在线安全监测系统在某尾矿库的应用

向晨光

（山东金岭矿业有限公司）

尾矿库作为所有矿山必须面对的重要危险源，其事故问题不可小觑。在线安全监测系统正是保证尾矿库安全稳定运行的关键。通过对在线安全监测结果的分析，可以了解尾矿库的运行状态，及时发现尾矿库运行中的不良因素，提高尾矿库的整体运行质量。因此，对尾矿库在线安全监测系统的应用进行分析，有助于推广尾矿库在线安全监测系统，推动尾矿库的安全稳定运行。

1 尾矿库的分类

尾矿虽说是尚待挖掘价值的二次资源，也是一种不可忽视的危险源。由于尾矿库需要长期搁置大批量的尾矿，因此必须强化对尾矿库的安全管理，以此来降低尾矿库的安全风险。

尾矿库的常见类型有4种：①山谷型尾矿库。山谷型尾矿库属于谷口筑坝的尾矿库，整体工程量相对较小，当尾矿库堆坝到一定高度时，便可以获得相对较大的尾矿容量。我国很多大中型尾矿库就属于山谷型尾矿库。②傍山型尾矿库。傍山型尾矿库是依山脚筑坝的尾矿库，初期工程与后期堆坝工程量相对较大，因为纵深、干滩长度等受限，因此坝堆高度相对偏低，库容量无法得到保障。低山丘陵地区中的中小型矿山有时会选用此类尾矿库。③平地型尾矿库。在平缓地势中筑坝的尾矿库便是平地型尾矿库，由于需要在周边进行堆坝，因此库区面积将会逐渐缩小，堆坝高度也将因此受限。在平原、沙漠等地通常会采用这一类尾矿库。④截河型尾矿库。截取河床并在河床上下游筑坝的尾矿库便是截河型尾矿库，由于尾矿库的上游区域一般带有非常大的汇水面积，所以在建设时必须加设排水系统，因为整体配置相对较为杂乱，因此维护、管理难度相对较高，国内采用此类尾矿库的企业不多。

2 尾矿库在线安全监测系统特点

在线安全监测系统是保证尾矿库运行安全的核心系统，能够完成对尾矿库运行情况的高效监测，自动收集尾矿库的各项数据。因此，当尾矿库运行期间出现异常情况时，在线安全监测系统就会在第一时间发出异常预警，以便矿山企业针对异常情况进行处理，进而保证尾矿库安全稳定运行［1］。

在线安全监测系统有四大主要特征：①监测全面性。安全监测的目标非常全面，诸如浸润线、位移、干滩指标等数据均可通过监测系统来获取，各种关键数据能够为尾矿库的安全提供非常大的帮助。②信息时效性。因为在线安全监测系统同时具有主动应答式数据采集模式，所以在使用中可以保证数据信息具有实时性特征，数据的时效性完全能够满足尾矿库安全防护的需求。③专家系统。专家系统能够在监测过程中完成对各种数据信息的分析与解读，并结合实际需求来进行分级报警，保证尾矿库安全运行。④兼容性与可拓展性。在完善在线安全监测系统时，需要保留系统的兼容性与可拓展性，兼容性能够拓宽系统的使用范围，而可拓展性则可以实现系统升级，避免系统因为监测技术不足而被淘汰。

3 在线安全监测系统设计

3.1 在线安全监测系统设计要求

在设计在线安全监测系统时，应该结合尾矿库的特征，并坚持贯彻国家监测规范，以此来保证系统能够切实发挥真正的作用。系统设计要注意以下几点：第一，监测系统需要突出重点，统一规划。在设计期间通过强调系统的整体性，能够避免因为系统衔接不当而影响系统的正常使用。在选择设备仪器时，要在保证监测精度的条件下提高设备的耐久性与经济性，采用实用设备有利于控制投资和成本。第二，在布置系统监测点位时，需要优先选择标志性位置。尾矿坝的代表性部位的运行状态往往能够反馈出尾矿库当前的运行情况，通过对渗流、应力应变等因素进行分析，能够判断出尾矿库当前的力学特征，提高监测系统的监测效率。第三，在线安全监测系统需要兼顾简易性与先进性。通过将人工监测与自动化监测相结合，可以及时完成对监测资料的整理与归纳，并提前发现工程项目中可能存在的各种安全隐患。相较于自动化监测而言，人工监测的主要目的就是发现仪表设备难以监测的盲点。

3.2 在线安全监测系统功能

通过监测系统可以及时掌握尾矿库的运行情况，并在发现险情后进行报警，由于监测系统的特殊性，因此要保证监测系统能够长期运行，并具有足够的便捷性。在矿山企业中，在线安全监测系统应该具有如下功能：

（1）数据实时采集与管理。尾矿库数据的时效极为关键，为了能够实时了解尾矿库的实时运行状态，需要针对库区降雨量、库水位等项目参数进行实时监管，所有监控得到的数据都要以数据库的形式存放在服务器内。数据实时采集结束后，需要及时进行归纳与整理，以便相关人员随时调取。

（2）信息可视化。通过将监测获得的数据信息绘制成曲线，能够顺利实现信息可视化。在对尾矿库进行安全监测时，便需要通过数据监测的方式来让管理人员掌握各项参数的变化情况，以此来获取相对更加具有价值的数据信息。在管理人员获得权限后，还可以针对监测到的浸润线等参数进行修改，提高数据信息的实用性。

（3）安全评价与安全预警。通过调动数据库内的各种数据信息，可以顺利实现安全评价与报警。其中评价模型需要结合尾矿库的实际需求来进行构建。通过计算可以大致掌握尾矿坝、挡水坝的临界点，通过结合临界值与破坏模式便可以完成对报警参数的完善。需要注意的是，应该针对不同工程来分别组建相关评价模型，以此来保证安全预警、评价的准确度与及时性。

（4）远程监控。为了能够方便远程掌握尾矿库的运行情况，可以利用现代网络技术来实现对尾矿库的远程监管。在远程技术下，无须安全人员直接进入矿区便可以借助监控设备掌握尾矿库的实际情况，进而提高尾矿库的安全管理效率［2］。

（5）辅助功能。在线安全监测系统需要通过日常运维来实现维护管理，系统将会自动对监测设备的实际情况进行判断，并将设备的工作状态反馈至计算机，若个别设备出现故障，就可以第一时间掌握设备情况并对其进行补救。此外，在线安全监测系统还可以在外界电源中断后自动对尾矿库参数进行备份保存，提高数据的安全性。

1) 当爬坡高度不变时，爬坡管段的局部阻力损失系数均随狄恩数增加而减小；当泥浆成分和输送速度不变时，爬坡管段的局部阻力损失系数随爬坡高度近似为线性增长，且增长速率随混合物流速或泥浆体积分数的减小而增加。

4 尾矿库在线安全监测系统的应用

4.1 工程概况

某尾矿库属于傍山型四等库，下游1 km 位置有居民和选矿厂，属头顶库。为了提高其安全性，就必须在日常生产中强化对尾矿库的管理与维护，并通过在线安全监测系统来保证尾矿库的运行安全性。

（1）监测设施。为了保证监测系统的监测效果，就必须结合实际完成点位架设。经分析后拟定在初期坝架设6 个沉降、位移观测点位与3 个浸润线监测点位。尾矿库的监测系统将6 只渗压传感器分别设置在初期坝顶与边坡中，在监测时可以利用地埋光缆将信号传入值班房，进而完成对库水位参数的动态实时监测。此外，尾矿库还安装了5只表面位移传感器、3只坝体内部传感器以及3台摄像机，因此能够实现对尾矿库区的全面动态监测。

（2）库容现状。尾矿库设计库容上限为130.44×104m3，其中有效库容为104.35×104m3。尾矿库当前正处于初期阶段，初期库容达到55×104m3，坝顶标高为125 m，宽度为5 m，在坝体115 m 标高位置处设置有2 m 宽的马道。初期坝外坡脚设置有块石堆筑的排渗棱体，坝坡覆土厚度30 cm。

尾矿库运行期间严禁坝外坡发生渗流逸出点，否则便会对坝体安全造成影响。就目前而言，尾矿库已经终止了尾矿排放，矿山企业需要保持最小干滩长度与最小安全超高满足相关规定，通过严格控制并防范流土等危害，以此来保证尾矿库坝体的安全性。

4.2 系统的功能

在线安全监测系统是尾矿库实现安全管理的核心技术之一，监测系统运行期间必须满足尾矿库日常安全管理的需求，即通过合理布置监测点位来满足尾矿库的监管需求。受限于安全指标，尾矿库需要针对坝体稳定性等参数来进行分析与监测。

（1）坝体稳定性监测。尾矿坝在建设过程中，初期坝与堆积坝将会在外力作用下受到影响，坝体稳定性也将因此下滑，通过监测系统可以对初期坝以及堆积坝参数进行分析，并采集坝体外部变形、位移量参数，在量化监测参数的同时完成对坝体运行状态的分析。

（3）坝体渗流监测。水是影响尾矿库安全的核心因素，在筑坝时必须优先考虑水所带来的影响，初期坝建设时，要以排渗能力为核心进行筑坝，通过合理铺设排渗管网，可以大幅提高排渗效果。监测系统需要根据坝体内预留水位高低以及排渗出水量来判断尾矿库的渗流情况，避免因为渗流过大而影响尾矿库的安全性［3］。

（4）干滩监测。很多企业为了进一步提高利润，有时会选择提高放矿速度来提高生产效益。由于放矿速度与均匀性在一定程度上影响排水体系的负荷，所以当放矿速度超出工作负荷后，将严重影响尾矿库的运行安全性。从监测角度出发，监测系统将加强对库区水位高程、干滩面参数等指标的判断，以此来提高尾矿库的安全性。

4.3 系统硬件运用分析

在线安全监测系统运行过程中，可以利用2个点位来进行横断面观测，并通过在观测剖面上架设传感器，可以配合数据采集单元实现对浸润线数据的采集。通过在坝体外山体上设置高精准监测站，能够完成对测点表面位移情况的测定，并通过监测来观察尾矿坝滑动的可能性。为了提高监测效率，测点所有测量出的数据均可利用光纤传递至中心控制室，进而完成在线实时监测。整个外部位移监测系统由感知层、传输层、应用层组成，能够实现对监测数据高效整合与管理。在对尾矿坝内部位移进行监测时，需要在布设观测点后通过数据采集单元来完成数据信息采集，内部位移监测除监测点位布设位置以外，其余的工作流程均与外部监测点相同。

在进行干滩参数监测时，需要在初期坝与堆积坝坝顶布设监测点位，监测点位需要与坝体轴线横断面垂直。通过直接对沉积干滩数据信息进行采集，能够得到干滩空间信息图像，为了降低信息误差，需要逐点进行多次采集与扫描，以此来保证干滩坡度等参数的准确性。在对库区水位进行监测时，需要根据尾矿库的坝型等因素来确定观测点位，在尾矿库排水井框架中设置渗压计，通过渗压计来完成对测点水位的在线监测［4］。视频监控所使用的摄像机需要在初期坝、干滩、日常监控等多种情况下进行视频监控，视频监控点可以在运行期间与水位测量进行联动，即当视频监控、水位测量出现问题时，便可以第一时间做出反应，提高尾矿库的整体监测效率。与此同时，还可以通过摄像机对尾矿库的实际生产情况进行监测，通过视频监测的方式来掌握坝体情况，所有的监测视频都可以利用光纤传输到中央控制室，进而实现对测区内的24 h 监控。降雨量监测的测点应该结合国家规范，每30 km2设置一个测点，监测点位需确保露天开阔，且避开风口。雨量计可以利用值班室电源供电，雨量计数据采集完成后要通过光纤回传至中心控制室进行管理。

4.4 系统软件运用分析

尾矿库实时监测需要利用监测点数据与软件配合来直观反映数据内容。为了保证测点反映直观性，可通过动态配置监测点，在Silver Light 技术下配置UI界面。监测系统可以在监测软件中对尾矿库的现场情况进行模拟，然后结合测点位置情况，将相应的数据显示在界面中。模拟现场为了实现动态监测，应该优先构建设备图标库。在加载图标时，需要将监测设备高程映射至监控系统中，然后将设备实际高程转化为像素坐标。因为在线安全监测系统要保证反馈数据的时效性，若数据反馈过慢，就无法完成安全预警。因此，在主界面需要加入数据实时提示栏，提示栏左、右两侧分别用于显示浸润线、库水位、干滩等信息。利用可扩展应用程序能够完成显示框添加，而利用AJAX 技术则能够完成数据信息的实时刷新。

主页图形显示的使用方式与配置页面相同，通过自定义画布并填充现场模拟图，便可以显示出各种监测设备，通过结合监测系统的高程、坐标参数便可以显示出图形。点测功能的主要作用就是观察测点当前的实时画面，强化对监测细节的管理，不同测点的编号在数据库中一一对应，因此只要将监控转移到标识区域，就可以实现图像点测。

4.5 应用效果

在设备连接完成后，服务器将会发出指令，指令反馈至尾矿库节点后，便可以通过串口服务器连接测点设备，测点设备则要在信号采集完成后将相关数据反馈至串口服务器，服务器转化信号后将通过光纤将数据传输至控制室。通过对尾矿库监测系统的使用情况进行关注，发现监测系统基本能够满足库区各项参数的实时监测。该在线安全监测系统的运行测值稳定可靠，达到系统设计时对监测效果的预期［5］。

5 结 论

尾矿库是矿山废渣集中堆存点，具有极高的危险性。通过完善在线安全监测系统，能够在一定程度上降低尾矿库的事故发生概率，提高矿山生产安全性。随着业界对在线安全监测系统重要性认识的提高，在线安全监测系统将会变得更加完善。