上游式尾礦壩在線安全監測技術淺析

摘 要：尾礦壩是一種比較特殊的巖土工程類型，其主要功能是為了防止高勢能泥石流、洪水對礦山、礦井和壩區附近造成安全威脅，其主要堆積方式有上游式、中線式和下游式幾種。如何確保尾礦壩的穩定性，一直是巖土工程行業難以攻克的重點難題。本文將對上游式尾礦壩的基本特點進行介紹，分析其復雜性與特殊性，介紹一些主要的安全監測技術類型，以供巖土工程行業對壩區進行安全監測參考。

關鍵詞：上游式尾礦壩；在線安全監測技術；安全

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.177

0 前言

尾礦壩是礦物開采行業當中的重要工程類型之一，主要功能是能夠攔截尾礦、廢水和工業廢渣，也能在一定程度防范泥石流、洪水等自然災害。礦物企業必須重視尾礦壩的建造與維護，才能夠有效確保礦物開采與選別的安全。我國各項金屬資源、非金屬資源儲量豐富，一旦礦物開采與選別遇到泥石流、洪水等自然災害，不僅會造成巨大的經濟損失，也會對下游人民的生命和財產安全造成威脅。為了加強尾礦壩的安全性，利用在線安全監測技術是一項非常有效的手段。對此，國務院也頒布了相關的通知文件，力求加強我國礦山生產的安全性與規范性。

1 上游式尾礦壩的主要特點

尾礦壩是尾礦庫的重要組成部分。尾礦庫是在金屬礦山或非金屬礦用于存放尾礦和工業廢水、廢渣的主要場所，而尾礦壩，則是負責攔擋尾礦、廢水、廢渣、洪水的外圍構筑物。尾礦壩的穩定性受到很多方面因素的影響，比如尾礦壩的構造特征、幾何形狀、服役方式、組成介質。另外，礦山地區如果發生地震、塌陷、洪水等現象，也會對尾礦壩的穩定性造成影響。

尾礦壩的構造方式分為上游式、中線式和下游式三種[1]。其中，上游式就是在從初期壩向上游填充尾礦的堆積方式，中線式就是在初期壩的軸線處，利用旋流分級粗砂對尾礦進行沖積的堆積方式，下游式就是從初期壩向下游填充尾礦的堆積方式。上游式尾礦壩在堆積的時候，要注意以下幾個施工要點：顆粒粗大的尾礦要沉積在壩前，顆粒細小的尾礦要存放在尾礦庫內，而且灘涂內不能出現大面積的礦泥沉積；沉積灘的坡度和長度都要符合設計要求，而且要保持頂部的均勻和平整；不能出現礦漿沿著子壩內坡址橫向流動的情況；在放礦時，要有專門的人員進行管理，禁止利用礦漿沖刷壩坡。

2 主要的監測技術類型

上游式尾礦壩的在線安全監測，是一套功能完善、性能出色的集成系統來完成的。這套在線安全監測系統包含了通信、供電、防雷網絡、系統平臺、安裝調試等模塊，可以利用電能、太陽能、風能等能源來進行驅動，通信系統所用到的通信接口和協議主要有RS232、RS485/422A、TCP/IP等幾種類型[2]，其中具體的監測技術有以下幾種：

2.1 位移監測

尾礦壩由于長期受到尾礦、工業廢水、工業廢渣、洪水的沖擊，庫存水量增加，很容易發生位移。位移監測就是針對這種現象進行檢測。按照觀測點的位置不同，位移監測可以劃分為表面位移監測和內部位移監測兩種；按照測量功能不同，位移監測可以劃分為水平位移監測、垂直位移監測和三維位移監測。位移監測技術的主要手段是利用GPS定位系統和高精度的智能全站儀來進行檢測。其中GPS定位系統用途廣泛，抗干擾程度高，而智能全站儀則具有檢測精度高、管理維護方便的特點。

2.2 滲流監測

滲流監測是利用振弦式傳感器和光纖滲壓式傳感器來監測尾礦壩被水流滲透的狀況。利用這上述兩種傳感器，工作人員可以隨時得知尾礦壩的浸潤線、滲流壓力和滲流量[3]。需要注意的是，在振弦式傳感器進行滲流監測時，需要采取一定的防雷措施。而使用光纖滲壓式傳感器時，傳輸線纜容易因現場沉積量大而產生彎折，需要工作人員進行注意。

2.3 庫水位監測

尾礦庫內存有大量的尾礦漿積淀，如果庫水位過高，就容易超出尾壩庫的防洪能力，為礦山及周邊區域帶來危險。庫水位監測的主要工具是超聲波液位計和滲壓計，主要工作原理是根據超聲波的反射狀況計算水面和液位間的距離，然后再根據超聲波液位計安全位置的標高，計算得出水面的標高。準確地掌握庫水位的標高，能夠在汛期到來之前采取措施，防止洪水沖垮尾壩，為礦山及周邊區域帶來危險。

2.4 干灘監測

干灘監測監測通常采取人工監測和自動監測相結合的方式。自動監測，就是利用免棱鏡激光測距儀、超聲波測距儀等設備，拍攝干灘部位的圖像，得到干灘部位面積、邊際線長度、巖石類型、土壤性質等信息，還能夠通過灘頂的高程與特征點的高程計算出安全超高。而人工監測通常作為自動監測的輔助手段進行，主要負責一些自動監測中的盲區進行信息補充。

2.5 降水量監測

礦山地區的降水量監測尤為重要，特別是在汛期，降水很容易導致尾礦庫內的水位升高，超過尾礦壩防洪能力、尾礦壩被沖毀、洪水泛濫等后果產生。礦山地區在汛期內的降水量，是考驗尾礦壩防洪能力的重要指標之一。如果在汛期之內降水明顯增加，有超過尾礦壩防洪能力的趨勢之時，工作人員就可以及時采取泄洪措施，降低尾礦壩承受的防洪壓力。降水量監測所用到的主要工具有自記雨量計、自動測報雨量計、遙測雨量計等。

2.6 庫區監控

庫區監控主要是利用視頻攝像頭來代替人力，對庫區進行日常巡視。庫區監控安裝視頻攝像頭的主要位置有壩體上、灘頂放礦處、壩體下游坡、庫尾攔洪壩等重要部位。視頻攝像頭對現場狀況進行拍攝，然后將圖像信號發送回主控系統，既能夠有效降低工作人員的巡查工作量，又能夠提高工作人員對現場進行調度管理的工作效率。

3 結論

上游式尾礦壩是尾礦壩三種堆積方式中的一種，具有穩定性差、浸潤線高、抗震性能弱等特點。為了確保礦山開采的安全性與規范性，礦山企業有必要利用各種在線安全監測技術對尾礦壩進行實時監控，掌握尾礦壩的運行狀況，采取各種技術措施來降低尾礦壩所承受的防洪壓力。

參考文獻：

[1]劉優平，黎劍華.尾礦壩變形光纖光柵監測技術研究[J].黃金，2015（01）：60-63.

[2]林雪松，陳殿強，何峰.尾礦壩浸潤線干灘監測預警值的計算[J].水資源與水工程學報，2014（04）：65-68.

[3]于廣明，宋傳旺，潘永戰等.尾礦壩安全研究的國外新進展及我國的現狀和發展態勢[J].巖石力學與工程學報，2014（S1）：3238-3248.

作者簡介：徐民強（1988-），男，遼寧朝陽人，研究方向：工程測量技術。