development are adopted to realize real-time collection and on-line monitoring of key index data of tailings reservoir of a Lead-Zinc Mine in Southern Hunan， and multi-level early warning and prediction of safety risk status of tailings reservoir is carried out based on key indexes such as deformation displacement， reservoir water level and saturation line buried depth accurately obtained. Its performance shows  that the integrated management system can provide decision support for regional safety management.

關键词：湘江流域;金属矿尾矿库;生态安全

Key words： Xiangjiang River Basin;the non-ferrous metal tailings reservoir;ecological security

中图分类号：TD76                                        文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）33-0189-02

0  引言

湘江流域生态安全是区域经济社会可持续发展的保障，为国家安全的重要组成部分，引起社会的广泛关注[1，2]。湖南是有色金属之乡，湘江流域分布大量的有色金属矿山及相关企业，这些矿山企业在生产过程中建设了数量巨大的尾矿库，其对整个湘江流域的生态安全构成重大威胁[3，4，5]。因此，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，确保区域生态安全都具有重要意义[6-9]。

采用信息化、实时化、网络化的尾矿库在线监测系统可以及时、直观的掌握坝体的形变、库水位、浸润线等数据，并进行安全评价、预警预报，为尾矿坝的安全监测与管理决策提供有力支持[10-13]。

1  工程简介

该铅锌矿尾矿库主坝的初期坝为粘土心墙土坝，坝底标高18.0m，坝顶标高40.0m，坝高22m。尾矿堆积坝外坡为1：5，原设计最终堆积标高为50.0m，对应的总坝高为32m，总库容为550万m3，目前尾矿堆积坝主坝的标高约为43.0m，坝高约25m。

2  监测内容

该尾矿库地质条件较好，无滑坡等地质灾害风险，在线监测项目主要包括坝体表面竖向位移监测、坝体浸润线测量，库水位测量和雨量监测，不涵盖库区地质滑坡体监测。

3  在线监测系统设置方案

3.1 表面竖向位移监测

尾矿库坝体采用压差变形传感器监测。压差式变形测量传感器主要用于结构物沉降的长期自动化监测，采用精密数字化温度补偿和非线性修正技术，一体化的结构设 计和标准化的信号输出，具有体积小、精度高、重量轻、量程覆盖范围宽等特点。根据现场情况，在尾矿库上的马道上布设 7个竖向位移监测点，包括 2个基点，5个测点，见图1。布置好后可以进行实时地表沉降监控，每 30min 采集一次，也可根据实际需要修改采集频率。

3.2 浸润线监测

坝体浸润线监测采用高精度的渗压计进行监测，根据库区实际情况，浸润线监测横断面共设2个，选用人工监测孔布设传感器，一共布设 3个渗压计，见图1。布置好后可以进行实时地表沉降监控，每 30min 采集一次，也可根据实际需要修改采集频率，获取更详细数据。

3.3 库水位监测

库水位监测主要监测库区内水位变化情况，选用与浸润线监测相同的投入式渗压计作为采集传感器，采用单通道数据采集单元进行数据采集。库水位监测点要求布置在水波波动比较平稳的位置，根据库区实际情况和相关技术规范，将其布置在库内排水构筑物上，本工程共设定 1 个库水位测点，见图1。

3.4 降雨量监测

降雨量监测应根据尾矿库周边地形条件，在空旷处设置监测点。按国家现行规范规定 20 平方公里设计一个雨量监测计，因此本工程设 1 个雨量监测点，布设位置如图1所示。

4  在线监测及预警

基于获取的坝体竖向位移、库水位、浸润线和降雨量等数据，可以进行安全评价、预警预报。基于分布式网络和信息系统开发等方法，设计开发了该尾矿库安全在线监测及预警系统。

系统具备监测数据异常数据剔除、平差计算和异常监测结果判别提示功能，并且在线安全监测成果与人工安全监测成果可以进行对比分析。预警风险由低到高分为黄色预警、橙色预警和红色预警三个级别。通过设定监测项目的报警阈值，当监测参数超限时系统自动报警。其中雨量监测分析见图2。

5  结论

在尾矿库库区、尾矿坝、排洪构筑物上布置自动监测仪器、供电和通信设施，基于传感器自动测量、分布式组网和系统开发等技术和手段实现对尾矿库安全的自动化在线监测、分析和预警，建立了较完善的尾矿库风险管理机制，有效保障了该铅锌矿尾矿库的安全。

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