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【摘 要】从尾矿坝安全稳定出发，并针对其给下游人民的生活带来的威胁，通过对尾矿坝的浸润线、位移、干滩面长度、等物理量得监测并采取有效的预警措施，达到安全监测、安全预警的目的。
【關键词】浸润线；位移；干滩面；安全监测；安全预警
Study on stability monitoring and early warning measures of tailings dam
Xie Kong-jin1,Li Liang-liang1,Wang Qi-yao2,Dai Wen-bin2,Lu Shi-tao1
(1.Shandong Zhengyuan Construction Engineering Co.，Ltd Ji'nan Shandong 250014;
2.Chang'an University of Architecture and Civil Engineering Xi'an Shanxi 710061)
【Abstract】From the security and stability of the tailing dam and in view of the threats to the life of downstream people behind the tailings dams, Through to monitor the tailings dam's physical quantities like:the assault embellish line、the displacement、the length of dry beach face、etc and take effective preventive measures, achieve the purpose of safety monitoring and security warning.
【Key words】Assault embellish line;Displacement;Dry beach face;Safety monitoring;Security warning
1. 前言
尾矿坝是用于存放金属或非金属矿山选矿后排出尾矿的场所，是一种高势能人造泥石流源。一旦发生事故将会引起滑坡泥石流等重大灾害，对库区下游人民的生命和财产安全造成巨大损失，对库区周围的环境造成严重污染。同时尾矿坝事故造成的危害又是世界各种事故灾害中最严重的危害之一，它在世界93种事故、公害中排名14位，非常靠前。经初步统计，我国现有尾矿库1万多座，危库、险库、病库占39%，所占比例非常高。当然，尾矿坝致使重大人员伤亡和巨大财产损失的事故屡见不鲜。因此加大尾矿坝的安全监测、安全预警势在必行，特别是易发生病灾的部位应加大监测和管理力度。
2. 尾矿坝的灾害及监测
尾矿坝初期堆坝选址方面一般是选择上游式、山谷型坝为主，一般来讲，施工简单且稳定性较好。但是一旦发生事故对下游居民威胁较大，往往尾矿坝又会伴随泥石流、滑坡等，逃生时间较短，产生灾害巨大。但尾矿坝发生最后破坏前有一些明显的前期表现，也就是所谓的病灾。及时对坝体病害进行监测，为坝体施工、稳定性分析、加固措施等提供依据及数据资料。
坝体的主要灾害有：
（1）坝体的失稳施工不当或安全性较低，但主要是在外界不稳定因素刺激下使得整个坝体滑动，库内泥石冲向下游。
（2）初期坝漏矿施工不当或排水不够好，应该注意马上采取措施。
（3) 雨水或矿浆回流造成坝面溃决主要是坝体内浸润线升高，使得坝体稳定性降低。
（4）库内滑坡喀斯特等坝址问题地基不能抵抗尾矿库的对坝体的作用力，使地基剪切破坏，坝体整体开始向外移动。
（5）坝坡、坝基、坝局部等渗水、管涌、流沙、坝体沼泽化可能是排水系统不顺畅或施工不合理等引起的。
（6）排洪系统的构筑物破坏随着坝体的加高，使用年代久远排水系统排水效果变差。
（7）洪水浸坝等原因的溃坝降雨的突然增加，库内水位上升，对坝的作用增大，同时浸润线升高，雨水对坝体的土体湿润作用土体摩擦力降低。
（8）地震引起的液化、裂缝、位移等对坝体的稳定性影响不可小视，应注意抗震设防。
针对以上的病害，以前通常是采用人工观测的方法进行观察，该方法可以测量坝体的位移、库内水位、浸润线等。但是对人力要求较多，特殊情况下很难对坝体监测。现在监测比较先进的是在线监测、视频监测。
3. 尾矿坝的监测及预警
由于尾矿坝存在的灾害复杂，目前对尾矿坝进行安全监测主要是通过以下监测实现：位移监测、应力应变监测、库内水位监测、浸润线监测、干滩长度监测、环境量监测等。
图1 尾矿坝监测系统图
3.1 位移监测。
监测坝体位移主要是坝体的水平位移和竖直位移。水平位移的监测主要是采用经纬仪、全站仪测量，并在坝体上设置观测点在两侧选择两个基点，不过对监控点及基点的位置选择要恰当，尤其是基点应该设在基岩上用钢筋混凝土构筑。同时可以运用GPS监测，在（图1）观测点上安装发射信息装置，在办公地方装有信息接受并配合信息分析系统，起到时时对坝体水平位移、竖直位移监测的作用。
3.2 应力应变监测。
在坝体内埋设应力应变器，主要是对坝体的土压力的情况及水压力的情况进行测量，同时还对内部土体的蠕动进行监测。
在坝体内埋设测斜管在测斜管内安装及应力应变器测斜装置，对坝体内部的应力应变监测同时也可以监测坝体的浸润线进行实测。
3.3 库内水位监测。
采用水位计对库内水位进行监测，如图1所示：把水位计与测量装置连接分析库内水位的情况。
3.4 浸润线监测。
在坝体内不同的位置埋设渗压传感器并与分析仪器相连，本方法采用的是在线监测。
3.5 干滩长度监测。
这个可以换算出来，测量坝体标高，库内水位标高，及干滩坡度进行求解得出干滩面的长度。
3.6 环境量监测。
影响坝体较大的环境因素是降雨量，因此可以在在坝体上装上雨量计。可以对降雨量的情况有很好的实地监测效果。
由以上的监测可以对坝体各项指标进行接收并分析，当有数值累积值或短时间内的速率超过给定的值时，主机发出预警信号。
4. 工程实例
4.1 工程概况。
某尾矿坝采用的是上游式筑坝、山谷型筑库，离下游的公路、村庄较近。设计总标高94m，总库容3590m3，属于中型库。目前总坝高为78m，已经堆至第十六期子坝，标高334m。根据公司的发展规划以及该坝目前稳定性分析和继续加高至345m的需要。按照《选矿厂尾矿设施设计规范》要求应该是III级坝，根据《尾矿库安全监测技术规范》、《土石坝安全监测技术规范》的要求，IV级及IV级以上的尾矿坝必须进行监测。
4.2 尾矿坝的监测。
图2 尾矿坝体上各个监站的平面图
4.2.1 浸润线观测系统设置。
浸润线观测系统主要用来观测浸润线的位置，了解浸润线的变化规律，为渗流分析提供依据。本次监测设置了7个观测孔，其中十期子坝上3个，十六期子坝上4个。观测管采用89mm铁管，管外加喷防锈漆，长度以达到含水层底面下4.00m至5.00m，下端设置2.00m沉淀管，上端可逐渐接高，观测管的透水管段用土工布及防锈钢丝网包扎，以防滤料进入观测管。透水管外用中粗砂作滤料充填，管口加盖护帽以防落物堵塞。（图3）为对坝体的实测浸润线的情况。
4.2.2 坝体表面位移与变形观测系统。
坝体表面位移与变形观测系统设置在坝体表面，用混凝土制成1×1×1m3，并在混凝土顶面设置钢钉作为测点。如（图2)在Si点的各个位置。
主要用来监测坝体的变形情况，从而掌握坝的使用状态。在289m、295m、301m、307m、313m、319m、325m、331m各平台补设表面位移和浸润线观测，在334标高、334与316之间选一平台设置位移和浸润线观测设备。
4.2.3 坝体深层位移观测系统。
坝体深层位移观测系统利用通长的XB-CXG-76型PVC测斜管埋置在钻孔中，定期利用滑动式测斜仪来测试任意深度的位移。埋设步骤分为：钻孔、清孔、测斜管连接、调正、安放、粗砂回填等。本次在KC2号孔及KC10号孔设置了坝体深层位移观测系统，共下管长度80.0m／2孔。
4.2.4 坝体深部土的应力应变观测系统。
坝体内部孔隙水压力观测系统设置深部土体的应力应变观测采用XB-160型振弦式应变计，具有抗高压、抗径向力、二次密封、零点稳定、全不锈钢外壳等。
孔隙水压力观测采用XB-140型振弦式孔隙水压力计，测量用振弦频率读数仪完成。它是一种长期测量混凝土或地基内的孔隙（渗透）水压力，并可同步测量埋设点温度的数字式压力传感器。
埋设步骤分为：钻孔、清孔、纱布包裹、连接、安放、粗砂回填等。本次在KC4 、KC6及KC9号孔共安放了应力应变观测计8组；在KC5 、KC8号孔共安放了孔隙水压力观测计8组。
4.2.5 坝体水位及降雨量观测系统。
采用水位计对库内水位进行监测，通过监测、分析、显示系统时时掌握库内水位情况。在坝体上装上雨量计。可以对降雨量的情况有很好的实地监测效果。
4.3 尾矿坝的预警。
当监测的各个指标的累计值或瞬间值超过一定值时系统自动预警，监测到的数据由主机接收、显示、分析并在数据超过设定的值时发出预警信号。及时、安全的预警可以起到很好的效果，可以及时的通知人员撤离，减少财产损失、人员伤亡。当有预警信息发出时，应立即停止生产通知附近居民；在预警之前，可以采取一些预防措施及加固措施。可以从影响尾矿坝的荷载考虑，坝体稳定情况下的荷载主要有：稳定渗透压力，坝体堆积体自重，孔隙水压力，洪水时的稳定渗透压力，地震荷载。
5. 结论
尾矿坝的稳定性监测及预警措施是减少下游居民的人身安全和财产损失最有效、最直接的办法，明确坝体的病害及其可能发生的部位进行重点监测能达到有效的监测目的。对坝体位移、应力应变、浸润线、水位及环境量的监测能掌握坝体的整体运行情况。应特别对使用年限长、坝体高的尾矿坝加强监测预警，也不可忽视已经闭库的坝体的监测。该监测应该能为以后尾矿坝监测起到好的借鉴，也应逐渐向着国内外先进如GPS监测及视频监测技术发展。
参考文献
［1］ ZBJ1-90，选厂尾矿设施设计规范［S］.
［2］ AQ2006-2005，尾矿库安全监测技术规范［S］.
［3］ SL60-94，土石壩安全监测技术规范［S］.
［4］ 贺跃光、杨磊，矿山尾矿坝位移监测方法及监测数据管理系统，矿业研究与开发，2007，27（6）:83～85.
［5］ 马海涛、吴永峰、王云海、李全明，尾矿坝浸润线的坝面快速观测方法研究，中国安全生产科学技术，2010，6（1）:31～34.
［6］ 胡军，基于Internet-intranet的尾矿坝自动化安全监测系统.金属矿山，2010，404（2）:124～127.
［7］ 谢振华、陈庆，尾矿坝监测数据分析的RBF神经网络方法，金属矿山，2006，364（10）：69～70.
［8］ 张志千、胡军，尾矿坝自动化安全监测系统，矿业工程，2010.8（2）：53～55.
［9］ 岩溶地貌某尾矿坝灾害评价与安全监测阈值设定，中南大学学报（自然科学版），2007，38（4）：778～783.
［基金项目］中国冶金地质总局山东局科技研发项目（2010-01）.
［文章编号］1006-7619（2011）01-17-025
［作者简介］ 谢孔金（1974-），男，学历：硕士，职称：高级工程师，国家注册土木工程师（岩土），国家注册一级建造师，国家注册监理工程师，国家注册安全工程师，工作单位：山东正元建设工程有限责任公司岩土工程处，总工程师，，主要从事岩土工程勘察、设计、施工与检测工作。
【關键词】浸润线；位移；干滩面；安全监测；安全预警
Study on stability monitoring and early warning measures of tailings dam
Xie Kong-jin1,Li Liang-liang1,Wang Qi-yao2,Dai Wen-bin2,Lu Shi-tao1
(1.Shandong Zhengyuan Construction Engineering Co.，Ltd Ji'nan Shandong 250014;
2.Chang'an University of Architecture and Civil Engineering Xi'an Shanxi 710061)
【Abstract】From the security and stability of the tailing dam and in view of the threats to the life of downstream people behind the tailings dams, Through to monitor the tailings dam's physical quantities like:the assault embellish line、the displacement、the length of dry beach face、etc and take effective preventive measures, achieve the purpose of safety monitoring and security warning.
【Key words】Assault embellish line;Displacement;Dry beach face;Safety monitoring;Security warning
1. 前言
尾矿坝是用于存放金属或非金属矿山选矿后排出尾矿的场所，是一种高势能人造泥石流源。一旦发生事故将会引起滑坡泥石流等重大灾害，对库区下游人民的生命和财产安全造成巨大损失，对库区周围的环境造成严重污染。同时尾矿坝事故造成的危害又是世界各种事故灾害中最严重的危害之一，它在世界93种事故、公害中排名14位，非常靠前。经初步统计，我国现有尾矿库1万多座，危库、险库、病库占39%，所占比例非常高。当然，尾矿坝致使重大人员伤亡和巨大财产损失的事故屡见不鲜。因此加大尾矿坝的安全监测、安全预警势在必行，特别是易发生病灾的部位应加大监测和管理力度。
2. 尾矿坝的灾害及监测
尾矿坝初期堆坝选址方面一般是选择上游式、山谷型坝为主，一般来讲，施工简单且稳定性较好。但是一旦发生事故对下游居民威胁较大，往往尾矿坝又会伴随泥石流、滑坡等，逃生时间较短，产生灾害巨大。但尾矿坝发生最后破坏前有一些明显的前期表现，也就是所谓的病灾。及时对坝体病害进行监测，为坝体施工、稳定性分析、加固措施等提供依据及数据资料。
坝体的主要灾害有：
（1）坝体的失稳施工不当或安全性较低，但主要是在外界不稳定因素刺激下使得整个坝体滑动，库内泥石冲向下游。
（2）初期坝漏矿施工不当或排水不够好，应该注意马上采取措施。
（3) 雨水或矿浆回流造成坝面溃决主要是坝体内浸润线升高，使得坝体稳定性降低。
（4）库内滑坡喀斯特等坝址问题地基不能抵抗尾矿库的对坝体的作用力，使地基剪切破坏，坝体整体开始向外移动。
（5）坝坡、坝基、坝局部等渗水、管涌、流沙、坝体沼泽化可能是排水系统不顺畅或施工不合理等引起的。
（6）排洪系统的构筑物破坏随着坝体的加高，使用年代久远排水系统排水效果变差。
（7）洪水浸坝等原因的溃坝降雨的突然增加，库内水位上升，对坝的作用增大，同时浸润线升高，雨水对坝体的土体湿润作用土体摩擦力降低。
（8）地震引起的液化、裂缝、位移等对坝体的稳定性影响不可小视，应注意抗震设防。
针对以上的病害，以前通常是采用人工观测的方法进行观察，该方法可以测量坝体的位移、库内水位、浸润线等。但是对人力要求较多，特殊情况下很难对坝体监测。现在监测比较先进的是在线监测、视频监测。
3. 尾矿坝的监测及预警
由于尾矿坝存在的灾害复杂，目前对尾矿坝进行安全监测主要是通过以下监测实现：位移监测、应力应变监测、库内水位监测、浸润线监测、干滩长度监测、环境量监测等。
图1 尾矿坝监测系统图
3.1 位移监测。
监测坝体位移主要是坝体的水平位移和竖直位移。水平位移的监测主要是采用经纬仪、全站仪测量，并在坝体上设置观测点在两侧选择两个基点，不过对监控点及基点的位置选择要恰当，尤其是基点应该设在基岩上用钢筋混凝土构筑。同时可以运用GPS监测，在（图1）观测点上安装发射信息装置，在办公地方装有信息接受并配合信息分析系统，起到时时对坝体水平位移、竖直位移监测的作用。
3.2 应力应变监测。
在坝体内埋设应力应变器，主要是对坝体的土压力的情况及水压力的情况进行测量，同时还对内部土体的蠕动进行监测。
在坝体内埋设测斜管在测斜管内安装及应力应变器测斜装置，对坝体内部的应力应变监测同时也可以监测坝体的浸润线进行实测。
3.3 库内水位监测。
采用水位计对库内水位进行监测，如图1所示：把水位计与测量装置连接分析库内水位的情况。
3.4 浸润线监测。
在坝体内不同的位置埋设渗压传感器并与分析仪器相连，本方法采用的是在线监测。
3.5 干滩长度监测。
这个可以换算出来，测量坝体标高，库内水位标高，及干滩坡度进行求解得出干滩面的长度。
3.6 环境量监测。
影响坝体较大的环境因素是降雨量，因此可以在在坝体上装上雨量计。可以对降雨量的情况有很好的实地监测效果。
由以上的监测可以对坝体各项指标进行接收并分析，当有数值累积值或短时间内的速率超过给定的值时，主机发出预警信号。
4. 工程实例
4.1 工程概况。
某尾矿坝采用的是上游式筑坝、山谷型筑库，离下游的公路、村庄较近。设计总标高94m，总库容3590m3，属于中型库。目前总坝高为78m，已经堆至第十六期子坝，标高334m。根据公司的发展规划以及该坝目前稳定性分析和继续加高至345m的需要。按照《选矿厂尾矿设施设计规范》要求应该是III级坝，根据《尾矿库安全监测技术规范》、《土石坝安全监测技术规范》的要求，IV级及IV级以上的尾矿坝必须进行监测。
4.2 尾矿坝的监测。
图2 尾矿坝体上各个监站的平面图
4.2.1 浸润线观测系统设置。
浸润线观测系统主要用来观测浸润线的位置，了解浸润线的变化规律，为渗流分析提供依据。本次监测设置了7个观测孔，其中十期子坝上3个，十六期子坝上4个。观测管采用89mm铁管，管外加喷防锈漆，长度以达到含水层底面下4.00m至5.00m，下端设置2.00m沉淀管，上端可逐渐接高，观测管的透水管段用土工布及防锈钢丝网包扎，以防滤料进入观测管。透水管外用中粗砂作滤料充填，管口加盖护帽以防落物堵塞。（图3）为对坝体的实测浸润线的情况。
4.2.2 坝体表面位移与变形观测系统。
坝体表面位移与变形观测系统设置在坝体表面，用混凝土制成1×1×1m3，并在混凝土顶面设置钢钉作为测点。如（图2)在Si点的各个位置。
主要用来监测坝体的变形情况，从而掌握坝的使用状态。在289m、295m、301m、307m、313m、319m、325m、331m各平台补设表面位移和浸润线观测，在334标高、334与316之间选一平台设置位移和浸润线观测设备。
4.2.3 坝体深层位移观测系统。
坝体深层位移观测系统利用通长的XB-CXG-76型PVC测斜管埋置在钻孔中，定期利用滑动式测斜仪来测试任意深度的位移。埋设步骤分为：钻孔、清孔、测斜管连接、调正、安放、粗砂回填等。本次在KC2号孔及KC10号孔设置了坝体深层位移观测系统，共下管长度80.0m／2孔。
4.2.4 坝体深部土的应力应变观测系统。
坝体内部孔隙水压力观测系统设置深部土体的应力应变观测采用XB-160型振弦式应变计，具有抗高压、抗径向力、二次密封、零点稳定、全不锈钢外壳等。
孔隙水压力观测采用XB-140型振弦式孔隙水压力计，测量用振弦频率读数仪完成。它是一种长期测量混凝土或地基内的孔隙（渗透）水压力，并可同步测量埋设点温度的数字式压力传感器。
埋设步骤分为：钻孔、清孔、纱布包裹、连接、安放、粗砂回填等。本次在KC4 、KC6及KC9号孔共安放了应力应变观测计8组；在KC5 、KC8号孔共安放了孔隙水压力观测计8组。
4.2.5 坝体水位及降雨量观测系统。
采用水位计对库内水位进行监测，通过监测、分析、显示系统时时掌握库内水位情况。在坝体上装上雨量计。可以对降雨量的情况有很好的实地监测效果。
4.3 尾矿坝的预警。
当监测的各个指标的累计值或瞬间值超过一定值时系统自动预警，监测到的数据由主机接收、显示、分析并在数据超过设定的值时发出预警信号。及时、安全的预警可以起到很好的效果，可以及时的通知人员撤离，减少财产损失、人员伤亡。当有预警信息发出时，应立即停止生产通知附近居民；在预警之前，可以采取一些预防措施及加固措施。可以从影响尾矿坝的荷载考虑，坝体稳定情况下的荷载主要有：稳定渗透压力，坝体堆积体自重，孔隙水压力，洪水时的稳定渗透压力，地震荷载。
5. 结论
尾矿坝的稳定性监测及预警措施是减少下游居民的人身安全和财产损失最有效、最直接的办法，明确坝体的病害及其可能发生的部位进行重点监测能达到有效的监测目的。对坝体位移、应力应变、浸润线、水位及环境量的监测能掌握坝体的整体运行情况。应特别对使用年限长、坝体高的尾矿坝加强监测预警，也不可忽视已经闭库的坝体的监测。该监测应该能为以后尾矿坝监测起到好的借鉴，也应逐渐向着国内外先进如GPS监测及视频监测技术发展。
参考文献
［1］ ZBJ1-90，选厂尾矿设施设计规范［S］.
［2］ AQ2006-2005，尾矿库安全监测技术规范［S］.
［3］ SL60-94，土石壩安全监测技术规范［S］.
［4］ 贺跃光、杨磊，矿山尾矿坝位移监测方法及监测数据管理系统，矿业研究与开发，2007，27（6）:83～85.
［5］ 马海涛、吴永峰、王云海、李全明，尾矿坝浸润线的坝面快速观测方法研究，中国安全生产科学技术，2010，6（1）:31～34.
［6］ 胡军，基于Internet-intranet的尾矿坝自动化安全监测系统.金属矿山，2010，404（2）:124～127.
［7］ 谢振华、陈庆，尾矿坝监测数据分析的RBF神经网络方法，金属矿山，2006，364（10）：69～70.
［8］ 张志千、胡军，尾矿坝自动化安全监测系统，矿业工程，2010.8（2）：53～55.
［9］ 岩溶地貌某尾矿坝灾害评价与安全监测阈值设定，中南大学学报（自然科学版），2007，38（4）：778～783.
［基金项目］中国冶金地质总局山东局科技研发项目（2010-01）.
［文章编号］1006-7619（2011）01-17-025
［作者简介］ 谢孔金（1974-），男，学历：硕士，职称：高级工程师，国家注册土木工程师（岩土），国家注册一级建造师，国家注册监理工程师，国家注册安全工程师，工作单位：山东正元建设工程有限责任公司岩土工程处，总工程师，，主要从事岩土工程勘察、设计、施工与检测工作。