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1、 2 0 1 6年 4月 第 4 5卷第 2期 中国矿 山工程 Ch i n a Mi n e En g i ne e r i n g 7 3 尾矿库安全监测预警系统研究 Ea r l y wa r n i n g s y s t e m s t u d y o f s a f e t y mo n i t o r i n g f o r t a i l i n g s p o n d 赤 哲 辽宁 有 色 勘 察 研 究 院 辽 宁沈 阳1 1 0 0 1 3 摘 要 建立 了尾矿库安全监 测的预 警 系统 将 定量监 测 定性判 断相 结合 综 合确 定尾矿 库 的安全性 给 出必要 的预
2、 警值 建 立了尾矿 库的安全预警综合指标体 系 确立 了尾矿库 的安全预 警准则 确 定 了尾矿 库的安全预 警级 别和相应判 定标准 建 立 了尾 矿库 安全预警方法 研究成果 可为尾 矿库安全管理提供参考 关键词 尾矿库 安全监测 预 警 定量监测 定性判 别 Abs t ra c t Ea r l y wa r ni n g s y s t e m o f s a f e t y mo ni t o r i n g f o r t ai l i n g s po n d wa s e s t a bl i s he d Co mb i n e d q ua n t i t a t i
3、v e mo n i t o r i n g a n d qu a l i t a t i v e j u d g me n t t h e s t a b i l i t y o f t a i l i n g s p o n d w a s d e t e r mi n e d c 0 mp r e h e n s i v e l y a n d t h e n e c e s s a r y e a r l y wa r n i n g v a l u e s we r e g i v e n T h e i nt e g r a t e d i nd e x s y s t e m o
4、 f s a f e t y e a r l y wa r n i n g wa s b ui l t The s a f e t y wa r ni ng c r i t e r i a we r e e s t a b l i s he d Th e s a f e t y e a r l y wa r ni ng l e v e l a n d c o r r es p o nd i ng d e c i s i o n c r i t e r i a we r e d e t e r mi n e d Sa f e t y e a r l y wa r ni n g me t ho d
5、 s o f t a i l i n g s p o nd we r e s e t up The r e s e a r c h r e s u l t s c a n pr o v i d e r e f e r e nc e s f o r t he s a f e t y ma na g e me n t o f t a i l i n g s p o nd Ke y wo r d s t a i l i n g s p o n d s a f e t y mo n i t o r i n g e a r l y w a r n i n g q u a n t i t a t i v
6、e mo n i t o r i n g q u a l i t a t i v e j u d g me n t 1 前言 尾矿库安全监测的 目的在于实现对尾矿库安全状态 的预警 提前发现存在 的安全隐患 及时分析原 因 进行 安全 管理 决 策和制 定 相应 的对 策措施 尾 矿库 安全 监测 与预警预报相辅相成 为使尾矿库在线监测系统能更全 面地发挥作用 需要对各项监测指标建立不同的预警控 制值 据笔者调研 现行各类岩土工程监测规范中 除规 范 1 和 2 外 其它相关行业的边坡 大坝 隧道等规范 均未给出报警控制值 制定有效的安全预警控制值是各 行业 面 临的重 大课 题 和技术 难题
7、 尾 矿库 的尾 矿颗 粒细 分期 筑 坝 坝 高不 断变 化 与土 石结 构差别 大 尾矿 库型式 筑坝方式也 多种多样 建立完整的尾矿库监测 预警标准是一个十分复杂的课题 具有重要 的实用价值 本文尝试建立尾矿库安全监测预警系统 给出监测 预警 控制标准 为尾矿库安全管理提供参考 2 安全预警 的关键 要素 尾 矿 库安 全预 警系 统 的关 键 要素 包括 预警 指标 和预 警准则 2 1 预 警 指标 依据 监测 结果 的安 全 预 警 定 量 资 料 主 要 取 自于尾 矿库在线监测指标和人工监测指标 据此 确定 的安全 预警定量指标包括浸润线埋深 坝体位移 库水位 超高 滩长 降水
8、量 尾矿库是一个完整的系统 它将相互作用和相互依 赖的若干指标组合起来 综合保障安全运行 7 4 中 国矿 山工程 2 0 1 6年 第 4 5 卷 2 2预 警准 则 以综 合 反 映 尾 矿 库 安 全 状 态 的 安 全 系数 为 基 础 对 各监测 指标 分别 设定 预警 阈值 的原 则 来 拟定 预警 准则 预警准则的最核心问题是确定预警 阈值 控制 值 它对 于预警 的准 确性具 有重要 作用 当预警 指标的度量值偏离其安全水平并超过预警 阈值 时 警情 即出现 要科学合理地确定 闽值 使之能准确 地对 尾 矿库安 全运 行状 况和 趋势 作 出判 断 3 预警级别 参照地质灾害
9、环境污染 防汛 气 象等相关行 业 的预 警级 别划 分 方法 建 立 尾矿 库 安 全 监测 的三 级预警模式 含义和特征如下 3 1 黄色预 警 级 含 义 尾矿 库灾 害发 生具有 一 定可能 性 特征 各项定量指标中除浸润线外 有一项定量 指标超出相应警戒值 而各定性指标均未达到相应 警戒值时 可判定为黄色预警状态 此时 坝体总体 来说 是 安全 的 但 尾矿 库运 行存在 一定 的风 险 防御措 施 适 当加 大尾 矿库巡 查 频率 对超 标 的 监 测指 标进 行分 析 分 别进 行整 治 防止安 全状 况进 一 步下 降 3 2 橙 色预 警 级 含义 尾矿库灾害发生可能性较大
10、特征 满 足至 少下列 条件 之一 时 可 判定 为橙 色 预警状态 浸润线埋深监测值小于预警标准 其 它 定量监 测 指 标 有 2项 及 以 上 超 出相 应 警 戒 值 定性指标有 2项 及以上处 于橙 色预警状 态 此 时 尾矿库产生溃坝的可能性较大 尾矿库 已经进入 警 戒 阶段 坝体 已脱离 安全 阶段 防御措施 立刻组织相关人员分析指标观测 值恶 化 的原 因 同时 制定 可改 善指标 值 的方案 并 且 及时实施方案 提醒下游 的厂矿 学校 居 民等密 切关 注通 知 以防事 故 突然发 生 3 3 红 色预警 I 级 含 义 灾 害发 生可 能性 大 特征 大部分定量指标 和
11、定性指标超出相应警 戒值或红色预警值 可判定为红色预警状态 此时 尾矿库已处于破坏临界状态 坝体 已经处于危险状 态 尾矿库产生溃坝的可能性极大 防御措施 暂停尾矿库作业 迅速降低库 区 水位 以最 快的速度采取措施 保证坝体 的安 全 观察其他监测指标的变化速度和发生地震的可能 性 立刻组织下游居 民转移以保证安全 4 预警方法 4 1 定量 指标 预警 渗流 坝坡稳定和洪水漫顶是尾矿库溃坝事故 发生 的主要原 因 应作为观测和预警 的重点 尾矿 库渗流可通过浸润线埋深来反映 坝坡稳定性可通 过坝体位移来反 映 漫顶可 以通过调洪能力 体现 在库水位 干滩高程和降水量 来反映 因此 与之 相
12、关 的浸润线埋深 位移 库水位 干滩长度和降水 量等应作为检验尾矿库安全的重要定量监测指标 而浸润线作为尾矿库的生命线 其埋深更是最重要 的监 测指标 应 给予 较其 它指标 更 为重要 的地位 这 在 3预警级别定义中有所体现 4 1 1 浸润 线预警 据规范 5 和 8 尾矿坝下游坡浸润线最小埋 深应 不 低于控 制浸 润线 埋深 和表 1数 值 表 1 尾矿坝下游坡浸润线最小埋深 m 4 1 2库水位 预警 1 正常水位 最高洪水位 2 上 游式 尾矿 库 的库 水 位 需 满足 最 小 安 全超 高要求 见表 2 表 2上游式尾矿坝最小超高 4 1 3 滩长预 警 尾矿库 的干滩长度不
13、应小于坝体高度 且满足 表 3和表 4的要求 还有设计提出的控制滩长 表 3上游式尾 矿库最小滩长 4 1 4 降 雨量预警 应首先结合设计洪水标准 验算相应降水量时 的尾矿 库排 洪 系统是 否满 足调 洪要求 当不 满足 调 洪要求时 根据监测值做出预警判断 1 黄色预警 6 h降雨量5 0 m m以上 且降雨持续 第2 期 郝 哲 尾矿库安全监测预警系统研究 7 5 2 橙色预警 3 h降雨量5 0 m m以上 且降雨持续 3 红色预警 3 h降雨量 l O O mm以上 且 降雨 持续 以上预警值是根据 中国气象局的暴雨预警信号 等级标准 确定的 可供尾矿库降雨预警参考 需要 注 意
14、的是 对不 同尾 矿 类别 尾 矿库 等别 和 库区地质地貌条件 临界降雨量是不同的 但 目前 关 于尾 矿库 临界 降 雨 量 的历 史 记 录 稀 少 建 议 根 据 尾矿库溃坝发生时的历史降雨量 降雨强度 降雨持 时 和其 它 内在地 质 环 境 因素 建 立 耦 合 模 型 通 过 非 线性 的方 法 确定 其 临界 降雨 指标 4 1 5 堆 积坝坡 比预警 尾 矿 堆 积 坝 的 下 游 坝 坡 坡 比应 经 稳 定 计 算 确 定 在初步估算时 上游式尾矿库 的下游总坝坡 比 不宜大于 1 4 中线式及下游式尾矿库 的下游 总坝 坡比不宜大于 1 3 还有设计值 4 1 6位移
15、预警 与其 它监 测 指 标 相 比 位 移监 测 预 警 控 制 值 的 确定 是最 复 杂 的 首 先 建 立 位 移 预 警 值 的 确 定 原 则 尾矿库在运行初始期可采用本文设定 的位移 警戒值 三 等及 以下 尾矿库在尾矿坝堆 积至 1 2 1 3最终设计总坝高 一 二等尾矿库在尾矿坝堆 面勘察 在 全面 勘察 和积 累 足 够 监 测 资料 基 础 上 根据 计 算 进 一 步 调 整 位移 监 测 控 制 值 以提 高 预 警 准确性 位 移 监 测 控制 值 的计算 方 法 通 过 建 立考 虑 一 定 置信 区 间 的数 学模 型 并 形 成数 学表 达式来 确 定 根 据
16、最 不利 可 能 因变 量 组 合 并计 入误 差 因素 来 确 定极限值作为监控指标 通过符合稳定及强度条件 的临界安全度或可靠度来反算 出监测量 的允许值作 为 监控 指标 位 移 作 为 各类 岩 土 工 程 的主 要 监测 指 标 一 般 来讲 其预警不但要控制监测项 目的累计变化量 更 要注意控制其变化速率 累计变化量反 映的是 监 测对 象 的即 时与 危 险状 态 的关 系 变 化 速 率 反 映 的是 对象 变 化 的快 慢 变 化 速 率 过 大 往 往 是 事 故 的先兆 当监测 数据 超 过 其 中之 一 时 进 入 预 警 状 态 必须 及 时报警 对 我院 多年来 获取 的尾 矿库 位移 监 测数 据进行 整 理 整 编 和分析 后 提 出尾 矿 库位移 及孔 压监 测 预 警值 见表 5 表 5中 考 虑到 不 同监 测 项 目 筑 坝 方 式和尾矿库等级的预警值 区别 提供 的位移报警值 是一个取值范围 而具体的报警值 由设计方根据土 质特征和周边环境保 护要求 结合工程经验给出合 至 1 3 1 2最终设计总坝高 应对坝体进行一次全 适的预警确定值 表
