[发明专利]一种尾矿库干滩长度的测量方法及测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及尾矿库安全技术领域，尤其涉及一种尾矿库干滩长度的测量方法及测量系统。

背景技术

尾矿库是指筑坝拦截谷口或围地所构成的，用以堆存选矿后所排出尾矿或其他工业生产中所排出废渣（例如：发电废渣）的场所；它是一个具有高势能的人造泥石流危险源，存在溃坝危险，因此对尾矿库进行安全监测势在必行。

尾矿库主要通过尾矿坝（尾矿坝包括初期坝和堆积坝两部分；初期坝是指基建中用作支撑后期尾矿堆存体的坝；堆积坝是指生产过程中在初期坝坝顶以上用尾矿充填堆筑而成的坝）来拦截尾矿矿浆中的固体尾矿和水。随着尾矿矿浆的逐渐排放，尾矿矿浆中的水逐渐下沉汇聚，尾矿矿浆中的固体尾矿由于受到水力冲击而在尾矿坝的拦截面上形成沉积体。在尾矿库安全技术领域中，该沉积体的表层露出水面部分通常被称为沉积滩或干滩；干滩的最高点位于干滩与尾矿坝外坡的交汇处，此处通常被称为滩顶；干滩的滩顶至尾矿库内水边线之间的水平距离通常被称为干滩长度。干滩长度是衡量尾矿库是否安全运行的重要指标，如果超标可能引发库内水位漫顶、尾矿库溃坝等安全事故，因此必须对尾矿库的干滩长度进行监测。

目前，对尾矿库的干滩长度进行测量的方法主要包括光学图像识别法、激光折线推断法和坡度推算法。其中，光学图像识别法和激光折线推断法受气候条件和光线条件的影响十分严重，在大风扬沙、大雾、大雨或者夜晚等能见度较低的情况下，摄像头无法获取到尾矿库的清晰图像，激光亮线的反射强度也会受到严重影响，因此这两种方法此时的测量精度极低，甚至无法完成测量；同时，由于水边线附近的干滩通常也处于潮湿状态，在寒冷气候下，这些位置的干滩表面也会出现结冰现象，因此通过图像识别或激光漫反射的方式基本无法确定出水边线的准确位置，进而也就无法完成测量；此外，对于干滩长度在数百米至上千米的尾矿库而言，现有的图像传感器（例如：电荷耦合元件CCD传感器、互补金属氧化物半导体CMOS传感器等）均无法在如此大的量程内达到足够高的测量精度，因此这两种方法在此情形下也无法进行正常测量。

如图1所示为现有技术中坡度推算法的原理示意图，其具体实现方案为：在尾矿库的干滩上选取两个监测点，其中第一监测点设置在干滩与尾矿坝P1交接的滩顶附近，第二监测点设置在从滩顶至库内水边线P2的方向上，并且第二监测点与滩顶的水平距离等于最小干滩长度；在两个监测点各埋设一根监测杆P4，并且每根监测杆P4的顶部都安装有一个物位计P5，预先测定出每个物位计P5的绝对高度以及两个物位计P5之间的相对距离；在尾矿库尾部的泄洪井P3的顶部固定一个物位计P5，并预先测定出该物位计P5的绝对高度。在每次对尾矿库干滩长度进行测量时，通过两个监测点的物位计P5可以测得两个监测点处干滩表面至物位计P5的相对距离，再运用现有技术中的几何知识可以计算出干滩坡度；通过泄洪井P3顶部的物位计P5可以测算出库内水位，再根据库内水位和干滩坡度就可以计算出干滩长度。

但是，上述坡度推算法至少存在以下缺点：

（1）由于尾矿库内每次放矿量不确定，进而使沉积滩的滩面沉积过程不规则，因此沉积滩并不是一个平坦斜面，而是存在起伏的曲面；同时，随着尾矿矿浆中尾矿的不断沉积，沉积滩的坡度也呈现出一个不断变化的曲线；现有坡度推算法中仅依靠两个检测点就确定出干滩长度的做法，是以沉积滩为平坦斜面以及沉积滩坡度增幅不变为前提的，因此现有坡度推算法所测得的尾矿库干滩长度存在很大偏差，并不能真实准确反映出尾矿库的实际安全情况。

（2）由于尾矿库干滩的面积广阔，按照现有坡度推算法干滩表面需要设立很多监测杆，并且监测杆之间大多相距较远，因此监测杆顶部的物位计的绝对高度通常需要选择一个稳定的至高点（例如：高山山顶）作为测绘参考点，再利用坐标传递来确定；但是通常情况下测绘参考点精度等级较低，进而使尾矿库内各测量系统的坐标系不闭合，因此测得的物位计的绝对高度会存在一定测量误差，这将使尾矿库干滩长度的测量出现很大误差，无法准确反映出尾矿库的实际安全状况。

（3）尾矿所形成沉积滩为松软状态，监测杆埋入其中后，会由于自身重量以及物位计的重量而产生沉陷或倾斜，进而使测量结果出现严重偏差；同时，随着沉积滩的尾矿逐渐增加，监测杆会逐渐被埋没而无法回收；因此现有的坡度推算法需要阶段性的重新埋设昂贵的监测杆。

（4）由于尾矿中大多都含有侵蚀性物质，因此在现有的坡度推算法中，物位计的供电电缆和通信线缆若采取地埋方式会受到很强的腐蚀，使用寿命极短；若采用架空敷设方式设置供电电缆和通信线缆，则又存在雷击、电杆倾斜、随干滩抬升电杆被埋等严重问题。

发明内容