专利名称：尾矿坝安全监测的方法
技术领域：
本发明涉及尾矿坝安全监测的技术，且特别涉及一种适用于中线式和下游式尾矿坝安全监测的方法。
背景技术：
尾矿坝按照其筑坝方式，可分为上游式尾矿坝、中线式尾矿坝和下游式尾矿坝。上游式尾矿坝堆积坝的外坝面固定，浸润线位置基本不变。中线式尾矿坝结构示意图如图1所示。中线式筑坝法堆积尾矿坝时，在初期坝轴线处用水力旋流器进行尾矿分级，将所得的沉砂与溢流向初期坝坝外和初期坝坝内分别堆筑，旋流分级粗砂冲积尾矿。中线式尾矿坝具有如下特点堆积坝的外坝面不断有沉砂(粗尾砂)冲填堆积，外坝面不断升高。随着堆积坝的外坝面不断升高，设计浸润线的位置随之升高，设计浸润线的位置是根据浸润线与堆积坝的外坝面的最小安全高度来确定的，为确保中线式尾矿坝的安全，要求尾矿坝的实际浸润线不能高于设计浸润线。下游式尾矿坝在初期坝下游方向采用旋流分级粗尾砂冲积尾矿，其坝体和浸润线也具有与中线式尾矿坝类似的特点。尾矿坝的浸润线是监测尾矿坝安全性的重要指标，目前，国内外对于尾矿坝浸润线在线监测的方法，大多适用于上游式尾矿坝等堆积坝外坝面固定、设计浸润线位置基本不变的情况，而对于中线式和下游式尾矿坝等堆积坝外坝面不断被尾砂冲填，设计浸润线位置随之升高的情况，目前还缺少准确有效的浸润线在线监测方法。对于日益较多的采用中线式筑坝加高扩容工艺的尾矿库，急需一种新的能够对中线式尾矿坝或类似尾矿坝的坝体浸润线进行准确有效地监测的方法，以对尾矿坝的安全性进行有效的监测。
发明内容
本发明提供了一种尾矿坝安全监测的方法，通过对尾矿坝浸润线进行准确有效地监测，以实现对尾矿坝安全性进行有效的监测。本发明提供了一种尾矿坝的安全监测方法，其中该尾矿坝上的外坝面上设有至少一个浸润线监测点，该尾矿坝的各浸润线监测点竖直埋设有角钢，所述角钢上标有刻度，在尾矿坝周边的稳固岩土上预先设置用于作为起算高程的工作基点，工作基点的高程值作为所述角钢刻度的起算点高程值；所述方法包括获取外坝面覆盖所述角钢的刻度值；计算浸润线监测点的外坝面高程值；其计算方式为所述浸润线监测点的外坝面高程值=角钢刻度的起算点高程值+外坝面覆盖该浸润线监测点的所述角钢的刻度值；根据所述浸润线监测点的外坝面高程值，计算浸润线监测点的设计浸润线的高程值；获取尾矿坝的各浸润线监测点的实际浸润线的高程值；
对所述各浸润线监测点的设计浸润线的高程值与所述各浸润线监测点的实际浸润线的高程值进行比较，以判断所述尾矿坝的安全性。本发明的尾矿坝的安全监测方法，能够实时准确地测量尾矿坝的外坝面高程值， 进而得到尾矿坝浸润线的设计高程值和实际高程值。该方案能实时、准确、有效地对尾矿坝的浸润线状况进行监测，提高了尾矿坝安全监测的有效性，具有很高的应用价值。
图1为现有的中线式尾矿坝的结构示意图；图2为本实施例的尾矿坝外坝面测量方法的示意图；图3所示为本实施例的尾矿坝安全监测的方法流程图；图4所示为本实施例的尾矿坝的实际浸润线测量方法的示意图。
具体实施例方式体现本发明特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施例上具有的各种变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及所附附图在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。现有技术中的技术方案，其面临的主要技术问题包括(1)中线式堆积坝外坝面不断有沉砂(粗尾砂)冲填堆积，外坝面不断升高，如何准确测量堆积坝外坝面的实时高程。(2)随着堆积坝的外坝面不断升高，设计浸润线的位置随之升高，如何实时准确有效地监测实际浸润线的位置，实现对浸润线的实时有效的监测，以确保实际浸润线不高于设计浸润线。本发明提供了一种尾矿坝安全监测的方法，用以解决现有技术中存在的上述问题，实现对中线式和下游式尾矿坝浸润线进行有效和准确的在线监测。该技术方案主要包括一、实时监测堆积坝外坝面高程的方案；二、实时监测坝体浸润线位置的方案。通过获取外坝面的高程值就能够进一步的获取设计浸润线的高程值，工作人员通过比较设计浸润线的高程值和实际浸润线的高程值，就能够了解尾矿坝浸润线状况，实现对尾矿坝的浸润线的安全监测。一、实时监测堆积坝外坝面高程的方案如下参见图2所示为本实施例的监测堆积坝外坝面高程的示意图。在该方案中，预先在尾矿坝的周边较近的稳固岩土基上设置一个或多个高程测量的工作基点，通过工作基点可用全站仪等设备定期测量堆积坝外坝面各个监测点的实时高程。高程测量的工作基点作为后续测量的参考基点，应确保其位置的准确和稳定，为此，可进一步在距离坝体位置较远的稳固岩土基上，设置一个或多个基准点，通过该基准点监测该工作基点是否发生变化，以确保工作基点的准确性。设置了工作基点后，在尾矿坝的各浸润线监测点竖直埋设角钢以测量外坝面的高程，该角钢上标有刻度，角钢上的刻度的起算点高程值对应于一工作基点的高程值，即角钢刻度的起始点与该工作基点位于同一高度。工作基点的高程值作为角钢刻度尺的起算高程，并可对角钢刻度尺测量值进行校正。
优选的，角钢可采用Z 50X50X5mm规格(或其他规格)特制标准角钢，角钢长度可以为3m(或其他标准长度)，在角钢的外侧喷漆标绘明显的黑底白线的刻度，以利于观测。本实施例中，可采用一影像识别设备获取外坝面覆盖角钢的刻度值。一种方案为图2所示，在尾矿坝周边适当的位置安装1台或多台影像识别设备，以观测角钢的外侧上的刻度，并将观测的影像信息以无线或有线传输的方式反馈到工作站，以供工作人员读取角钢上的刻度信息，或者使用一图像识别设备根据该影像信息识别出外坝面覆盖角钢的刻度值。其中，该影像识别设备可以为高分辨率的影像照相机，且角钢带刻度的一面正对照相机。可以通过远程控制模块，控制照相机定时对堆积坝上的角钢进行拍照，并将含有角钢上的刻度的影像传输到监控中心，监控中心可通过人工读取或者影像自动识别技术获取外坝面覆盖角钢的刻度值，将该外坝面覆盖角钢的刻度值与起算高程值相加即得到尾矿坝外坝面的实际高程值。此外，随着外坝面上不断有沉砂冲填堆积，导致外坝面不断升高，则需要增加用于测量高程的角钢的长度，本案中的各个角钢之间的连接采用螺栓连接，当最上部的角钢被尾砂填埋到露出外坝面0. 3 0. 5m时，则需要在该角钢的顶端部连接一根新的角钢，该新的角钢能够延续底部角钢上的刻度。通过上述的方案，就可以使得在外坝面的高度不断升高的情况下，也能精确测量得到外坝面的高程值。基于上述方案，本案的尾矿坝安全监测的方法的具体步骤如下31 获取外坝面覆盖所述角钢的刻度值。32 计算浸润线监测点的外坝面高程值；其计算方式为所述浸润线监测点的外坝面高程值=角钢刻度的起算点高程值+外坝面覆盖该浸润线监测点的所述角钢的刻度值；通过上述步骤就可以实时监测外坝面的高程，由此就可以进一步的得到尾矿坝的设计浸润线的高程值，具体如下33:根据浸润线监测点的外坝面高程值，计算浸润线监测点的设计浸润线的高程值；计算方法为所述浸润线监测点的设计浸润线高程值=所述浸润线监测点的外坝面高程值-预先设定的设计浸润线与外坝面的距离。外坝面的高程“卜通过上述的外坝面计算方案所获得。设计浸润线与外坝面的距离H通常为一常数，如某一尾矿坝根据实际的安全需要，设计浸润线与外坝面的距离H为 9m，外坝面的高程为80m。则设计浸润线的高程Z设为Z设=Z外-H = 80m_9m = 71m。34 获取尾矿坝的各浸润线监测点的实际浸润线的高程值。获取各浸润线监测点的实际浸润线的高程值可以采用现有技术中的方案。此外， 本案给出的测量实际浸润线的技术方案将在下文中详述。35:对所述各浸润线监测点的设计浸润线的高程值与所述各浸润线监测点的实际浸润线的高程值进行比较，以判断所述尾矿坝的安全性。在得到各浸润线监测点的设计浸润线的高程值和实际浸润线的高程值后，工作人员就可以通过比较各浸润线监测点的设计浸润线高程值与实际浸润线高程值，实现对尾矿坝的安全性监测。比如当实际浸润线高程值小于设计浸润线高程值，则说明该尾矿坝运行正常；当实际浸润线的高程值大于设计浸润线高程值时，则说明该尾矿坝运行异常，需要采取相应的安全措施。上述监测功能可采用一包括计算设备的工作站自动实现，以减少工作人员的负担。该工作站收到影像识别设备发送的外坝面覆盖角钢的图像信息后，获取外坝面覆盖角钢的刻度值，并以此计算得到设计浸润线的高程值，再进一步的获取到实际浸润线的高程值后，就可以比对两个高程值，根据比较结果，通知工作人员尾矿坝浸润线正常；或者发送警报通知工作人员尾矿坝浸润线处于异常状态。对于步骤34涉及的获取尾矿坝的各浸润线监测点的实际浸润线的高程值的方案，可以采用现有技术中提供的方案，此外，本案也给出了一种测量实际浸润线的方案，具体如下二、实时测量坝体浸润线位置的方案参见图4所示为实时测量尾矿坝的实际浸润线的方案的示意图。该方案中，通过在外坝面的各浸润线监测点进行钻孔，孔中埋设透水测压管，在透水测压管中有用于测量透水测压管中的水位的传感器，从而实现对浸润线位置的监测。参见图4所示，传感器布设在浸润线水面以下的适当位置。为确保透水测压管能保持竖直状态，在前述的方案中的竖直埋设的角钢，可以用来固定监测浸润线的透水测压管，使之不发生变形而保持竖直状态。在具体实现上，测压管采用硬塑料管，内径可以为50mm，测压管采用全段透水设计，在管壁上钻有麻花钻孔，且钻孔直径可以为5 10mm。上述的管内径和钻孔直径也可以根据尾矿坝的实际状况进行调整。每根透水测压管标准长度可为3m，其可以与角钢标准长度一致。透水测压管连接采用外接外径大1 3级的塑料管接头连接，要求保持测压管连接稳固，测压管与接头间采用螺丝穿透加固。测压管外侧全部包有无纺土工织物，该织物具有渗透性和过滤周围土体颗粒等作用。可将无纺土工织物预先制成布套子状，安装时直接套入即可。测压管需要固定在角钢上，才能确保测压管被尾砂冲埋时不发生弯曲变形，测压管和角钢采用铁丝、捆扎带等方式进行固定。传感器采用工业总线或者其他信息控制传输线路连接，用以传输传感器测得的水位高度信息。线路架空布设，采用细的不锈钢丝绳一端绑在传感器上，一端固定在测压管口，通过控制钢丝绳在测压管中的长度确定传感器的位置。在增加连接一根新的测压管时， 需要重新设置传感器的位置。对于仅需监测浸润线而无需监测渗流压力分布的情况，则安装一个传感器即可。参见图4所示，实际浸润线高程值的计算方法如下设测压管上端孔口位置的高程为Ztl，Z0的具体值可以在新增测压管时测量获得； 设测压管到传感器的钢丝绳的长度为L，则传感器的高程Zft= Z0-L ；实际浸润线距离传感器的水柱高度为h，则实际浸润线的高程ζ实为zft+h = A-I^h。由此，就可以得到实际浸润线的高程值和设计浸润线的高程值，实际浸润线和设计浸润线高差ΔΗ = Zs-Zi= Zi-H-(Ztl-I^h)，该指标可作为尾矿坝浸润线监测的重要指标，工作人员可以据此对尾矿坝安全进行有效的监测。
本发明的尾矿坝安全监测的方法，能够实时准确地测量尾矿坝的外坝面高程值， 进而得到尾矿坝浸润线的设计高程值和实测高程值。该方案能实时、准确、有效地对尾矿坝的浸润线状况进行监测，提高了尾矿坝安全监测的有效性，具有很高的应用价值。
权利要求
1.一种尾矿坝的安全监测方法，其中该尾矿坝的外坝面上设有至少一个浸润线监测点，其特征在于，该尾矿坝的各浸润线监测点竖直埋设有角钢，所述角钢上标有刻度，在尾矿坝周边的稳固岩土上预先设置用于作为起算高程的工作基点，所述角钢上的刻度的起算点高程值对应于所述工作基点的高程值；所述方法包括获取外坝面覆盖所述角钢的刻度值；计算浸润线监测点的外坝面高程值；其计算方式为所述浸润线监测点的外坝面高程值=角钢刻度的起算点高程值+外坝面覆盖该浸润线监测点的所述角钢的刻度值；根据所述浸润线监测点的外坝面高程值，计算浸润线监测点的设计浸润线的高程值；获取尾矿坝的各浸润线监测点的实际浸润线的高程值；对所述各浸润线监测点的设计浸润线的高程值与所述各浸润线监测点的实际浸润线的高程值进行比较，以判断所述尾矿坝的安全性。
2.根据权利要求1所述的尾矿坝的安全监测方法，其特征在于，所述获取外坝面覆盖所述角钢的刻度值，包括通过一影像识别设备获取外坝面覆盖所述角钢的刻度值。
3.根据权利要求1所述的尾矿坝的安全监测方法，其特征在于，尾矿坝的各浸润线监测点还竖直插设有透水测压管，且一水位传感器通过悬吊绳从所述透水测压管的上端孔口向下延伸至透水测压管中的水面以下；所述获取尾矿坝的各浸润线监测点的实际浸润线的高程值，包括根据浸润线监测点的透水测压管上端孔口位置的高程Ztl，透水测压管上端孔口到传感器的悬吊绳长度L，以及所述传感器测得的水位高度h，计算该浸润线监测点的实际浸润线的高程值4 ；计算公式为= A-I^h。
4.根据权利要求ι所述的尾矿坝的安全监测方法，其特征在于，所述浸润线监测点的透水测压管固定于所述角钢上以保持竖直。
5.根据权利要求1所述的尾矿坝的安全监测方法，其特征在于，所述方法还包括当所述外坝面距离所述角钢的顶部小于一预设距离时，则在所述角钢的顶部续接一根能延续所述角钢上的刻度的新的角钢。
全文摘要
本发明公开了一种尾矿坝安全监测的方法，包括获取外坝面覆盖所述角钢的刻度值；计算浸润线监测点的外坝面高程值；根据所述浸润线监测点的外坝面高程值，计算浸润线监测点的设计浸润线的高程值；获取尾矿坝的各浸润线监测点的实际浸润线的高程值；对所述各浸润线监测点的设计浸润线的高程值与所述各浸润线监测点的实际浸润线的高程值进行比较，以判断所述尾矿坝的安全性。本发明的尾矿坝浸润线安全监测的方法，能够实时准确地测量尾矿坝的外坝面高程值，进而得到尾矿坝浸润线的设计高程值和实际高程值。该方案能实时、准确、有效地对中线式尾矿坝的浸润线状况进行监测，提高了尾矿坝安全监测的有效性，具有很高的应用价值。
文档编号G01C5/00GK102494668SQ20111039911
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月5日 优先权日2011年12月5日
发明者杜年春, 罗贞焱 申请人:中国有色金属长沙勘察设计研究院有限公司