康建雄，胡文根，李怀智

(金堆城钼业股份有限公司，陕西 华县 714102)

0 前言

尾矿库是金属与非金属矿山安全生产的重要环节，也是该领域的重大危险源之一，作为具有高势能的人造泥石流危险源，其一旦发生事故，将会给下游人民群众生命财产安全造成巨大的损失，给当地环境造成严重污染，给当地的经济发展和社会稳定也带来严重的负面影响［1］。

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，减少尾矿库的事故发生等具有重要意义。《尾矿库安全监测技术规范》中已明确规定，一等、二等、三等尾矿库必须安装在线监测系统。

栗西沟尾矿库是金堆城钼业股份有限公司生产的主要设施，也是目前选矿厂尾矿的主要堆存地，又是选矿厂生产用水的重要水源，属二等尾矿库，最终设计库容1.65 亿 m3，最终坝高164.5 m［2］。为了能够及时、准确掌握尾矿库运行状态，为尾矿库的生产运行和安全管理提供强有力的科学支持和保障，金堆城钼业股份有限公司与中钢马鞍山矿山研究院有限公司共同建设了栗西沟尾矿库在线监测信息管理系统。

1 尾矿库在线监测系统的原理和特点

尾矿库在线监测系统是利用现代电子、信息、通信及计算机技术，实现对尾矿库监测指标数据实时、自动、连续采集、传输、管理及分析的监测技术。系统建立综合性的监管平台，依托智能的软件系统，当尾矿库监控内容出现异常时，及时预报预警，提醒企业尽快启动相应的处理措施及预案，保障尾矿库的安全运行。

尾矿库在线监测系统的特点主要体现在:(1)监测指标的全面性，包括位移监测、浸润线监测、降雨量、库水位及干滩指标等关键参数监测，如果结合库区图像，可做到各数据监测的无缝结合;(2)信息采集时效性，系统支持主动式及应答式采集数据模式，即保证数据的实时性，又保证数据的有效性;(3)强大的专家分析系统，专家预警分析系统实现实时分析和解读各监测数据，做出单项或多项对比报警功能，同时能够根据各监测数据的变化，综合分析出坝体的安全运行状况;(4)良好的兼容性及扩展性，可以根据需要对系统进行升级或调整，例如与移动运营商合作可以实现监测数据通过短信发送到管理者。

2 尾矿库在线监测系统的结构

栗西沟尾矿库在线监测系统主要分为安全监测自动化系统、安全监测数据采集系统、安全监测信息管理系统三大部分，3个系统既是一个有机整体，又相对独立运行［3］。

图1 栗西沟尾矿安全监测系统结构示意图

2.1 尾矿库在线监测自动化系统

栗西沟尾矿库在线监测自动化系统采用分布式网络的总体结构，包括测站层的现场网络和监测中心站层的计算机网络。测站层由各测点传感器、测量控制装置和通讯总线等组成。中心站层位于监测管理室内，由监测工作站、网络交换机、UPS电源设备等组成。现场网络与监测中心的网络拓扑为总线型，通信协议为RS－485。

2.1.1 系统监测项目

整个系统的监测项目包括环境量监测和坝体渗流监测及坝体位移监测，其中渗流监测分为7个横断面，3个纵断面共21个监测点，各监测点分部见图2;环境量监测包括库水位和降雨量监测，在尾矿库回水塔上面安装了一支雷达水位计和一支雨量计;坝体位移监测共设10个GPS点，其中GPS监测点9个，GPS基准点1个。基准点选在尾矿坝右侧稳定山体上，9个监测点按照3个断面分布在基础坝、19坝、33坝上。

2.1.2 数据采集模块

智能数据采集模块由微处理器、时钟电路、数据存储电路、测量电路、接口电路、电源电路、通讯电路和键盘显示接口组成。数据采集模块分为系统主电路和测量电路两部分，主电路包含电源电路、中央微处理器CPU、数据存储电路RAM、时钟电路、键盘显示接口电路、通讯电路、看门狗电路等;测量电路包含与传感器的接口选通电路、控制电路和测量电路。

图2 坝体渗流监测点分布图

2.2 在线监测数据采集系统

数据采集软件运行于Windows环境，由中央控制装置(CCU)和测控装置(MCU)构成，其主要功能是对数据采集网络进行控制、管理。数据采集网络的拓扑结构采用分层分布式结构，通讯采用网络串口服务器和无线网桥，实现与MCU之间的双向通讯。数据采集软件的功能模块主要有系统自检、数据通信、数据采集、数据管理。采用的测量方式分为应答式和自报式。

图3 数据采集软件的功能模块

2.3 在线监测信息管理系统

栗西沟尾矿库在线监测信息管理系统主要用于对尾矿库原始采集数据及其他有关安全监测的信息进行存储、加工处理和对外发布。主要包括系统管理、资料管理、系统报警、数据维护、数据查询、断面分析、数据分析等7个功能。本系统能帮助运行人员利用监测数据和各种安全信息对尾矿库性态做出初步的分析判断，为尾矿库安全运行和管理工作提供高效的现代化手段。

3 尾矿库在线监测系统在栗西沟尾矿库的应用

栗西沟尾矿库在实施尾矿库数字化管理系统前，尾矿库安全运行的主要技术参数如坝体形变位移、库水位、浸润线埋深等，均由人工定期用传统仪器到现场进行测量，监测工作量大、受天气、人工、现场条件等许多因素的影响，存在一定的系统误差和人工误差。同时，人工监测还存在不能及时监测尾矿库的各项技术参数，难以及时掌握尾矿库各项安全技术指标等缺点，这些都将影响尾矿库的安全生产和安全管理水平。在线监测系统应用后，可实时观测到尾矿库运行参数，提高尾矿库的安全性和管理水平。

3.1 尾矿库在线监测系统的应用

3.1.1 渗流监测项目数据

测压管数据是组成渗流监测项目的基本数据，图4是测压管SJ1－1水位过程线，反应了近一年来此测点水位变化情况。图5是某时刻监测到3断面上7个监测点实际水位。图6是某时刻1断面浸润线图。

图4 测压管SJ1－1水位过程线

图5 某时刻3断面测压管水位图

3.1.2 环境量监测项目

环境量监测包括库水位和降雨量监测，图7反映了近一年来库区水位变化情况，图8反映了近一年来库区降雨情况。

3.1.3 坝体位移监测项目

坝体位移的大小直接关系坝体的稳定与否，因此监测数据非常重要，图9反映近一年来坝体位移监测点WJ1－1位移变化情况。

图6 某时刻1断面浸润线

图7 库区水位变化过程线

图8 库区降雨量过程线

图9 坝体位移监测点WJ1－1位移过程线

3.2 尾矿库在线监测与人工监测对比

通过近一年来的运行，自在线监测与人工监测相比，各项监测参数基本能够吻合，渗流监测项目与坝体位移监测项目因监测点不同，参数略有不同，但都在正常值范围内而环境量监测项目的参数两者是一致的，说明在线监测系统在线监测数据稳定性好，可靠度高。

3.2.1 渗流监测项目对比

选取 2013年 1月 18日第 4、8、19、24道子坝上，在线监测点与人工监测临近点的数据进行比较，数据见表1。从表中可以看出，在同一时刻，同一道子坝的相邻监测点，在线监测数据和人工监测数据［4］可以很好地吻合。

表1 2013年1月18自动监测与人工监测浸润线数据对比表 m

3.2.2 坝体位移监测项目对比

由于人工监测与自动监测监测点在不同的子坝上，所以选取临近的监测点数据进行对比，见表2。从表中可以看出，虽然对于自动监测与人工监测［6］来说，监测点不同，但是同一天的数据反映尾矿坝的位移都在合理范围内。

表2 2013年1月18日自动监测与人工监测位移数据对比表 m

3.2.3 在线监测系统的优势

尾矿坝人工监测工作量大，受天气、人工、现场条件等许多因素的影响，不能及时监测尾矿库的各项技术参数，再者观测频度不够，观测数据较为离散，观测数据精度不足以满足坝体位移预测分析的需要，导致尾矿库安全管理存在不确定性和潜在风险。

与人工监测相比，栗西沟尾矿库在线监测系统的优点主要体现在:(1)可以实现对尾矿库重要运行数据的实时采集、传输、计算、分析，实时掌握尾矿库整体运行的安全状态，一旦出现紧急异常情况，系统能及时发出预警信息;(2)从系统中可以直观显示各项监测、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、直观、有效的信息参考;(3)接入万维网时能实现尾矿库安全监测系统的远程登录、远程访问、远程管理、远程控制和远程维护。

4 结语

尾矿库在线监测系统在栗西沟尾矿库的应用，可以直观、及时反映尾矿库运行的状态，不仅保障了栗西沟尾矿库的安全稳定运行，还大大降低了尾矿库生产管理人员的工作强度，提高尾矿库的管理水平。由于在线监测系统的实时性，便于企业和安全监管部门快速掌握与尾矿库安全密切相关的技术指标的最新动态，有利于及时掌握尾矿库的运行状况和安全现状，可以提高尾矿库的安全性，保障库区下游及库区人民群众的生命财产安全，避免因尾矿库事故而造成的环境污染，具有显著的经济效益和社会效益。

［1］周汉民.尾矿库建设与安全管理技术［M］.北京:化学工业出版社，2012:1－3.

［2］张培安.降低金堆城栗西尾矿库坝体浸润线的技术［J］.中国钼业，2002，26(3):48 －51.

［3］金堆城钼业股份公司.栗西沟尾矿库自动化监测系统竣工报告［R］.华县:金堆城钼业股份公司.2012.

［4］金堆城钼业股份公司.栗西沟尾矿库2013年浸润线人工监测报告［R］.华县:金堆城钼业股份公司.2013.

［5］金堆城钼业股份公司.栗西沟尾矿库2013年坝体位移监测报告［R］.华县:金堆城钼业股份公司.2013.