软件开发工程师评职范文尾矿库工程在线监测

　　摘要:尾矿库工程是一个复杂多变的大系统，它运行状态的好坏直接关系到矿山企业和下游人民群众的生命和财产安全。而大多数尾矿库坍塌、溃坝、漫坝等事故的发生，多半是因为水的影响。为此国家安全生产监督管理总局力推实行建立尾矿库工程在线监测系统。本文详细介绍了某大型尾矿库在线监测工程在线监测系统的组成及其现场实际应用等情况，具有一定的推广意义。

　　关键词:尾矿库,水位,浸润线,稳定性

　　1 尾矿库在线监测系统综述

　　某大型尾矿库在线监测系统根据相关规程、设计文件要求，在尾矿库主坝分6个断面布设传感器建立在线监测预警系统。针对该尾矿库特定的筑坝管理要求、渗流场及变形场的复杂性和溃坝的危险性，通过分析监测该尾矿库内部深层水平位移、竖向位移、浸润线深度、干滩长度、降雨量、库水位变化等指标，进行在线安全监测预警系统开发，建立以尾矿库安全稳定性监测为主、渗流应力应变场分析为辅，融现代监测技术、信息技术和分析技术于一体的尾矿库灾害分析、安全预警新方法，建立新尾矿坝在线监测预警系统。

　　2 工程施工情况

　　某大型尾矿库在线监测系统由设计院组织施工，该项工程于2010年11月钻机进场开始施工，2011年4月钻孔完毕，同时进行线缆沟开挖，线缆的套管、铺设;2011年5月中旬安装调试完成，目前该系统正在试运行中。

　　3 系统情况

　　3.1 监测指标选择

　　尾矿库内存有大量尾矿浆沉淀水，水位相对比较稳定;同时，从尾矿坝坝顶排放尾矿时，矿浆向库内流淌的过程中，矿浆水不断向下渗透;此外，汛期大量降雨，这些因素在尾矿坝体内形成一个庞大渗流场;再者，尾矿沉积体属非均质体，排矿部位又需要经常调换，坝体又在不断增高，况且在尾矿库整个服务期间内，矿源及选矿流程有可能改变，尾矿性能自然也会变化。这就是尾矿坝渗流场异常复杂的原因。浸润线即渗流流网的自由水面线，是尾矿坝安全的生命线，浸润线的高度直接关系到坝体稳定及安全性状，因此，对于浸润线位置的监测是尾矿库安全监测的重要内容之一。

　　尾矿库内存有大量尾矿浆沉淀水，库水位监测的目的是根据其水位的高低可判断该库防洪能力是否满足安全要求。具体地说：一个完善的设计在设计文本中会给出防洪所需的调洪水深，并要求在设计洪水位(即最高洪水位)时，要同时满足设计规定的最小安全超高和最小安全干滩长度的要求。因此，对于库水位位置的把握可以直接防止尾矿库在汛期避免洪水漫顶溃坝事故的发生，有利于安全监管部门和企业在汛期来临之前，直观地了解和掌握库水位是否达到了设计要求的汛前限制水位。由此可见，库水位的连续动态监测也是尾矿库安全监测的重要内容之一。

　　尾矿库发生溃坝灾害，坝体位移是灾害演化过程的直观反应指标，因此对于坝体下游坡变形的掌握，可以及时发现尾矿坝变形率和发展速度，有利于安全监管部门和企业进行科学的应急决策，并及时采取应急对策措施，从而避免灾害的发生或者减少灾害发生造成的危害。

　　在定量评价尾矿库的防洪能力时，需要测定滩顶标高和设计最高洪水位下允许达到的干滩标高，当前的检测方法较难准确并快速测定这两个指标，问题在于水边线的界线很不明显，该处又无法进人，通常只能目测。据此推算出来的总干滩长度和调洪干滩长度自然也是极不可信的。因此，在尾矿库安全自动化监测系统中，应增加快速并简捷的标高测定方法。滩顶标高和设计最高洪水位下允许达到的干滩标高，是尾矿库安全监测需要测定的指标。

　　此外，在尾矿库安全监测系统中，为了实时掌握尾矿库库区的情况和运行状况，通常在溢水塔、滩顶放矿处、坝体下游坡等重要部位设置视频监测设置，以满足准确清晰把握尾矿库运行状况的需要。

　　根据以上所述，最终确定该尾矿库的监测项目为：库区水位、坝体位移、滩顶高度、降雨量、干滩长度监测、浸润线监测、回水区水质、库区视频监测等。

　　3.2 监测方案组成

　　针对该尾矿库库区安全监测项目的需要，在线监测系统最终采用如下方案：

　　各种传感器数据通过分线电缆采集，再通过总线电缆连接到自动采集箱。分线和总线为了安全都埋置在地下。所有有安全隐患的抗压联通管、电缆等均采用PPR管或钢管保护，将所有电缆掏沟埋设，保证使用过程中的安全。

　　在尾矿库监控机房内设置尾矿库监测系统控制中心，控制中心内设监控用服务器1台。

　　具体监测项目实施如下所述

　　3.2.1 干滩监测

　　干滩监测内容为干滩长度。干滩长度可根据滩顶高程、干滩平均坡度、水位计读数自动生成，也可根据视频图像在控制室读取。

　　3.2.2 浸润线监测

　　渗水在水位作用下，水流渗入坝体，将坝体分为上干下湿两部分，干湿尾沙的分界线为浸润线。坝体浸润线监测采用在坝体内埋设测压管进行监测，测压管采用在坝体表面钻孔埋设，鉴于该库坝体堆筑的方式，测压管设计应可持续加高。设计系统中采用浸润线分析组件，按照尾矿坝浸润线时间序列，来判断坝体高度、库内水位等因素所带来的确定性影响,根据浸润线观测数据，系统软件绘出坝体浸润线埋深位置，并与数据库中(规范规定)的设计浸润线进行比较，实现浸润线观测的自动化。

　　浸润线的位置是分析尾矿坝稳定性的最重要的参数之一，也是判别尾矿坝安全与否的重要特征。不少尾矿坝需通过降低浸润线以增强稳定性，也必须事先了解浸润线位置的现状。因此，能否确切测出浸润线的观测设施是设计必须认真对待的一项工作。遗憾的是对于浸润线观测设施的设计，至今尚无统一规定和标准。

　　本尾矿坝浸润线观测设施采用在坝坡上埋设水位观测管。观测管的开孔渗水段的长度取2m，观测管渗水段设置在设计所需浸润线的下面2m左右处。浸润线监测采用渗压计测量渗透水压力，为浸润线的提取提供基础数据。主坝布置6个断面，每个断面设浸润线监测点3～12个不等，各断面通过渗压计、库区水位、干滩位置确定浸润线位置(图2)。

　　监测方法是将渗压计埋设到管内，当渗压计没有探测到管内水位时，返回一个基准值，如果探测到水位，转换为相应电信号后传输到现场采集室，经处理后汇总通过总线传送控制中心的自动采集箱内。3.2.3 坝体变形监测

　　静力水准仪和测斜仪来测量，都可通过总线传送到采集室自动采集箱内，测斜仪放置在坝体6个剖面上。高智能型电子测斜仪广泛用于观测山体边坡、土石坝以及建筑物基坑等土体内部的水平方向变化大小，改变了便携式测斜仪必须人工监测的方式，直接接入系统中可实现无线自动化监测，节约了物力人力的消耗。该静力水准仪测点在坝体南侧山坡上设置一个基准点。基准罐置于一个稳定的水平基点，其他储液罐置于标高大致相同的不同位置，当其他储液罐相对于基准罐发生升降时，将引起该罐内液面的上升或下降。通过测量液位的变化，了解被测点相对水平基点的升降变形。

　　在坝顶布置静力水准仪1套，设置6个变形监测点和1个基准点;静力水准仪测量坝体整体垂直位移，测量精度更高，为直接判断坝体变形提供基础数据;使用测斜仪来监测坝体内部的水平位移，布置6个断面，共设测斜孔8个(含初期坝2个)，每孔根据孔深布置测斜仪2～5个不等;测斜仪测量坝体水平方向上的位移，为坝体水平应变速率的判断提供基础数据。

　　综合静力水准仪和测斜仪，本监测系统能够全面、科学、深入的了解坝体的内部变形情况。

　　3.2.4 库水位监测

　　在澄清水区3号溢水井处设置1个库区水位监测站，采用水位计测量。库区水位监测采用高智能型水位计，由分线传输到总线上，再通过光缆传输到监控机房。

　　3.2.5 降雨量监测

　　库区雨量监测采用高智能型雨量计，由分线传输到总线上，再传输到自动采集箱。该型雨量计主要技术指标：桶口直径：200mm(为国标所定)，分辨率：0.5mm，测量误差：≤ ±3%，雨强范围：0～4mm/min，最大可承受8mm/min。雨量计的安装选择在尾矿库监控机房房顶设置降雨量监测点1个。

　　3.2.6 视频监测

　　在坝顶设置视频监测点2个，以监控放矿状态;在初期坝顶附近设置视频监测点1个，监控排放水情况;在回水区挡水坝设置视频监测点1个，监控回水区溢水情况。视频信号均通过光纤传至尾矿库值班室。

　　3.2.7 回水区水质监测

　　在回水区挡水坝附近设置PH计和SS计各一只，监控回水水质情况。监控数据信号均通过光缆传至尾矿库监控机房。

　　3.2.8 流量监测

　　在南、北排水涵洞出水口均设置量水堰1座，监控排水流量情况。监控数据信号均通过总线传至尾矿库值班室。

　　3.2.9 排水构筑物稳定性监测

　　在南、北排水涵洞内部分别设置表面应变计4个和3个，监控排水涵洞稳定性情况。监控数据信号均通过总线或光缆传至尾矿库值班室。

　　3.2.10 数据传输

　　各种传感器数据通过分线电缆采集，再通过总线电缆或光缆连接到自动采集箱。分线和总线为了安全都埋置在地下。

　　3.2.11 防雷措施

　　所有外露于地表的监控设施(视频采集、雨量计等)均架设符合防雷要求的避雷设施，总线系统采用二级防护措施进行防雷设计。

　　4 结论

　　4.1 该系统目前正在试运行，效果很好。

　　4.2 该系统能够实时判断尾矿坝坝体各监测断面浸润线的高度、尾矿库水位的变化、干滩长度、坝体内部和坝顶位移等重要指标，可有效避免尾矿坝灾害发生或降低其造成事故的发生概率，有利于保护尾矿库周围人员生命和财产安全，促进经济发展和社会稳定。

　　4.3 该系统能够直观显示各项监测、监控信息数据的历史变化过程及当前状态，为矿区安全生产管理人员提供简单、明了、有效的信息参考，具有推广意义。

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