第１９卷第４期 ２０１０年１２月 矿 冶 Ｖｏ１．１９．ＮＯ．４ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ ２Ｏｌ０ ＭＩＮＩＮＧ＆ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＹ 文章编号：１００５—７８５４ ｃ ２０１０）０４—０００７—０５ 尾矿库监测与预警问题研究 姜晨光 ，蔡香玲 ，路奎 ，林长胜 ，尹建章 （１．江南大学环境与土木工程学院，江苏无锡２１４１２２；２．文登市建设局，山东文登２６４４００； ３ 山东省国土测绘院，山东济南２５００１３；４．烟台建设集团钢结构有限公司，山东烟台２６４００３； ５．中国有色金属工业长沙勘察设计研究院，湖南长沙４１００１１） 摘 要：尾矿库垮塌是一种典型的人工地质灾害，为了预防和控制尾矿库垮塌，开发出了２种尾矿库 安全自动监测系统，一种是基于ＲＴＫ—ＧＰＳ技术的，另一种是基于测量机器人技术的。文章介绍了２种 尾矿库安全自动监测系统的结构、工作原理，给出了监测实例。以实际监测数据为依据，提出了尾矿库 预警的基本准则。 关键词：尾矿库；安全监测；预警；ＧＰＳ技术；测量机器人 中图分类号：ＴＤ７６ 文献标识码：Ａ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＯＮ ＭＯＮＩＴＯＲＩＮＧ ＡＮＤ ＷＡＲＮＩＮＧ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＳＡＦＥＴＹ ＯＦ ＴＡＩＬＩＮＧＳ ＳＴ０ＲＡＧＥ ＪＩＡＮＧ Ｃｈｅｎ—ｇｕａｎｇ ，ＣＡＩ Ｘｉａｎｇ—ｌｉｎｇ ，ＬＵ Ｋｕｉ ，ＬＩＮ Ｃｈａｎｇ—ｓｈｅｎｇ ，ＹＩＮ Ｊｉａｎ—ｚｈａｎｇ （１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ａｎｄ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉａｎｇｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｘｉ ２ １ ４ １ ２２，Ｊｉａｎｇｓｕ，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｂｕｒｅａｕ ｏｆ Ｗｅｎｄｅｎｇ Ｃｉｔｙ，Ｗｅｎｄｅｎｇ ２６４４００，Ｓｈａｎｄｏｎｇ，Ｃｈｉｎａ； ３．Ｔｅｒｒｉｔｏｒｉａｌ Ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＳｈａｎｄｏｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｊｉｎａｎ ２５００１３，Ｃｈｉｎａ； ４．Ｓｔｅｅｌ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｌｉｍｉｔｅｄ Ｃｏｍｐａｎｙ ｏｆ Ｙａｎｔａｉ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｙａｎｔａｉ ２６４００３，Ｓｈａｎｄｏｎｇ，Ｃｈｉｎａ； ５．Ｃｈａｎｇｓｈａ Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｎｏｎｆｅｒｒｏｕｓ Ｍｅｔａｌｓ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１Ｏ０１１，Ｃｈｉｎａ） ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｂｕｒｓｔ ｏｆ ｔａｉｌｉｎｇｓ ｓｔｏｒａｇｅ ｉｓ ａ ｔｙｐｉｃａｌ ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｄｉｓａｓｔｅｒ．Ｔｏ ｔａｋｅ ｐｒｅｃａｕｔｉｏｎｓ ａｇａｉｎｓｔ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ ｂｕｒｓｔ ｏｆ ｔａｉｌｉｎｇｓ ｓｔｏｒａｇｅ，ｔｗｏ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍｓ ｆｏｒ ｓａｆｅｔｙ ｏｆ ｔａｉｌｉｎｇｓ ｓｔｏｒａｇｅ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｄｅｖｅｌ－ ｏｐｅｄ，ｔｈｅ ｏｎｅ ｉｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＲＴＫ—ＧＰＳ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，ｔｈｅ ａｎｏｔｈｅｒ ｉｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ ｒｏｂｏｔ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｏ— ｔａｌ Ｓｔａｔｉｏｎ）ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ．Ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ａｎｄ ｗｏｒｋ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ ｔｗｏ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍｓ ｆｏｒ ｓａｆｅｔｙ ｏｆ ｔａｉｌｉｎｇｓ ｓｔｏｒａｇｅ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ａ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｅｘａｍｐｌｅ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｇｉｖｅｎ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｓｅｌｆ－ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ｄａｔａ，ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｗａｒｎｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｏｆ ｔａｉｌｉｎｇｓ ｓｔｏｒａｇｅ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｇｉｖｅｎ． ＫＥＹ ＷＯＲＤＳ：ｔａｉｌｉｎｇｓ ｓｔｏｒａｇｅ；ｓａｆｅｔｙ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ；ｓａｆｅｔｙ ｗａｒｎｉｎｇ；ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ； ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ ｒｏｂｏｔ 收稿日期：２０ｌ０—０５—１２ 基金项目：国家自然科学基金项目（７９１６０１７３） 尾矿库安全问题一直是一个关系到矿山健康可 持续发展的性命攸关的大问题，长期以来，人们一直 在探讨尾矿库确切的稳定机理，但仍没有一个最佳 的答案，因此，尾矿库垮坝事故时有发生，造成的灾 作者简介：姜晨光，ＩＨＡ国际会员，国家科技奖励评审专家、国 家自然科学基金评议专家、中国科技期刊评审专家、《巾文核心图书 目录》学科评审专家（国家新闻出版总署、中国图书馆协会）、《中文 核心期刊要目总览（２００８年版）》学科专家、国家博士点基金评审专 家，主编专著７部、参编国家级教材两部。目前主要从事岩土工程领 域的相关研究与教学工作。 难触目惊心。笔者及科研组通过对一些尾矿库垮坝 事故的调查发现，尾矿库垮坝的原因主要是水的作 矿 冶 用，水的浸润与冲刷使尾矿体的力平衡系统受到破 坏，导致尾矿体沿天然坡面发生整体的、缓慢的、脉 动性的滑动变形，降落在尾矿体上的雨水会在尾矿 体内产生相当大的孔隙压力，从而导致尾矿体的失 技术的重要进展之一，它是利用接收导航卫星载波 相位进行实时相位差分的技术，能够对地面上各种 可见物体的空间位移进行实时监测。ＲＴＫ—ＧＰＳ差 分系统是由１个ＧＰＳ基准站、１个或多个ＧＰＳ监测 稳，尾矿体渗透系数在１×１０一～１×１０ 之间时易 在长期降雨条件下出现滑动。降雨引起的孔隙压力 通常可根据流线与坡面平行的流网进行估算。若尾 矿体处于非饱和状态，孑Ｌ隙水将处于受拉状态，下雨 时毛细管张力引起的负孔隙压力消失、强度突然降 站和通信系统组成。基准站将接收到的卫星差分信 息通过无线通讯或有线通讯的形式实时传递到各个 监测站。各个监测站接收卫星信号及ＧＰＳ基 准站信息，进行实时差分后可实时测得站点的三维 空间坐标。所有监测结果实时传送到尾矿库监控中 低，因而也极易导致滑动。尾矿体滑动有３种表现 形式，第一种是尾矿体的一部分沿着一个明显的滑 动面发生剪切破坏；第二种是尾矿体无规则的蠕变 变形；第三种是雨水或波浪冲蚀下的尾矿体滑动。 目前，对尾矿体滑动的理论研究多采用极限平衡 法 ，这类方法包括Ｓｗｅｄｉｓｈ圆弧法、简化Ｂｉｓｈｏｐ 法、Ｍｏｒｇｅｎｓｔｅｒｎ＆Ｐｒｉｃｅ法、Ｓｐａｎｃｅｒ法、滑楔法、Ｊａｎ— ｂｕ法、线弹性有限单元法等，由于这些理论方法较 复杂且可靠性低，为抑制尾矿体滑动，人们一般多采 取工程防治措施，这些措施包括排水法、支撑法、减 重与加载法等。笔者及科研组通过调查认为，为了 减少尾矿库垮坝危害，应重视尾矿库的监测与预警 工作，为此，开发出了基于ＧＰＳ．ＲＴＫ技术和测量机 器人的２种尾矿库三维滑动监测系统，取得了良好 的效果，另外，笔者及科研组还根据大量的调查资料 和监测资料建立了尾矿库安全预警的指标体系，在 此，特做介绍。 １尾矿库安全监测 尾矿坝一般以滤水坝为初期坝、利用尾矿筑坝， 或全部采用当地土石料或废石建坝。设计地震烈度 ７度以下地区一般采用上游式尾矿筑坝，设计地震 烈度８～９度地区一般采用下游式或中线式尾矿筑 坝。尾矿坝设计应进行渗流计算和渗流稳定研究， 以确定坝体浸润线、逸出坡降和渗流量，并根据具体 情况设置反滤层。另外，尾矿初期坝与堆积坝的坝 坡还应进行抗滑稳定性验算。上游式尾矿坝的堆积 坝下游坡面上应以土石覆盖，并应结合排渗设施每 隔５～１０ｍ高差设置排水沟。尾矿坝应设置坝体位 移和坝体浸润线观测设施，必要时还应设置孔隙水 压力、渗透水量及其混浊度的观测设施。 １．１ ＲＴＫ－ＧＰＳ尾矿库安全自动监测系统 ＲＴＫ—ＧＰＳ尾矿库安全自动监测系统见图１。 ＧＰＳ技术（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）是美国研制的 第二代卫星导航系统 。 。ＲＴＫ．ＧＰＳ技术是ＧＰＳ 心。尾矿库监控中心根据接收机的ＧＰＳ差分信号 结果进行尾矿库形变信息的计算与处理。ＲＴＫ—ＧＰＳ 技术监测尾矿库三维形变时，ＧＰＳ基准站应设置在 地质结构稳定地区，ＧＰＳ监测站则分别设置在尾矿 库上的各个设计的监测位置，各ＧＰＳ监测站只要能 接收到６颗以上ＧＰＳ卫星及基准站传来的ＧＰＳ差 分信号，即可进行ＲＴＫ—ＧＰＳ差分定位，各ＧＰＳ监测 站间不需要相互看见，观测值互不相干、相互。 ＲＴＫ—ＧＰＳ技术基本不受气候条件的影响，具有高度 自动化和全天候监测的能力，从接收信号、捕捉卫 星、到完成ＲＴＫ差分位移都由仪器自动完成。ＧＰＳ 监测站的瞬时三维坐标可通过无线通讯或有线通讯 的形式自动存入尾矿库监控中心服务器进行尾矿库 安全分析。ＲＴＫ．ＧＰＳ输出定位结果的速率可达１０ —２０Ｈｚ 图１ ＲＴＫ・ＧＰＳ尾矿库安全目动监测系统 Ｆｉｇ．１ Ｔｈｅ ＲＴＫ—ＧＰＳ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｓａｆｅｔｙ ｏｆ ｔａｉｌｉｎｇｓ ｓｔｏｒａｇｅ 尾矿库的变形与孑Ｌ隙水压力的作用密切相关， 为此，必须知道尾矿库孔隙水压力的实时变化情况， 必须在尾矿库的适当部位设置孔隙水压力自动监测 装置，孔隙水压力自动监测数据通过光纤电缆实时 传送到尾矿库监控中心。尾矿库监控中心将ＧＰＳ 监测站的瞬时三维坐标和孔隙水压力自动监测结果 进行时间上的同步匹配与分析，即可绘出尾矿库形 变与孑Ｌ隙水压力变化间的响应曲线，根据响应曲线 姜晨光等：尾矿库监测与预警问题研究 的变化特征即可对尾矿库安全状况做出诊断。 ＲＴＫ．ＧＰＳ尾矿库安全自动监测系统采用三维 坐标系统，采用的平面坐标系统应是基于ＷＧＳ．８４ 椭球的高斯平面直角坐标系统、子午线应为过 尾矿库中心的子午线、距离投影面应为尾矿库的平 监测点１ 均高程面，采用的高程系统应为基于ＷＧＳ一８４椭球 的ＧＰＳ大地高系统。 １．２ 测量机器人尾矿库安全自动监测系统 图２测量机器人尾矿库安全自动监测系统 Ｆｉｇ．２ Ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ—ｒｏｂｏｔ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ 测量机器人尾矿库安全自动监测系统见图２。 测量机器人是指带自动追踪功能的智能电子全站 仪。测量机器人具有马达驱动、激光寻点、ＣＣＤ技 术、自动目标识别、自动照准、自动测角、自动测距、 自动跟踪目标、自动记录、具有标准数据接口（比如 ＲＳ２３２串行接口）或Ｍｏｄｅｍ、可实现现场作业与远 端办公室同步数据通讯的系列功能。测量机器人具 有自学习功能。 测量机器人监测尾矿库时，测量机器人固定设 置在地质结构稳定地区，数个全反射棱镜分别设置 在尾矿库上的各个设计的监测位置，１个基准点棱 镜也设置在地质结构稳定地区，要求测量机器人应 能够看到所有的棱镜。 监测尾矿库时首先借助测量机器人的自学习功 能，人工对测量机器人进行一次监测程序与顺序的 训练，使监测程序与顺序记录进测量机器人的 ＣＰＵ，然后，只要启动监测命令测量机器人就可以按 自学习时设定的监测程序与顺序进行尾矿库形变的 自动监测了。通常的监测程序与顺序是瞄准基准点 棱镜、然后再顺次瞄准尾矿库上的各个棱镜，测量机 器人和基准点棱镜的三维空间位置（坐标）在Ａ学 习时就设定在了测量机器人的ＣＰＵ里。 同样，也必须在尾矿库的适当部位设置孔隙水 压力自动监测装置。测量机器人尾矿库安全自动监 测系统也采用三维坐标系统，采用的平面坐标 系统应是设定的平面直角坐标系统、子午 线应为过尾矿库中心的子午线、距离投影面应为尾 矿库的平均高程面，采用的高程系统应为基于测量 机器人的三角高程系统。 １．３尾矿库表面监测系统设计 尾矿库表面监测系统的主要工作是于滩标高监 测和坝体位移监测，主要借助ＧＰＳ或测量机器人完 成，同时，附以光纤传感技术。黑风口尾矿库监测现 场见图３。 尾矿库监测基站应选择在尾矿库区以外的地 方，基站位置应土质坚实、地质结构稳定、地势高、视 ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｓａｆｅｔｙ ｏｆ ｔａｉｌｉｎｇｓ ｓｔｏｒａｇｅ 野开阔，基站点周围不得有高度角超过１０。的障碍 物，在基站点附近１ＯＯｍ范围内不得有强电磁干扰 （比如无线电台、高压线、微波站、自动气象站、等）， 且不能有导致多路径效应的ＧＰＳ信号反射体（比如 大面积水面、高大建筑物等），基站应采用强制归心 钢筋混凝土标志。 尾矿库监测点应在尾矿库区内、尾矿坝顶及下 游坝坡外侧均匀分布，测点排距一般为２００—５００ｍ， 测点可采用打人式钢钎标志。钢钎标志利用６２０ 螺纹钢筋制成，钢钎下端磨成锥尖状，钢钎顶端用钢 锯拉一个十字花，十字花的交点即为测点位置。测 点应进行编号，编号用打码器打在钢钎顶端。 尾矿库监测点的观测时间应根据尾矿库形变发 展情况及相关外界条件（比如降水、地震、工程振 动、切坡、工程施工）的变化灵活确定，当然，也可以 按一定的时间间隔（１次／周，或１次／月，或１次／ 季，等）进行。 图３ 黑风口尾矿库监测点布置示意图 Ｆｉｇ．３ Ｌａｙｏｕｔ ｏｆ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｐｏｉｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｈｅｉ・—ｆｅｎｇ・－ｋｏｕ ｔａｉｌｉｎｇｓ ｓｔｏｒａｇｅ 干滩标高的测量不同于其它点标高的测量，这 是由尾矿坝自身的运行特点决定的，随着尾矿坝的 不断填筑加高，滩顶标高和设计最高洪水位下允许 达到的干滩标高是两个动态变化的指标，因此，不能 ・ｌ０・ 矿 冶 在某一位置架设坚固的不能移动的标高监测设备。 故可采用动态ＧＰＳ技术或测量机器人，定期监测尾 滩 矿坝滩顶标高和设计最高洪水位下允许达到的干滩 顶 标 标高，上述方法灵活简便、精度较高、可适应位置的 高 不断变化，见图４。 ｜ｒ ～～Ａ ： ： ｝３ ’ 原始地而 图４安全滩长监测示意 Ｆｉｇ．４ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｔｈｅ ｌｅｎｇｔｈ ｏｆ ｓａｆｅ ｂａｎｋ 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，因此对坝体下游坡变形的掌握 可及时发现尾矿坝的变形率和发展速度，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 应急措施以避免灾害的发生（或减少灾害发生造成 的危害），图５为某尾矿库尾矿坝的典型变形矢量 图，从图中可知坝体下游坡已发生向下和偏向下游 的变形。 图５ 某尾矿坝的典型变形矢量图 Ｆｉｇ．５ Ａ ｃｈａｎ ｏｆ ｄｅｆｏｒｍｅｄ ｖｅｃｔｏｒ ｏｆ ａ ｒａｉｌｉｎｇｓ ｄａｍ 根据尾矿坝的长短至少应选择２～３个监测剖 面。一般在最大坝高处、地基地形地质变化较大处 均应布置监测剖面，在每个剖面最上面安装一个 ＧＰＳ装置，通过多个ＧＰＳ装置采用差分方法确定该 点的绝对坐标。然后根据坝的高矮在坝坡表面从上 到下均匀设置４—６个坡面监测点，将监测点依次与 ＧＰＳ定位装置相连，然后在每个监测点上打固定桩 （桩的深度根据坝体的实际情况进行调整），在每个 固定桩之间安装位移传感器，通过位移传感器监测 固定桩间、固定桩与ＧＰＳ定位装置间的位移变化， 从而监测整个坝体的位移（包括坝体的绝对位移和 坝体内部的相对位移），见图６，采用的光纤位移传 感器主要参数为标准量程０—２００ｒａｍ、测量精度± ０．５％ＦＳ、连接方式为ＦＣ／ＡＰＣ、使用温度为一３０℃ 一８ＯｃＩ＝、尾纤种类为铠装光缆。 １．４尾矿库内部监测系统设计 图６坝体位移监测示意 Ｆｉｇ．６ Ｌａｙｏｕｔ ｏｆ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｉ￣ｔ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｆｏｒ ａ ｒａｉｌｉｎｇｓ ｄａｍ 尾矿库内部监测主要包括浸润线、库水位监测 等。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的稳定 及安全性状，因此，对浸润线位置的监测是尾矿库安 全监测的重要内容之一，图７显示了监测获得的某 尾矿坝孔隙水压力的分布情况（其中孔隙水压力为 ０的线即为尾矿坝的浸润线）。浸润线监测一般应 选择尾矿库坝上最大断面或者一旦发生事故将对下 游造成重大危害的断面为监测剖面，对大型尾矿库 在一些薄坝段也应设置监测剖面。每个监测剖面应 至少设置５个监测点，应根据设计资料中坝体下游 坡处的孔隙水压力变化梯度灵活选择监测点。尾矿 坝坝坡浸润线监测可采用２种方法进行，一是埋设 测压管由人工在现场实测，二是埋设特制传感器进 行半自动或自动观测，具体采用何种方法可根据具 体情况确定。图８为自动监测式光纤光栅压力传感 器监测浸润线的方案，在尾矿坝剖面上布置多个测 量点，在每个测量点上先打孑Ｌ将测压管埋人孔中，再 将光纤光栅渗压传感器安装到测压孔内，通过测量 测压管内水压计算出测压管内水位日 ，根据埋入测 压管的长度日即可计算出该测量点的浸润线深度， 浸润线监测仪器的埋设应按照《尾矿库安全技术规 程》（ＡＱ２００６—２００５）中规定的计算工况所得到的坝 体浸润线位置进行（在作坝体抗滑稳定分析时，规 范规定浸润线须按正常运行和洪水运行两种工况分 别给出，因此，设计时所给出的浸润线位置应是监测 仪器埋设深度的最重要的依据），采用的光纤光栅 渗压力传感器的主要技术参数为标准量程０～ ０．３５ＭＰａ，测量精度０．３％ＦＳ，连接方式为ＦＣ／ＡＰＣ， 使用温度一３０℃～８０℃，尾纤种类为铠装光缆，安 装方式采用直接浸人或埋人方式。 尾矿库内通常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判断该库的防洪能 力是否满足安全要求。对库水位位置的准确把握可 姜晨光等：尾矿库监测与预警问题研究 图７某尾矿坝孔隙水压力分布示意（单位：ｋＰａ） Ｆｉｇ．７ Ｌａｙｏｕｔ ｏｆ ｐｏｒｏｕｓ ｗａｔｅｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｏｆ ａ ｔａｉｌｉｎｇｓ ｄａｍ（ｕｎｉｔ：ｋＰａ） 图８浸润线监测示意 Ｆｉｇ．８ Ｌａｙｏｕｔ ｏｆ ｉｎｆｉｌｔｒａｔｅ ｌｉｎｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ 防止尾矿库在汛期因洪水漫顶而溃坝的事故的发 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规定的汛前 水位。黑风口尾矿库采用的光纤光栅水位传感 器（见图９。其中Ａ、Ｂ、Ｃ分别为不同量程的光纤光 栅水位传感器）主要参数依次是：Ａ传感器量程 １０ｍ、测量精度０．３％ＦＳ；Ｂ传感器量程２０ｍ、测量精 度０．３％ＦＳ；Ｃ传感器量程３０ｍ、测量精度０．３％ＦＳ。 图９ 光纤光栅厍水位目动监测单２１５不惹图 Ｆｉｇ．９ Ｌａｙｏｕｔ ｏｆ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｌｅｖｅｌ ｆｏｒ ｔａｉｌｉｎｇｓ ｓｔｏｒａｇｅ ｂｙ ｆｉｂｅｒ ａｎｄ ｇｒａｔｉｎｇ ｓｅｎｓｏｒ 另外，我们对黑风口尾矿库的重点部位还通过 视频监控点进行了监测（安装视频监控摄像探头， 实现对监测现场的实时监控）。整个系统具有音视 频同步、数字方式记录、多索引回放、图像编辑、图像 并网等诸多特点，同时还为系统留有广阔的扩展空 间以全面满足现代化监控需求。系统分为本地监控 系统和网络互联系统２大部分。本地监控系统由前 端设备、数字化处理和控制／通讯系统等组成。 ２ 尾矿库安全预警的基本准则 除了尾矿库各监测点的三维空间位移监测以 外，还应该检查尾矿坝的裂缝、渗漏及水位（包括洪 水位监测和地下水浸润线监测，暴雨期间和水位异 常波动时应增加监测次数），查明坝面浸润线出逸 点位置、范围、水量、含沙量和形态，监测周边山体可 能发生的滑坡、塌方和泥石流等情况（应详细观察 周边山体有无异常和急变），检查库区范围内是否 有危及尾矿库安全的其它人工活动（比如放牧、开 垦、违章爆破、采石、建设活动、尾矿回采、取水、外来 尾矿排放、废石排放、废水排放、废弃物排入等）。 根据大量调查资料、监测资料结合理论分 析 ，笔者及项目组认为尾矿库安全预警主要应考 虑３个因素，即水平位移、竖向位移和裂缝，一般情 况下，当有下列情形之一发生时应进行尾矿库安全 预警。 （１）尾矿库内各监测点平均同向（或近同向）水 平位移量超过６ｍｍ／ｄ； （２）尾矿库内个别监测点水平位移速度超过 １２ｍｍ／ｄ； （３）尾矿库内各监测点平均下沉速度超过 ５ｎｌｍ／ｄ； （４）尾矿库内个别监测点下沉速度超过１Ｏｍｍ／ｄ； （５）尾矿库局部表面裂缝宽度超过８０ｒａｍ； （６）尾矿库表面各裂缝带的平均展宽速度超过 ４ｍｍ／ｄ； （７）尾矿库表面单个裂缝带的展宽速度超过 ９ｍｍ／ｄ； （８）坝体出现贯穿性横向裂缝，且出现较大管 涌、水质混浊、挟带泥沙或坝体渗流在堆积坝坡有较 大范围逸出且出现流土变形； （９）堆积坝外坡冲蚀严重，形成较多或较大的 冲沟。 ３ 结语 根据尾矿库安全监测结果可对尾矿库的安全度 进行科学评价，可以确保尾矿库下游人们的生命和 财产安全，对维护社会安宁具有重要的现实意义。 笔者及科研组开发出的基于ＧＰＳ—ＲＴＫ技术和测量 机器人的２种尾矿库三维滑动监测系统的三维监测 精度优于２ｍｍ，将尾矿库各次监测结果输入计算 机，在专用软件支持下可对尾矿库的动态变化过程 进行计算机模拟和预测。 参考文献： ［１］采矿手册编写组．采矿手册［Ｍ］．北京：冶金工业出版 （下转至第２０页） ・２Ｏ・ 矿 冶 （４）从ｐＨ试验曲线可以看出，用油酸浮选菱锌 矿时，在矿浆ｐＨ值呈酸性条件下，可得到较好的回 １９９４． （２］王福良，罗思岗，孙传尧．利用分子力学分析黄药浮选 收率，当ｐＨ值增大至矿浆ｐＨ值呈碱性时，菱锌矿 逐渐被抑制，浮选回收率逐渐降低；用硫酸化油酸浮 选菱锌矿时，当矿浆ｐＨ值在５～９范围内，具有 未活化菱锌矿的浮选行为［Ｊ］．有色金属（选矿部分）， ２００８（４）：４３～４７． ［３］罗思岗，王福良．分子力学在研究浮选药剂与矿物表面 作用中的应用［Ｊ］．矿冶，２００９（１）：０１—０４． （４］汪正然，陈武．矿物学［Ｍ］．上海科技出版社，２００７． ８０％以上的回收率，随矿浆ｐＨ值的逐渐增大，菱锌 矿被逐渐抑制，浮选回收率缓慢降低。 参考文献： ［１］王淀佐．浮选剂原理及应用［Ｍ］．冶金工业出版社 ［５］普拉蒂普．浮选药剂的分子模拟及合理设计［Ｊ］．国外 金属矿选矿，２００４（１０）：２８—３４． （上接第ｌｌ贝） 社，１９９８． ２３（８）：９２１—９２５． （２］北京有色冶金设计研究总院 尾矿设施施工及验收规 ［６］Ｐａｒｋｉｎｓｏｎ Ｗ Ｂ。Ｓｐｉｌｋｅｒ Ｊ．Ｅｎｇｅ Ｐ．Ｇｌｏｂａｌ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｓｙｓ－ ｔｅｎ：ｔｒｈｅｏｒｙ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｍ］．ＡＩＡＡ Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ ＤＣ，１９９６． 程（Ｙ８５４１８０５）［Ｓ］．１９９５． （３］北京有色冶金设计研究总院 选矿厂尾矿设施设计规 范（ＺＢＪ１—９０）［Ｓ］．１９９０． ［７］Ｌｅｉｃｋ Ａ．ＧＰＳ ｓａｔａｌｌｉｔｅ ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ［Ｍ］．Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ＆ Ｓｏｎｓ，１９９０． ［４］上游法尾矿堆积坝工程地质勘察规程（ＹＢＴＩ卜８６）［ｓ］． １９８６． ［８］工程地质手册编写组．工程地质手册［Ｍ Ｊ．北京：中国 建筑工业出版社，１９９２． ［５］Ｋｅｅｆｅｒ Ｄ Ｋ，Ｗｉｌｓｏｎ Ｒ Ｃ，Ｍａｒｋ Ｒ Ｋ，ｅｔ ａ１．Ｒｅａ１．ｔｉｍｅ ｌａｎｄｓｌｉｄｅ ｗａｒｎｉｎｇ ｄｕｒｉｎｇ ｈｅａｖｙ ｒａｉｎｆａｌｌ［Ｊ］．Ｓｃｉｅｎｃｅ，１９８７， （上接第１５页） （５）稳态阶段的径向蠕应变率平均值是轴向蠕 应变率平均值的３．６倍。 （６）随加载应力水平的提高，细砂岩初期蠕应 变量及稳态阶段蠕应变量的增加趋势，验证了其粘 性流动度的递增规律。 参考文献： （１］孙钧．岩土材料流变及其工程应用［Ｍ］．北京：中国建 筑工业出版社，１９９９． 确定方法［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２００９，２８（２）：４２５— ４３２． ［５］刘学增，苏京伟，王晓形．不同围岩级别凝灰熔岩剪切 流变特性的试验研究［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２００９， ２８（１）：１９０—１９７． （６］陶波，伍法权，郭改梅，等．西原模型对岩石流变特性的 适应性及其参数确定［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２００５， ２４（１７）：３１６５～３１７１． ［７］杨成祥，冯夏庭，陈炳瑞．基于扩展卡尔曼滤波的岩石 流变模型参数识别［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２００７，２６ （４）：７５４—７６１． （２］袁海平，曹平，万文，等．分级加卸载条件下软弱复杂矿 岩蠕变规律研究［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２００６，２５ （８）：１５７５—１５８１． ［８］张立俊，刘传孝．流变围岩巷道支护技术［Ｍ］．北京：煤 炭工业出版社，２００８． ［３］赵永辉，何之民，沈明荣．润扬大桥北锚碇岩石流变特 性的试验研究［Ｊ］．岩土力学，２００３，２４（４）：５８３—５８６． ［４］夏才初，许崇帮，王晓东，等．统一流变力学模型参数的 ［９］周德培．流变力学原理及其在岩土工程中的应用［Ｍ］． 成都：西南交通大学出版社．１９９５．
