我国大型尾矿库动态监测系统研究.pdf

分类号⋯⋯⋯⋯⋯ UDC 密级⋯⋯⋯⋯⋯ 编号⋯⋯⋯⋯⋯ 十- 初大擎 C E N T RA I ，S O U T HU N I V E R S I T Y 硕士学位论文 论文题目毯国太型屋芷廑动态些测丕统硒究 学科、专业室全笪堡工程 研究生姓名割紫曜 导师姓名及 专业技术职务奎建雄副塾援 硕士学位论文 我国大型尾矿库动态监测系统研究 S t u d yo fD y n a m i cM o n i t o r i n gS y s t e m i nL a r g e T a i l i n g P o n di nC h i n a 作者姓名 学科专业 学院 系、所 指导教师 刘紫曜 安全管理工程 资源与安全工程学院 李建雄 论文答辩日期兰 生竺里兰2 5 i 答辩委员会主席 中南大学 2 0 12 年4 月 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不 包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我 共同工作的同志对本研究所作的贡献均己在论文中作了明确的说明。 作者签名 烈紫曜 日期丝 三年上月L 日 学位论文版权使用授权书 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校 有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文， 允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科 学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库， 并通过网络向社会公众提供信息服务。 作者签名避导师签名壹鲨丝日期鲨年上月上日 硕士学位论文摘要 摘要 在我国经济高速发展的模式下，金属非金属矿山采选业迅猛发 展，尾矿库作为维持矿山正常生产的必要设施，是金属非金属矿山的 重大危险源，一旦发生尾矿库事故，后果十分严重。在安全生产形势 如此严峻的情况下，尾矿库能否持续地安全运行成为国家和社会日益 关注的一个问题。 尾矿库动态监测系统作为尾矿库安全管理的一种新兴方式，能够 及时、准确、实时地获取尾矿库各监测单元的技术指标，不但可以节 省人工监测的工作量，而且可根据以往各指标分析的结果对监测单元 的变化趋势进行预测，促进了尾矿库潜在隐患的及时排查和尾矿库持 续地安全运行。 本文的研究内容主要包括以下几个方面 1 介绍了国内外尾矿库动态监测的发展现状和我国尾矿库的总 体安全现状；分析了我国尾矿库的工程特点；详细阐述了尾矿库的危 险源辨识，其中包括尾矿库的灾害表现形式、尾矿库灾害致灾机理和 尾矿库安全管理等内容。 2 通过对国内外2 2 1 起尾矿库事故因素统计分析，确定了尾矿 库的定量分析的监测单元，并采用层次分析法建立了以“尾矿库安全 运行“ 为决策层的层次模型，并对各方案层进行定量分析，最后对各 指标权重进行了排序。 3 介绍了动态监测系统的定义以及动态监测的具体内容，针对 不同的监测单元介绍了相应的监测仪器和设备；以某尾矿库为例，介 绍了尾矿库动态监测系统的实例应用，最后对我国大型尾矿库建立动 态监测系统的可行性做出了具体的论证，并得出其可行的结论。 关键词尾矿库，动态监测系统，层次分析法，监测仪器，可行性 硕士学位论文 A B S T R A C T A BS T R A C T U n d e rC h i n a sr a p i de c o n o m i cd e v e l o p m e n tm o d e ，m e t a la n d n o n m e t a l m i n i n gi n d u s t r y s t a r t e dt ob o o ma n da st h e n e c e s s a r y i n f r a s t r u c t u r eo fm a i n t a i n i n gt h en o r m a lp r o d u c t i o no fm i n ee n t e r p r i s e ， t a i l i n g si m p o u n d m e n ti st h es i g n i f i c a n td a n g e r o u ss o u r c eo fm e t a la n d n o n m e t a lm i n e s ．O n c eat a i l i n g sd a ma c c i d e n th a p p e n s ，t h el o s sw i l lb e v e r yh u g e ．U n d e rs u c hg r i ms i t u a t i o no fs a f e t yp r o d u c t i o n ，t h es u s t a i n a b l e s e c u r i t yo p e r a t i o ns t a t eo ft a i l i n g si m p o u n d m e n t i sp a i dm o r ea t t e n t i o nb y o u rc o u n t r ya n ds o c i e t y ． D y n a m i cm o n i t o r i n gs y s t e mo ft a i l i n g si m p o u n d m e n t ，a s an e ww a y o fs a f e t ym a n a g e m e n to ft a i l i n g sp o n d ，i sa b l et ot i m e l ya n da c c u r a t e l y o b t a i nt h et e c h n i c a li n d i c a t o r so ft h em o n i t o r i n gu n i t si nr e a lt i m e ．N o t o n l yc a ni ts a v et h ea r t i f i c i a lm o n i t o r i n gw o r k l o a d ，b u ta l s ot h es y s t e mi s a b l et of o r e c a S tt h ev a r i a t i o nt r e n do fd i f f e r e n tm o n i t o r i n gu n i ta c c o r d i n g t ot h ea n a l y s i sr e s u l t so ft h em o n i t o r i n gu n i ti n d e x ，w h i c hw o u l dp r o m o t e t h e t i m e l y i d e n t i f i c a t i o no f h i d d e n p o t e n t i a ld a n g e r i n t a i l i n g s i m p o u n d m e n ta n de n s u r et h e s u s t a i n a b l es a f e t yo p e r a t i o no ft a i l i n g s i m p o u n d m e n t ． T h em a i nc o n t e n ti S1 i s t e da sf o l l o w s 1 I n t r o d u c e dt h ec u r r e n ts i t u a t i o no fd y n a m i cm o n i t o r i n gs y s t e mo f d o m e s t i ca n di n t e m a t i o n a lt a i l i n g si m p o u n d m e n ta n dt h eo v e r a l ls e c u r i t y s i t u a t i o no fC h i n a ’St a i l i n g sp o n d ；a n a l y z e de n g i n e e r i n gc h a r a c t e r i s t i co f C h i n a sr a i l i n g sr e s e r v o i r ；e l a b o r a t e dh a z a r di d e n t i f i c a t i o no ft a i l i n g sp o n d i n c l u d i n gt a i l i n g s d i s a s t e rf o r m s ，d e s t r u c t i v em e c h a n i s mo ft a i l i n g s d i s a S t e ra n ds a f e t ym a n a g e m e n to ft a i l i n g sr e s e r v o i r ． 2 T h r o u g ht h ef a c t o rs t a t i s t i c a la n a l y s i so fd o m e s t i ca n df o r e i g n 2 21 t a i l i n ga c c i d e n t s ，d e t e r m i n e dt h em o n i t o r i n gu n i t s o fq u a n t i t a t i v e a n a l y s i so ft h et a i l i n g si m p o u n d m e n t ，a n du s e dt h eA n a l y t i cH i e r a r c h y P r o c e s st oe s t a b l i s ham o d e lo f s a f e t yo p e r a t i o no ft a i l i n g sd a m ，w h i c h i sad e c i s i o n ．m a k i n gl a y e ro ft h eh i e r a r c h i c a lm o d e l ，a n de a c hc a s el a y e r w e r eq u a n t i t a t i v e l ya n a l y z e d ，a n df i n a l l ye v e r yi n d e xw e i g h ti st ob e r e a r r a n g e d ． 3 I n t r o d u c e dt h ed e f i n i t i o na n dt h ec o n t e n t so fd y n a m i cm o n i t o r i n g I I I 硕士学位论文A B S T R A C T s y s t e m ，a n da c c o r d i n gt ot h ed i f f e r e n tm o n i t o r i n gu n i t ，i n t r o d u c e dt h e c o r r e s p o n d i n gm o n i t o r i n gi n s t r u m e n t sa n de q u i p m e n t ；t a k i n go n et a i l i n g s p o n da sa ne x a m p l e ，i n t r o d u c e dt h ed y n a m i cm o n i t o r i n gs y s t e mo ft a i l i n g d a mi np r a c t i c a la p p l i c a t i o n ；m a d eas p e c i f i ca n a l y s i so ff e a s i b i l i t ya n d n e c e s s i t yo fe s t a b l i s h i n gd y n a m i cm o n i t o r i n gs y s t e mi nC h i n a sl a r g e t a i l i n g si m p o u n d m e n t 。a n da tl a s td r a wi t sf e a s i b l ec o n c l u s i o n ． K E YW O R D S r a i l i n g s i m p o u n d m e n t ，d y n a m i cm o n i t o r i n gs y s t e m ， A n a l y t i cH i e r a r c h yP r o c e s sm e t h o d ，m o n i t o r i n gf a c i l i t i e s ，f e a s i b i l i t y I V 硕士学位论文目录 目录 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．I A B S T R A C T ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。I Ⅱ 第一章绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．1 课题来源及背景⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．2 国内外研究现状综述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 1 ．2 ．1 国内发展现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。2 1 ．2 ．2 国外发展现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。3 1 ．3 本文研究的目的和意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一4 1 ．4 本文研究内容及技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。5 1 ．5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 第二章尾矿库及其灾害因素研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 ．1 我国尾矿库现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 2 ．1 ．1 总体安全状况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。7 2 ．1 ．2 我国尾矿库分类特点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。9 2 ．2 尾矿库工程特点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 3 2 ．3 尾矿库危险源辨识⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 4 2 ．3 ．1 尾矿库的灾害表现形式⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 5 2 ．3 ．2 尾矿库灾害致灾机理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 7 2 ．3 ．3 尾矿库安全管理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 1 2 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 4 第三章尾矿库监测单元定量分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 5 3 ．1 尾矿库动态监测⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 5 3 ．1 ．1 动态监测⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 5 3 ．1 ．2 建立动态监测系统的必要性⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 5 3 ．1 ．3 动态监测指标⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 6 3 ．2 尾矿库监测单元⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 7 3 ．2 ．1 尾矿库事故因素统计分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 7 3 ．2 ．2 尾矿库监测单元⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 7 3 ．3 层次分析法 A H r ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 8 3 ．3 ．1 层次分析模型的建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 8 3 ．3 ．2 构造比较判断矩阵⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 9 3 ．3 ．3 确定模糊权重向量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 9 3 ．3 ．4 进行一致性检验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 9 3 ．4 监测单元定量分析实例⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 0 3 ．4 ．1 层次模型的建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 0 3 ．4 ．2 构造判断矩阵⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 l 3 ．4 ．3 确定模糊权重向量⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 2 3 ．5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 4 第四章尾矿库动态监测内容及监测仪器⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 5 4 ．1 动态监测内容及监测仪器选择原则⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 5 4 ．1 ．1 动态监测内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 5 4 ．1 ．2 动态监测仪器选择的原则⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 5 4 ．2 位移监测⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 6 4 ．2 ．11 立移⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 6 硕士学位论文 目录 4 ．2 ．2 位移监测分类⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 6 4 ．2 ．3 位移监测设备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 6 4 ．3 渗流监测⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 0 4 ．3 ．1 渗流监测对象⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 0 4 ．3 ．2 浸润线监测⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 0 4 ．3 ．3 孔隙水压力监测⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 0 4 ．3 ．4 渗流监测设备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。4 0 4 ．3 ．5 监测设备对比⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 4 4 ．4 库水位监测⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 4 4 ．4 ．1 库水位⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 4 4 ．4 ．2 库水位监测仪器⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 5 4 ．5 降雨量监测⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 7 4 ．5 ．1 降雨量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 7 4 ．5 ．2 降雨量监测仪器⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 7 4 ．6 干滩监测⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 9 4 ．6 ．1 干滩监测指标⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 9 4 ．6 ．2 干滩监测设备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 9 4 ．7 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 0 第五章尾矿库动态监测系统及实例应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．51 5 ．1 动态监测系统设计原则⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 1 5 ．1 ．1 可靠性⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 1 5 ．1 ．2 先进性⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5l 5 ．1 ．3 可扩展性⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯51 5 ．1 ．4 高性价比⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯51 5 ．2 动态监测实例应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 2 5 ．2 ．1 尾矿库工程概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 2 5 ．2 ．2 系统概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 2 5 ．2 ．3 动态监测系统设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 4 5 ．2 ．4 监测系统功能实现⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 0 5 ．3 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 3 第六章尾矿库动态监测的可行性分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 4 6 ．1 技术可行性分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 4 6 ．1 ．1 监测设备精度满足要求⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 4 6 ．1 ．2 达到企业预期效果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 4 6 ．2 经济可行性分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 7 6 ．3 社会可行性分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 9 6 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 0 第七章全文结论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 1 7 ．1 全文结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯71 7 ．2 不足与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 1 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 3 致{ 射⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 7 攻读学位期间的主要科研成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 8 硕士学位论文 第～章绪论 1 ．1 课题来源及背景 第一章绪论弟一早瑁比 尾矿库，即通过筑坝拦截谷口或围地构成的，用来堆存金属、非金属矿山进 行选矿后排出尾矿或其他工业废渣的场所【1 1 。尾矿库是维持矿山企业安全生产的 必备设施，更是金属、非金属矿山的重大安全风险因素。一旦发生泄漏、溃坝等 安全事故，坝内尾矿将大量外流，不仅会堵塞河道，冲毁下游建筑物、土地，铁 路和桥梁等，而且将给下游地区居民的生命、财产带来严重危害，导致人员伤亡、 财产损失、环境受到污染。 随着我国经济的快速发展，各种矿山重大事故频发，鉴于如此严峻的安全生 产形势，国家近年来加大了对矿山安全生产工作的监督。作为矿山重大风险因素 的尾矿库必然成为矿山安全生产重点研究对象。笔者通过对大量文献的检索和查 阅，发现近些年来尾矿库这一热门和前沿的矿山重要组成部分逐渐成为国内众多 学者争相研究的内容。以中国知网C N K I 数据库为例，笔者通过“尾矿库”这一关 键词进行搜索后，共有两万七干多条记录，依次按发表年度进行排序，接下来笔 者对关于尾矿库这一研究内容的学术关注度 是指以C N K I 知识资源总库中与关 键词中文献最相关的文献数量为基础，统计关键词作为文献主题出现的次数，形 成的学术界对这一领域关注度的量化表示 的趋势图做了柱状图，如图1 ．1 。 尾矿库学术关注度 ，c j U U 3 0 0 0 相2 5 0 0 关- a } 义, - 2 0 0 0 I 曩珈。 。 量1 0 0 0 ■●■■-ll 5 0 0 - l _ __I_ U 年份1 9 9 92 0 0 0 2 0 0 1 2 0 0 2 2 0 0 3 2 0 0 4 2 0 0 5 2 0 0 6 2 0 0 7 2 0 0 8 2 0 0 9 2 0 1 0 图1 ．I 近年尾矿库研究趋势图 尽管尾矿库作为比较热门的研究对象，但是在尾矿库动态监测方面的资料却 比较缺乏。以万方数据库为例，从2 0 0 0 年至今，笔者找到与尾矿库监测相关的文 硕士学位论文 第一章绪论 献3 1 篇 不同数据库搜索情况不尽相同 ，而以尾矿库为标题的文献却有7 3 2 篇 以上两者文献数量对比图见图1 ．2 。 图1 ．2 尾矿库监测与其他研究内容关注度对比图 由图1 ．2 可知，与尾矿库监测方面有关的文献都这么少，那么对于细化了的 尾矿库动态监测的研究更可谓微乎其微了，于是可以推断出目前这一分支领域还 不是很成熟。在近年来国家正大力推广尾矿库的动态监测技术的大环境下，又加 上笔者之前在尾矿库动态监测方面做了一些研究，于是就有了对这一分支内容深 入研究的想法。 1 ．2 国内外研究现状综述 尾矿库动态监测技术是一种被学者们逐渐认可的技术。在2 0 世纪7 0 年代以 前，大坝原型观测技术，即在大坝中使用人工测量方式进行观测仪器的设置和测 量，以达到反映大坝结构和外形变化等特征参数目的的一种技术，已经逐渐得到 研究人员的普遍关注【2 3 】。近3 0 年来，在计算机和信息技术的迅猛发展的科技社 会条件下，全世界都开始注重动态监测技术在大坝安全监测方面的应用研究。在 这样的条件和环境下，尾矿库动态监测技术渐渐发展了起来【4 】。 1 ．2 ．1 国内发展现状 我国学者对尾矿库动态监测技术的研究基于对大坝的研究。自2 0 世纪5 0 年 代以来，我国逐渐开始了关于大坝和高大边坡变形监测的研究，并在此基础上使 得人工变形监测系统得到较早应用以监测坝体变形，人工监测系统的仪器包括经 纬仪和水准仪等监测设备。在2 0 世纪7 0 年代后期，葛洲坝水利枢纽、新丰江水 2 硕士学位论文第一章绪论 利工程等坝体位移监测中开始使用以传感器为基础的自动化大坝变形监测系统。 到上世纪9 0 年代，我国逐步在G P S 自动化变形监测系统方面进行了相应的研魁引， 并将研究成熟的技术成果成功应用于小浪底、三峡和湖北清江隔河岩等工程尾矿 库坝体的安全监测。近些年来，传感器数据融动态监测技术、动态监测系统的自 动化和网络信息化技术在大坝和高大边坡工程监测的实践与应用等研究正被我国 科研人员逐渐重视【6 J 。 我国尾矿库动态监测技术研究方面开始较晚，目前主要采取由人工使用传统 观测仪器到现场进行测量的方式【．7 1 ，其缺点为一是工作量多、常受气象条件因 素干扰，且获取的尾矿库各监测单元的数据不能实现实时化；二是存在监测数据 的系统和人工误差比较大的问题；三是传统的人工测量不能对尾矿库监测单元各 项资料进行便捷处理和分析，效率比较低，以上三点不足使得坝体的潜在隐患不 能及时地被发现，也不能为尾矿库的安全运行提供良好的安全保障【8 】。近些年来， 部分矿山企业购买了一系列的尾矿库动态监测系统来对尾矿坝进行安全监测，但 这些系统对系统理论研究和关键技术成果的转化方面仍做得比较欠缺，目前完善 的全方位的动态监测和预警系统仍未形成。 1 ．2 ．2 国外发展现状 在尾矿库动态监测系统的兴起和发展的整个进程中可以看到，国外同样把大 坝的动态监测作为监测基础指标，通过监测库内其他部位达到监测整个尾矿库安 全运行的目的【9 1 。尾矿库动态监测在国外有资料管理自动化 法国和葡萄牙等 、管 理加部分采集自动化 西班牙等 和全自动化 意大利 三个阶段【lo ’1 1 J 。意大利 对开展对大坝安全动态监测的研究起了很大推动作用，意大利很早就开始了对尾 矿坝动态监测理论以及相应监测方法的体系化研究，其中计算机辅助监控系统作 为体系化研究的一项成果，其实现了监测数据自动采集、校验、存贮和数据远传 等功能【1 2 】，但该体系化的应用主要在混凝土重力坝和拱坝的动态监测方面，土石 坝和尾矿坝的体系化研究比较少见【1 3 1 。大坝监测数据的集中处理受到了美国大坝 委员会的高度重视，举位于垦务局2 5 座大坝观测数据为例加以说明，大坝的监 测数据将通过电话、卫星、计算机等多方式发送到位于市区的研究中心进行数据 处理和分析【1 4 】。尾矿库动态监测系统的研究在中国已逐步得到开展。国家相关研 究人员抽取了局部尾矿库进行实验，并取得了一定的成效，但依旧存在许多不足， 大体如下【1 5 】一是监测设备的可靠性和耐用性不足，二是监测数据精度不够，三 是投资和运行成本高，多数小型企业无法承受，因而推广较困难。为此笔者建议 进一步开展对尾矿库动态监测技术的研究，广泛学习吸取国内外大坝监测技术基 础，并结合国内尾矿库的现状研究情况建立符合国情的尾矿库动态监测系统。 3 硕士学位论文 第一章绪论 1 ．3 本文研究的目的和意义 1 为坝体运行的安全服务 纵观国内外，即使状况良好坝体，它的工程性态随时间也会不断发生变化， 尾矿库也会有发生事故的可能性。如果尾矿库坝体因质量缺陷、维护管理不当等 使其带故障运行，则其造成重大事故的可能性更高，甚至在事故来临前夕难以洞 察。坝体的安全问题加大了尾矿库工程对下游生命、财产和环境危害，同时限制 尾矿库自身有效利用和工程效益的良好发挥。尾矿库坝体安全动态监测目的监视 工程运行状态，使尾矿库坝体安全、良好运行【1 目。为此，笔者的首要目的是通过 安全动态监测系统来确保尾矿库安全、环保、高效地运行。 2 推动设计与施工技术进步，为坝工技术发展指明方向 实验研究是科技进步必经之路，考虑到尾矿库工程具有一定的复杂性和特殊 性，室内试验研究无法满足工程实体技术的研究需求，对此尾矿库工程的勘测、 设计、施工等技术的进步主要得益于对坝体安全动态监测的数据，通过数据验证 进而逐步加强尾矿库工程技术。在2 0 世纪4 0 年代，研究者通过对土坝内孔隙水 压力的观测，发现土坝内部有裂缝出现，从而使设计者提高了对坝体含水量的控 制；在2 0 世纪6 0 年代，通过对B a l d e r h e a d 等坝体观测，研究者发现拱效应 a r c h e f f e c t 、水力劈裂 h y d r a u l i cf r a c t u r e 等现象，这些现象引发水平方向产生裂缝，导 致防渗体冲刷损毁，因此设计者改进了筑坝材料协调变形与大坝几何轮廓等。【1 7 】。 大坝安全动态监测为坝体变形、渗流、抗震等方面进步提供许多原始积累资料， 为此大坝安全动态监测会更好地服务于尾矿库坝工设计。 3 为病险工程的诊断和合理加固提供基本资料 通过简单的监测资料和坝体表面现象，根本无法察觉形态复杂的尾矿库坝体 的安危。坝体安全情况、病险程度通过坝体安全监测资料能较好地反映出来，通 过对坝体监测资料细致地分析可以对病险尾矿库进行合理评判。通常来说，病险 尾矿库诊断如果没经过坝体安全监测资料分析，则被认为在科学上不谨慎、技术 上不完善，进而对合理、有效的除险加固方案产生影响，更严重可能造成对病危 尾矿库误诊和错治。 4 评判工程事故及推动监测技术自身的发展 工程事故的发生不是一个孤立的事件，它是一系列事故征兆相继发生的结果。 该类事故征兆会呈现在监测资料中，利用动态监测资料数据，有利于评判工程事 故的原因、程度和危害，为事故分析及责任鉴定提供相应的证据。目前我国坝体 安全动态监测工作要求有所提高，高要求和高标准推进了坝体动态监i 贝9 技术的发 展，历经几十年的艰辛，国内在坝体安全动态监测仪器设备、动态监测设施的设 计与施工、数据采集系统、数据处理与分析方法和计算机技术应用等方面稳步前 4 硕士学位论文 第一章绪论 进【18 1 ，但总体上，目前国内动态监测仅能满足工程的基本需要，与完善的动态监 测系统之间还是有一定差距。 1 ．4 本文研究内容及技术路线 本论文的主要研究内容为我国大型尾矿库建立动态监测系统的技术经济可行 性及相关研究，论文的技术路线示意图见图1 ．3 。 指 导 图1 ．3 论文技术路线流程图 论文的主要思路为以下几个方面 1 第二章主要介绍了国内外尾矿库的安全现状、我国尾矿库的工程特点以 及存在的主要安全问题，最后对尾矿库危险源进行了辨识，从而为我国尾矿库建 立动态监测系统提供了相应的理论依据。 2 第三章主要介绍了尾矿库动态监测定义，根据2 2 1 起国内外事故因素统 5 理论依据 定量分析 理论应用 硕士学位论文 第一章绪论 计划分了尾矿库的具体监测单元，明确了尾矿库的动态监测指标，接下来采用层 次分析法建立了以“尾矿库安全运行”为决策层的层次模型，并对各方案层进行定 量分析，最后对各指标权重进行了排序。 3 第四章主要介绍了各动态监测单元的监测内容以及监测单元所需的监测 仪器、监测原理及相应的监测方法。 4 在第五章中，动态监测系统的设计原则、动态监测系统的具体框架得到 了阐述，最后依托实例建立了国内某尾矿库的动态监测系统。 5 第六章针对我国大型尾矿库建立动态监测系统的必要性进行了分析，并 从技术可行性、经济可行性和社会可行性三个反面对动态监测系统的可行性进行 了研究，并得出了动态监测系统在国内为可行的结论。 6 第七章通过对全文的结论进行了总结，并针对研究过程中的不足之处提 出了展望。 1 ．5 本章小结 尾矿库作为矿山企业潜在的危险源，已经逐渐成为国内外学者重点研究的对 象。本章主要阐述了论文课题的来源以及进行“我国大型尾矿库建立动态监测系 统的可行性与必要性”研究的背景，然后通过对国内外尾矿库动态监测系统研究 现状的综述和论文研究目的和意义的阐述，从而引出了本文之后每一章的主要研 究内容及相应的技术路线。 6 硕士学位论文第二章尾矿库及其灾害因素研究 第二章尾矿库及其灾害因素研究 2 ．1 我国尾矿库现状 2 ．1 ．1 总体安全状况 国家安全生产监督管理总局在2 0 11 年5 月4 日公布了新修订的尾矿库安 全监督管理规定，新规定于2 0 11 年7 月1 日开始施行【1 9 】，同时国家安全生产 监督管理总局2 0 0 6 年公布的尾矿库安全监督管理规定 国家安全生产监督 管理总局令第6 号 废止。新修订的尾矿库安全监督管理规定在提高从业人 员职业技能、尾矿库分级、安装在线监测系统等方面进一步细化，表明目前国内 高度重视尾矿库的安全管理工作。 据国家安全生产监督管理总局统计，截至2 0 1 0 年末，国内尾矿库累计1 1 9 4 6 座 其中在用库所占比例5 5 ．5 8 ％，在建库1 2 ．6 2 ％，停用库1 4 ．3 1 ％，已闭库 1 1 ．4 9 ％ ，其中，四、五等小型库11 2 4 1 座。无正规设计、施工未按设计或规范 实施、无生产许可证擅自进行生产的不良现象仍小部分存在，国内尾矿库“小、 散、乱、差”的状况有所好转，但仍未从