金属非金属矿山 尾矿库在线监测技术

金属非金属矿山尾矿库在线监测技术

中国安全生产科学研究院

王云海

20092009年年 77 月月

全国非煤矿山安全生产基层基础工作现场会议

在线监测应用前景分析在线监测应用前景分析

在线监测技术和方法在线监测技术和方法

在线监测目的和意义在线监测目的和意义

尾矿库观测技术现状尾矿库观测技术现状

我国尾矿库安全形势我国尾矿库安全形势

汇报提纲汇报提纲

据国家安全监管总局调查统计，全国有尾矿库12600多座，其中，一百万方以上的尾矿库有800多座。

一一 我国尾矿库安全形势

一一 我国尾矿库安全形势

在全国尾矿库专项整治行动中，国家安全监管总局完善了尾矿库数据库，掌握了我国共计 7919座大中型尾矿库的详细信息。

27 0

1806

476451

1277

14659 0 17 65

315222

315189

542

208333

73

264

7110

4119

406

41

24392 50 1 59 2

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

北京

天津

河北

山西

内蒙古

辽宁

吉林

黑龙江

上海

江苏

浙江

安徽

福建

江西

山东

河南

湖北

湖南

广东

广西

海南

四川

重庆

贵州

云南

西藏

陕西

甘肃

青海

宁夏

新疆

新疆兵团

数据库中各省尾矿库分布表

一一 我国尾矿库安全形势

, 567, 7%国营

, 189, 2%合作

, 400, 5%合资

, 907,独资11%

, 376, 5%集体

,没有填写1071, 14%

, 696, 9%其他

, 3713,私营47%

国营合作合资独资集体私营其他没有填写

数据库中尾矿库企业性质分布情况

, 3390,冶金43%

, 2149,有色27%

, 4, 0%核工业

, 543, 7%其他

,没有填写1042, 13%

, 60, 1%建材

, 627, 8%黄金

, 104, 1%化工

有色冶金黄金建材化工核工业其他没有填写

数据库中尾矿库在各行业分布状况

一一 我国尾矿库安全形势

100大于等于, 89, 1%米

,没有填写3447, 44%

60- 100 , 96,米1%

30 60 ,－ 米519, 7%

30 ,小于 米3768, 47%

100大于等于 米60- 100米30 60－ 米

30小于 米没有填写

数据库中尾矿库坝高总体情况

一一 我国尾矿库安全形势

一一 我国尾矿库安全形势

设计总坝高 260米；

当前堆积坝高 213米。

全国坝体最高的尾矿库

——山西峨口尾矿库

山西峨口尾矿库照片

一一 我国尾矿库安全形势

设计总库容 83500万方；

现状全库容 34000万方。

全国库容量最大的尾矿库

——江西德兴铜矿 4#尾矿库

江西德兴铜矿 4#尾矿库照片

一一 我国尾矿库安全形势

我国尾矿库分布特点：

数量多、规模小 堆坝方式以上游式为主 尾矿库安全度处于较低水平 三分之一以上的尾矿库未经正规设计 近 50%的尾矿库未进行过安全评价 尾矿库下游居民和重要设施较多

—— 必须采取措施确保尾矿库运行安全

山西 9.8特别重大尾矿库溃坝事故

一一 我国尾矿库安全形势

我国尾矿库事故频发，后果严重：

据国家安全监管总局统计， 2004年我国尾矿库发生事故 3 起，伤亡 5 人； 2005年我国尾矿库发生事故 9 起，伤亡17人； 2006年我国尾矿库发生事故 12起，伤亡 57人； 2007年我国尾矿库发生事故 14起，伤亡 56人； 2008年我国尾矿库发生事故 18起，伤亡 320人。

2000 年 10 月 18 日广西南丹宏图选厂尾矿库垮塌，死亡 28人，伤 56 人。

2006 年 4月 23 日河北迁安庙岭沟铁矿老尾矿库副坝溃决，死亡 6人。

2006年 4 月 30 日陕西商洛镇安金矿尾矿库溃坝，死亡 17人，伤 5人。

2006年 8 月 15日山西省太原市娄烦县新阳光选矿厂、银岩选矿厂发生尾矿坝垮塌事故，死亡 5 人，失踪 2 人，伤 20人。

2007年 11月 25日辽宁海城西洋铁矿尾矿坝溃坝 , 死亡 15人 , 失踪 2 人 , 伤 39人。

2008年 9 月 8 日山西省临汾市襄汾县新塔矿区特别重大尾矿库溃坝事故，死亡 277人 , 失踪 4 人，是我国迄今为止造成死亡人数最多的尾矿库溃坝事故。

一一 我国尾矿库安全形势

在线监测应用前景分析在线监测应用前景分析

在线监测技术和方法在线监测技术和方法

在线监测目的和意义在线监测目的和意义

尾矿库观测技术现状尾矿库观测技术现状

汇报提纲汇报提纲

我国尾矿库安全形势我国尾矿库安全形势

二二 尾矿库观测技术现状

目前，我国尾矿库观测项目主要有： 库水位观测 坝体位移观测 浸润线观测 构筑物变形观测 渗流水观测 孔隙水 坝体固结观测－－当前这些指标大都采用人工观测。

位移人工观测主要是利用全站仪、经纬仪等设备定期对坝面上设置的位移观测点进行定位，确定坝面该点变形变位。

位移观测墩和观测点

二二 尾矿库观测技术现状

库水位观测主要是利用设置在尾矿库进水构筑物上的水位标尺，标尺上设有刻度，人工读取库水位高程。

进水构筑物和水位标尺

二二 尾矿库观测技术现状

浸润线埋深为从尾矿坝坝体下游坡面某点垂直向下至坝内水面的高度，浸润线为尾矿坝的生命线。

浸润线为尾矿坝的生命线

二二 尾矿库观测技术现状

010

20

30

405060

Frame 001 12 Oct 2006 all

浸润线

浸润线

浸润线人工观测主要是利用已经打好的浸润线观测孔，采用人工方式对管内水深进行定期测量，以确定浸润线的埋深状况。

浸润线人工观测孔

二二 尾矿库观测技术现状

人工测量工作量大、受天气、人工、现场条件等许多因素的影响，监测数据存在人为性。

人工监测存在不能及时监测尾矿库的各项技术参数的缺点。

出现事故征兆时，难以及时和准确把握尾矿库关键指标的状况，难以为隐患及时处理、应急决策和人员疏散赢得时间。

二二 尾矿库观测技术现状

人工观测的不足：人工观测的不足：

在线监测应用前景分析在线监测应用前景分析

在线监测技术和方法在线监测技术和方法

尾矿库观测技术现状尾矿库观测技术现状

在线监测目的和意义在线监测目的和意义

汇报提纲汇报提纲

我国尾矿库安全形势我国尾矿库安全形势

系 统 目 标 及时提供真实数据

预警预报灾害事故

推进标准化管理

三三 在线监测目的和意义

三三 在线监测目的和意义

为矿山提供尾矿库生产运行状况的真实数据，

对尾矿库安全隐患提出预警，以便矿山有针对性地

加强尾矿库安全隐患治理，改善尾矿库安全运行条

件，实现尾矿库长期安全运行 。

在线监测意义：在线监测意义：

三三 在线监测目的和意义

预测预报尾矿库溃坝灾害事故，为用户组织抢

险，疏散尾矿库下游人群赢得时间，减少事故伤亡

和财产损失。

在线监测意义：在线监测意义：

三三 在线监测目的和意义

自动化监测系统操作简单，数据及时有效，避

免了传统监测手段的复杂操作、人为性及档案管理

繁锁。

在线监测意义：在线监测意义：

在线监测应用前景分析在线监测应用前景分析

在线监测目的和意义在线监测目的和意义

尾矿库观测技术现状尾矿库观测技术现状

在线监测技术和方法在线监测技术和方法

汇报提纲汇报提纲

我国尾矿库安全形势我国尾矿库安全形势

坝体位移 浸润线

典型灾害密切关联

指标选择

干滩和库水位

12

降雨量

视频3

4

5

四四 在线监测技术和方法

四四 在线监测技术和方法

国家安全监管总局已组织起草国家安全监管总局已组织起草《《尾矿库安全监测技尾矿库安全监测技术规范术规范》》，将对在线监测系统布置方法提出了要求。，将对在线监测系统布置方法提出了要求。

四四 在线监测技术和方法

目前我国已安装的在线监测系统，坝面位移大都采用 GPS设备。利用坝面监测点与基点相对位置比对，确定监测点位移。

GPS位移监测系统

位移量预警：位移量预警：

目前主要靠位移趋势目前主要靠位移趋势

判断，个别单位具有判断，个别单位具有

位移定量预警技术。位移定量预警技术。

目前，尾矿坝目前，尾矿坝 GPSGPS

位移监测精度：位移监测精度：

可达水平位移可达水平位移

3mm3mm 、、

垂直位移垂直位移 5mm5mm 。。

四四 在线监测技术和方法

单一的 GPS设备，其监测精度不能满足尾矿坝安全管理的技术要求；通过架设 GPS实时差分变形监测系统，利用各监测点与基准站的变形比对，可大大提高位移监测精度。

某尾矿库GPS实时差分变形监测系统

基准站

监测点

四四 在线监测技术和方法

目前我国已安装的在线监测系统，通过库水位、干滩监测联合对尾矿库的调洪水深、最小干滩长度（超高）进行监测预警。

尾矿库最小干滩长度检测法

库水位监测精度：库水位监测精度：

可达可达 5mm5mm 。。

四四 在线监测技术和方法

目前我国已安装的在线监测系统，浸润线监测传感器有很多种，例如，振弦式、差动电阻式、压阻式、光纤式等。

光纤式振弦式

库水位监库水位监

测精度：测精度：

可达可达 5mm5mm 。。

雨量监测雨量监测

四四 在线监测技术和方法

降雨量监测精度：降雨量监测精度：

可达可达 1mm1mm 。。

状 态 显 示

控制与分析

库水位传感器

浸润线监测传感器

数据采集中心预 测预 报

GPS基准站

光纤通信

GPS监测站 GPS监测站

主控仪器

雨量计

四四 在线监测技术和方法

在在线线监监测测系系统统结结构构

直击雷的防护。

信号系统避雷方法。

接地装置设计方法。

功分器

接收机

接收机 混合器

信号输入

至楼内

信号系统的雷电防护

在线系统安装应综合考虑防雷工程：在线系统安装应综合考虑防雷工程：

四四 在线监测技术和方法

在线监测系统的技术指标：在线监测系统的技术指标：尾矿库安全监测系统稳定性达到 90%；

GPS 位移监测水平位移精度为 3mm ，垂直位移精度为5mm；

水位监测精度可以达到 5mm；

浸润线监测精度可以达到 5mm；

摄像头观测范围应能够覆盖尾矿库关键部位；

雨量计精度可以达到 1mm。

四四 在线监测技术和方法

在线监测系统软件的技术指标：在线监测系统软件的技术指标：在线监测系统软件应包括在线采集和安全监测管理分析两个模块；

安全监测管理分析模块应具备基础资料管理、各项监测内

容适时显示发布、图形报表制作、数据分析、综合预警等功

能；

数据分析部分应包括各项监测内容趋势分析、综合过程线分析等内容。

四四 在线监测技术和方法

尾矿库观测技术现状尾矿库观测技术现状

在线监测技术和方法在线监测技术和方法

在线监测目的和意义在线监测目的和意义

在线监测应用前景分析在线监测应用前景分析

汇报提纲汇报提纲

我国尾矿库安全形势我国尾矿库安全形势

五五 在线监测应用前景分析

在线监测技术较为成熟，在水利水电、桥梁等行业已经广泛应用；

在线监测技术在尾矿库安全管理中的应用，有利于提高企业对于尾矿库的管理水平；

我国一些大中型尾矿库已经陆续开始安装在线监测系统；

尾矿库在线监测系统的安装将提高非煤矿山尾矿库的安全科技水平；

尾矿库在线监测系统安装不能代替尾矿库日常管理，而是日常管理和巡查的有益补充。