尾矿库安全措施研究（精选六篇）
尾矿库安全措施研究 篇1
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[3,4]。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。
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。要科学合理地确定阈值,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、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(Ⅲ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(Ⅱ级)
含义:尾矿库灾害发生可能性较大。
特征:满足至少下列条件之一时,可判定为橙色预警状态:①浸润线埋深监测值小于预警标准;②其它定量监测指标,有2项及以上超出相应警戒值;③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:①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;②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:①暂停尾矿库作业;②迅速降低库区水位;③以最快的速度采取措施保证坝体的安全;④观察其他监测指标的变化速度和发生地震的可能性;⑤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。
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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。
4.1.3 滩长预警
尾矿库的干滩长度不应小于坝体高度,且满足表3和表4的要求[5,6,7],还有设计提出的控制滩长。
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:6h降雨量50mm以上,且降雨持续。
(2)橙色预警:3h降雨量50mm以上,且降雨持续。
(3)红色预警:3h降雨量100mm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[9,10]确定的,可供尾矿库降雨预警参考。
需要注意的是,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:①尾矿库在运行初始期可采用本文设定的位移警戒值;②三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至1/3～1/2最终设计总坝高,应对坝体进行一次全面勘察[6];③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[11]。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适的预警确定值。
注:①据规范[12]10.1.3,测量精度值约为允许变形量的1/20。②变化速率报警:连续10个监测周期超过预警值,应报警[13]。
今后,尚需通过对不同地质条件下尾矿库主要形式的不断调研,选择有代表性的地区开展专题研究,搜集工程技术信息,进一步深入研究不同地质条件下各类尾矿库形式的位移监测报警值。
4.2 定性指标预警
除以上定量指标,还需一些定性指标。定性与定量相结合可对尾矿库安全状态做出更有效的判断。与定量指标不同,定性指标在判断过程中不是通过仪器对数据进行读取,而是依据主观感受做出评判,涉及人的主观性要多一些。具体工作中,往往要使用表格或问卷,评判时依然按照黄色、橙色、红色3个等级标记指标的现状。
4.2.1 排洪设施现状判断
若排洪设施各构筑物满足设计要求,且工况正常,有轻微的破坏和损伤但不影响使用,则标记为黄色预警。
若排洪设施出现明显的漏筋、裂缝或者倾斜等一系列具一定危害的损伤,则标记为橙色预警。
若排洪设施出现部分堵塞或坍塌,排洪功能近乎丧失,则应标记为红色预警。
4.2.2 坝体滑动迹象判断
当坝体未出现滑动现象,但是从某些经验或其他迹象判断坝体可能会具有滑动趋势时,则将该项判断为黄色预警。
当坝体出现轻微的不连续浅层滑动时设置为橙色预警。
当坝体已具有一定规模的浅层滑动或是深层滑动,设置为红色预警。
4.2.3 坝体出现流土(或管涌)现象判断
若坝体未出现流土(或管涌)现象,但是根据观察某些位置一段时间之后可能会出现流土(或管涌)现象,则将该项设置为黄色预警。
若坝体少量位置出现轻微的流土(或管涌)现象,则应该设置为橙色预警。
若坝体出现明显的流土(或管涌)变形、水质混浊、挟泥沙、坝外坡有较大范围渗漏逸出,应设置为红色预警。
4.2.4 坝体冲刷现象判断
若坝体的排水沟基本能够满足排水要求,冲刷对坝体表面只有轻微的影响,形成明显的浅表性拉沟,则设置为黄色预警。
若坝端无截水沟山坡雨水冲刷坝肩,或坝面没有可起明显作用的排水沟,坝体冲蚀严重,有较多较大的冲沟,则设置为橙色预警。
若由于持续冲刷已经导致坝体的局部规模性破坏,危及到坝体的稳定性,则设置为红色预警。
4.2.5 坝体塌陷现象判断
若坝体未出现塌陷现象,但根据经验某些位置有塌陷的可能,则将该项设置为黄色预警。
若坝体少量位置出现轻微塌陷现象,应设为橙色预警。
若坝体出现明显塌陷现象,应设为红色预警。
4.3 强制性要求
出现下列情况之一时,应立即进行危险报警,对尾矿库结构和周边对象采取应急措施。①当位移监测数据达到报警累计值。②位移值突然明显增大,且尾矿库坝体出现贯穿横裂缝。③库区周边的建(构)筑物、周边地面出现可能发展的变形裂缝或较严重的突发裂缝。④库内水位在强降雨时持续上升,有可能超过最高警戒水位时。⑤根据当地工程经验判断,出现其他必须进行危险报警的情况。
5 结语
建立尾矿库安全监测预警系统,将模型计算、定量监测、定性判断相结合,综合确定尾矿库的安全稳定性,给出必要的预警预报。
(1)建立了尾矿库的安全预警综合指标体系。
(2)确立了尾矿库的安全预警准则。
(3)确定了尾矿库安全预警的三级预警级别和相应判定标准。
我国尾矿库安全现状及管理措施探讨 篇2
我国尾矿库安全现状及管理措施探讨
针对我国尾矿库目前的基本情况,对其灾害事故进行了分类,有针对性地提出了减少尾矿库事故发生的切实可行的.安全管理措施,对企业做好尾矿库的安全管理工作具有重要意义.
作 者：何衍兴 梅甫定 申志兵 HE Yan-xing MEI Fu-ding SHEN Zhi-bing 作者单位：中国地质大学工程学院,武汉,430074刊 名：安全与环境工程英文刊名：SAFETY AND ENVIRONMENTAL ENGINEERING年，卷(期)：16(3)分类号：X92 TD7关键词：尾矿库 安全状况 安全管理措施
尾矿库安全措施研究 篇3
关键词：尾矿库；汛期安全；调洪验算
一、尾矿库基本情况
河北钢铁集团矿业公司研山铁矿凹陇山尾矿库2009年建设，2011年投入使用，该库属于山谷型尾矿库，位于滦县县城西北方向约8.5km的凹陇山山沟内，南距该矿选厂直线距离约12km，汇水面积2.5km2，平均坡度4.1%，由东沟和西沟两个沟组成，两沟分别建有主坝和副坝，当尾矿堆积标高达到约69m标高时，东沟和西沟合为一沟。
该库设计总库容8714万m3，总坝高93m，最终堆积标高128m，坝外坡比为1：2，筑坝方式属上游式，采用坝前均匀放矿的方式。该库目前主坝高最高为44m，现为三等库。排水井、排水管、坝肩截洪沟、坝面纵横排水沟及东西库之间的导流隧洞等主要排洪构筑物安全状况良好。
二、尾矿库调洪演算基本方法
调洪验算的目的是通过对合理水位、干滩长度、安全超高等参数的计算，确定尾矿库汛期是否可以安全运行。
（一）尾矿库的设计等别及防洪标准
（1）尾矿库的设计等别。根据“选矿厂尾矿设施设计规范”《ZBJ1-90》，尾矿库等别按照设计等别根据坝高和库容确定，凹陇山尾矿库标高达到69.0m时按三等库设计，达到最终堆积标高128.0m仍按三等尾矿库设计。（2）尾矿库的防洪标准。根据“选矿厂尾矿设施设计规范”《ZBJ1-90》，此尾矿库的防洪标准按规范采用防洪标准的下限，防洪标准按200年一遇设计。
（二）尾矿库水文及调洪计算
水文计算包括水文计算参数、不同频率24小时降雨量、洪水总量计算、洪峰流量计算、洪水过程线计算等。多因子经验公式适合于汇水面积较大的流域，适用条件为20km2
（三）尾矿库的调洪计算
调洪计算选取5个标高，即西沟初期坝坝顶标高60.0m、东沟初期坝坝顶标高60.0m和防洪标准发生变化的69.0m、95.0m及尾矿库最终堆积标高128.0m标高进行调洪计算。
调洪计算就是求解尾矿库任意时段的水量平衡方程式的过程，任意时段的水量平衡方程式为：
式中：Q1、Q2—时段始、终尾矿库的来洪量；q1、q2—时段始、终尾矿库的泄洪量；V1、V2—时段始、终尾矿库的蓄洪量。
根据排洪系统的布置，按上述计算公式用计算机程序进行调洪计算。根据规范尾矿库在遭遇设计洪水时均应满足相应等别的安全超高和最小滩长，由调洪计算结果可以看出尾矿库在各使用标高是否满足规范要求的安全超高。
三、制定尾矿库安全度汛计划措施
1、为切实加强尾矿库安全度汛工作，提高尾矿库应急响应能力，避免突发事故的发生，确保安全度汛，结合实际情况，应成立尾矿库安全度汛应急领导小组，设应急分队：抢险队、设备设施抢修队、通讯和安全保卫队、运输队、事故处理队等。
2、为确保尾矿库子坝高度有足够的安全超高，保证在汛期形成足够长的滩面，1%的坡比，尾矿应设专人负责管理，调整放矿位置，采用多管均匀方矿，要求必须在放矿的同时进行加药，并保证各放矿支管加药均匀、连续，使滩面均匀上升，确保滩面之间高差不超过20cm。
3、为加强尾矿库运行全过程的安全管理，按照《尾矿库运行作业规定》严格管理程序，落实各项措施，并按照公司制定的《尾矿车间安全管理细则》在汛期前对尾矿库进行全面彻底的安全检查，检查重点为：（1）坝高度、干滩坡度及长度是否符合防汛的要求；（2）尾矿坝、周边山体、坝体是否有异常急变、滑坡、裂缝等现象；（3）排水作业系统是否完好，有无损坏、堵塞；（4）使用中的设备有无故障、线路是否完好、有无隐患；（5）防汛物资是否准备齐全、满足要求；（6）备用设备设施是否完好有效。
4、为避免汛期发生险情时，因抗险物资供应不到位而导致事故的发生，应提前将砂石料、潜水泵、消防带、救生衣等防汛物资运至尾矿库保存，以备发生险情时抢险用。
5、为加强全员防范意识，提高员工抗险救援能力，在汛期来临前要组织尾矿车间员工进行一次有针对性地全员培训，同时在汛期来临前在尾矿车间组织一次防汛应急演习，通过演习找出应急救援预案存在的不足、提高职工应急反应能力。
四、尾矿库防洪防汛专项应急预案
尾矿库防洪防汛专项应急预案应包括危险目标的确定、防汛应急救援工作组织机构、防汛应急救援工作组织机构职责、指挥部人员分工、应急准备、应急行动对应措施、洪水发生时应急措施、灾后应急恢复、应急培训与演练等内容。
五、结语
要督促企业强化应急预案的修订完善和演练工作，配备必要的应急救援器材、设备和物资，提升应急处置水平。要强化汛期值班值守工作，落实汛期值班制度，加大巡查力度，随时掌握雨情汛情动态并及时应对，防止极端天气影响安全生产，有效防范和应对自然灾害引发的事故灾难。
参考文献：
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桂西铝工业尾矿库安全性研究 篇4
广西百色是全国重要的铝工业基地之一,辖区内铝土矿铝硅比高,是全国唯一的纯拜耳法生产大型氧化铝基地,现已发展为拥有三家氧化铝年产量超过百万吨的大型企业,其中中铝广西分公司2011年年产量超过200万吨,华银铝业公司和信发铝业公司的年产量也在160万吨以上[2]。随着铝工业的发展,选矿废渣和赤泥的排放量也越来越大,到目前为止,已建立了多个大型的尾矿库与赤泥坝,其安全可靠性直接关系着库区老百姓的生产生活及生命财产安全。
1 尾矿库安全事故类型
尾矿库是一种特殊的工业构筑物,它的服务期也是整个尾矿库的施工期、尾砂坝的堆积期,这整个过程很漫长,少则几年,多则几十年,因此尾矿库的投资一般都很大。随着社会经济的发展、人类的迁徙,尾矿库下游的环境发生了很大的变化,有些尾矿库的下游逐步出现了村落、工厂、学校、铁路、高速公路等,并且属于一级保护设施,因此尾矿库一旦出现问题,不仅会给企业和社会带来严重的经济损失,而且还会危及周边及其下游居民的生命财产安全。有关尾矿库的灾害事故,在国内外时有发生,造成的损失非常惨重,给我们的教训亦非常深刻[3]。
一般地,我们把尾矿库安全事故的类型分为尾矿库溃坝、坝塌和尾矿库库坝漏水、渗水两大因素。由此我们可以总结出引起铝工业尾矿库安全事故发生的两大因素是[4]:(1)尾矿库溃坝、坝塌;(2)尾矿库库坝漏水、渗水。
2 桂西铝工业尾矿库安全性现状
2.1 桂西铝工业尾矿库建设现状
桂西地区都是拜耳法生产氧化铝。最早发展起来的是地处平果县的中铝广西分公司,现靖西、德保、田东等地也相继发展了氧化铝工业,且规模较大。中铝广西分公司从90年代初投产开始,每年都要产生大量的尾矿和赤泥,尾矿堆放于尾矿库,赤泥排放到赤泥大坝[5]。到目前为止,该公司已经建成两个尾矿库,每个尾矿库容积1000多万立方米,三号尾矿库正在建设中。每个尾矿库从选址土地赔偿、场地建设到后期管理,花费约4亿元人民币。2009年该公司每年开采原矿约900万吨,洗成精矿400万吨,排放固体尾矿近500万吨。由于尾矿在排放过程中通过高压管道运输,需要有一定的流动能力,所以要加入近50%的水,因此排放量更大。除了中铝广西分公司之外,桂西其它有氧化铝工业的各县也都相继建了自己的尾矿库和赤泥坝。
2.2 桂西铝工业尾矿库存在的安全问题
桂西地区氧化铝工业尾矿和赤泥的排放过程产生的问题主要表现在以下几个方面:
(1)尾矿的排放与环境污染问题。
一直以来,氧化铝企业尾矿排放选址问题一直是该公司管理者头痛的问题[6]。根据广西地势特殊和尾矿库选址的特点,一方面,尾矿排放场地要有足够大的容积,占用耕地要尽量少,存在垮塌的危险系数要尽量小,因此,四面环山的山坳对于防止垮塌和占用耕地要尽量少来说是最理想的选择。但是,四面环山的场地无论在平果还是在其它铝工业生产地,几乎是找不到的,最多只能三面环山,剩下的一面需要筑坝,筑坝的地方存在着雨季垮塌的危险,直接威胁当地老百姓的生存。另一方面,由于尾矿排放是以水和泥的混合物的形式排放,加上排放场所通常选在高山上,防渗工作一直是重点。
(2)赤泥的占地问题和环境污染。
与尾矿不同,由于赤泥碱度很高,不能堆放在高山上,只能排放到平地上,这就要占用大量的耕地[7]。另一方面,尽管赤泥的排放场地位置相对较低,但由于雨水等原因,仍然会碱化附近的土地。
(3)尾矿和赤泥的排放场地建设与后期管理费用高。
如前所述,一个尾矿库的建设与后期管理费用要花费近4个亿,赤泥大坝要防碱扩散对环境造成污染,这些都要花费大量的经费。
3 解决桂西地区铝工业尾矿库安全性的措施
3.1 在防塌方面采取的措施
近几年来,我国相继发布了一系列的有关尾矿库的法律法规,使得对尾矿库的监督管理有法可依。要从根本上解决桂西地区铝工业尾矿库的安全问题,只有严格执行国家的相关法律法规,从建设的源头上杜绝安全隐患。各级安全监管部门要认真做好尾矿库安全生产许可和监管工作[8],具体如下:
(1)严格按照相关要求发放尾矿库安全生产许可证。对于不符合要求的企业,坚决不予颁发许可证;未依法取得安全生产许可证的尾矿库,一律不得生产运行,限期整改,否则只能强行停止生产。
(2)对尾矿库要从勘察、设计、施工、运行、闭库整个过程严格监督,及时督促企业做好各个阶段的安全评价工作。同时,认真确定尾矿库的安全度,排查事故隐患,将二、三等库和危库、险库作为尾矿库安全监管的重点工作。发现危库应当立即命令停产,进行抢险;对险库应当在限定的时间内消除险情;对病库应当在限定的时间内按照正常库标准进行整治,及时消除事故隐患。
(3)对于尾矿库的新建、改建、扩建、闭库以及在用尾矿库回采再利用和闭库后再利用等建设工程上,要严格执行《尾矿库安全监督管理规定》。建设中应严格执行“三同时”原则,使尾矿库的主体工程与附属安全设施同时进行,如排洪和防渗设施等同时设计、同时施工并同时投入使用。各级安全监管部门和相关部门要时刻加强监管,必须由具备相应资质的单位进行设计和施工,无安全设施设计或者安全设施设计未通过安全监管部门审查批准的,不得施工;对设计进行重大修改的,应当报原审批部门批准之后才可以进行;未通过竣工验收的,不得投入生产运行。
(4)开展尾矿库安全生产定期大检查和不定期抽查制度相结合的方式,扎实做好隐患排除治理工作。任何尾矿库的事故都不是突然爆发的,而是由隐患逐渐发展扩大,逐日积累,最后才导致事故的发生。因此,安全检查非常重要。每隔一段时间,安监部门应积极组织有关专家对中、小型尾矿库的安全状况进行抽查,对大型尾矿库进行全面检查,同时也要不定期对尾矿库进行检查,确保尾矿库安全工作落到实处。
(5)加大对已取得安全生产许可证尾矿库的监管力度。加强动态监督管理,对取证后放松管理、不再具备安全生产条件的,要责令其停产并且进行相关的整顿,暂扣安全生产许可证;整改后仍然不合格的,直接吊销安全生产许可证,提请地方人民政府对其决予以关闭。各地安监部门要加强监督检查,研究制定关闭取缔的标准,并发挥企业职工和社会公众的参与监督作用,积极鼓励职工和社会公众匿名举报非法和不具备安全生产条件、严重污染环境的尾矿库。一旦发现不具备安全生产条件和严重污染环境的尾矿库,要及时予以关闭停产。
3.2 在防渗方面采取的措施
近年来, 随着环保法规的不断健全和对建设项目环保要求的提高, 矿山尾矿库的环保与及防渗问题日益受到重视。目前国外有部分国家在土工膜的设计和使用方面有先进的技术,而且广泛的应用在实际例子中,在一定程度上减少了尾矿库渗水和漏水的频率[9]。我国的土工膜技术水平还处在相对落后的阶段,要提高我国的相关技术水平,除了自己研制设计以外,我们还可以借鉴国外先进技术;结合我国的实际情况来进行设计,借鉴符合我国实情的一些国外先进技术,而不是盲目照搬;这样才能达到使用土工膜防渗防漏的效果。
4 对桂西铝工业尾矿库安全问题的展望
总体上来讲,桂西铝工业尾矿库是较为安全的,但是从近年来的运行情况看,也存在不少突出的问题,引发了企业与居民的纠纷,严重地影响了库区百姓的生产生活,破坏了环境,同时有损企业形象,给政府的工作带来了麻烦。只有在尾矿库的设计与运行中严格执行相关的法律法规和技术标准,做到以下几点,才能保证铝工业桂西尾矿库的安全:
(1)桂西铝工业尾矿库,都是建设在高山上,库坝的稳定非常关键,库坝万一失稳,尾矿就会倾盆而下,损害程度可想而知。所以在设计尾矿库库坝模型时,须经过物理受力分析计算出耐受力最大、库坝最稳的模型。
(2)尾矿库防渗设施很重要,建设过程中不能敷衍了事,做成豆腐渣工程。平果尾矿库的渗漏曾导致周边的水质遭受严重污染,靖西也发生了类似的事情。利用不透水初期坝对防渗、防漏很有利,在广西可以用粘土来做筑坝的内侧材料,在库坝外侧做好渗水、漏水设施,把污水引到固定的地方,等澄清之后再回收利用。
(3)在尾矿库库坝安装一些先进的测量仪器,比如:在库坝放置库坝结实情况测量器,浸润线定时记录数据统计等等。做好紧急避难措施和及时抢救方案,把自然灾害和人为灾害的程度降到最低。
我们国家是一个快速发展中的大国,只要不断的努力,不断的研究,我国尾矿库安全措施一定会赶上发达国家的步伐。将来,我国会有先进的库坝建筑材料,会有更科学的筑坝设计模式,会有更及时更先进的预防措施和更安全的施工措施。到时,尾矿库安全事故发生的概率会越来越少,即使发生了,损失也要达到最小。对于无法避免的自然因素,也会有最科学、最先进的方法来解决。全国的尾矿库基本上都是在安全施工、安全运行、安全闭库。尾矿库灾害在重大灾害排名中,排名会越来越往后。
摘要：广西西部地区是全国重要的铝工业基地之一,境内建有多个尾矿库并且还有新的尾矿库正在建设中。文章对桂西铝地区工业尾矿库安全性能情况进行评述,指出引起安全事故发生的最主要因素:(1)尾矿库溃坝、坝塌;(2)尾矿库库坝漏水、渗水;列出相关的解决措施,并提出几点建议。
关键词：铝工业,尾矿库,安全事故
参考文献
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尾矿大坝安全监测系统研究 篇5
1 研究动态
目前尾矿大坝安全监测系统一般采用分布式监控模式, 监测系统各监测点与中心控制站间采用有线方式连接。但是尾矿库大坝安全监测的地域范围广, 其线缆敷设是一项复杂的工程, 并且监测测点的调整、扩充、维护不方便[3]。部分生产条件落后的尾矿库对现场数据的采集仍由人工定期用传统仪器到现场进行测量, 安全监测工作量大, 受天气、人工、现场条件等许多因素的影响, 存在一定的系统和人为误差[4], 且不能及时监测尾矿库的各项安全技术参数, 这些都将影响尾矿库的安全生产和管理水平。
ZigBee技术是一种基于IEEE 802.15.4[5]的新兴的短距离、低速率、低功耗、低成本和低复杂度的无线传感器网络新技术, 主要应用于家庭、建筑自动化、消费类电子、工业控制和医疗传感器等领域[6]。
本文将ZigBee无线传感器网络技术应用到尾矿大坝安全监测中, 将传感器采集的信息通过无线射频的方式传递给网络路由, 并利用各路由节点转发数据到尾矿大坝监控中心。这套方案充分利用了无线射频传输的特点, 采用支持ZigBee通信协议、成本低、功耗低的设备, 具有实用性强、布线复杂度低优点, 还大大降低了以往采用有线监测布线所需的成本, 且测点扩充以及网络维护简单方便。
2 监控系统组成
根据尾矿库大坝安全监测的要求, 监测系统选择浸润线、库水位、坝体变形和应力应变作为监测对象, 构建基于ZigBee的传感器节点, 各传感器节点与路由器协调器一起构成无线传感器网络。传感器网络组网结构图如图1所示。传感器节点实现浸润线深度、库水位、坝体变形量和应力应变等物理数据的获取, 路由器实现数据由终端节点到协调器的转发, 协调器通过串口与上位机通信, 上位机对数据进行分析和评价, 从而实现对尾矿大坝各项安全指标的监控。
3 监控系统设计
3.1 节点设计
根据在网络中实现功能的不同, 本系统将节点分为传感器节点、路由器节点和协调器节点。按照监测物理量的不同, 又将传感器节点分为浸润线监测节点、库水位监测节点、应力应变监测节点和坝体变形监测节点。考虑到节点设计的简单实用性和经济性, 同时考虑低功耗这一传感器网络的重要指标, 统一采用TI公司的CC2430作为网络节点、路由器和协调器。CC2430是一款符合IEEE 802.15.4标准的片上SoC ZigBee产品, CC2430除了包括RF收发器外, 还集成了加强型8051MCU, 32/64/128 KB的FLASH内存, 8 KB的RAM, 以及ADC, DMA, 看门狗等[7]。
传感器节点由信号采集部分和数据传输部分组成。信号采集部分主要是指采集尾矿大坝安全信息的传感器, 如应变计、水位计、雨量计、渗压计、渗流计等。传感器输出的信号通过外设I/O输入CC2430, 并在CC2430内部实现采样和A/D转换, 从而实现信号的采集过程。传感器节点结构如图2所示。
3.2 网络组建
本系统采用TI Z-stack[8]协议栈, 网络的组建采用Cluster-tree[9]路由结构, 网络路由器作为簇首, 可以实现数据的汇聚和网络路由的功能。首先由网络协调器开始初始化过程, 通过扫描空信道从而建立一个新的网络。找到空的信道后, 协调器将选择一个随机的PAN ID开始侦听该信道, 从而建立一个新的网络。协调器完成网络的初始化后就开始监听网络信号, 准备随时响应来自传感器和路由器的加入网络请求。收到入网请求后协调器向传感器节点和路由器节点分配网络中惟一的16位短地址, 并等待确认, 在收到地址确认帧后, 网络的组建就完成了。
路由器和传感器节点在上电后首先完成初始化过程, 包括硬件的初始化和网络的初始化, 初始化完成以后将发出网络信标主动扫描网络, 向网络协调器发出加入网络请求, 收到确认帧后等待协调器分配网络地址, 收到网络地址表明网络加入成功。协调器组建网络和节点加入网络的过程如图3, 图4所示。
3.3 监测系统数据采集和传输
为了降低网络运行功耗从而延长网络寿命, 同时结合尾矿大坝安全监测系统对数据实时性的要求, 采用休眠模式和定时查询的方式。传感器节点在没有收到定时数据查询时一直保持深度休眠, 当收到来自网络协调器的定时查询时, 发送当前传感器数据到协调器, 从而完成数据的传输。传感器节点对数据的采集同样采用定时采集的方式, 采集后的数据存储在CC2430的RAM中, 等待协调器提取数据。节点的采集和传输过程流程图如图5所示。
3.4 网络路由方式
本系统采用Cluster-tree的路由方式。Cluster-tree是一种由网络协调器展开生成树状网络的拓扑结构, 一般适合于节点静止或者移动较少的场合, 属于静态路由, 不需要存储路由表[10]。Cluster-tree路由采用分布式的地址分配机制。在网络组建时, 网络协调器确定了网络中的每一个路由节点的子节点中最大路由节点 (Rm) 数目、最大终端节点 (Dm) 数目和树形路由的最大深度 (Lm) 。每一个新加入网络的路由节点协调器都为其分配了一个包括路由器本身地址和其子节点地址的地址段, 该地址段的首地址即为新加入路由器的地址, 其余地址为其子节点的地址。节点深度为d (d
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假设在一深度为d的路由分配到的地址范围为[x, x+A (d) ], 则该路由本身的地址为x, 并且它将分配地址范围为[x+ (i-1) A (d+1) +1, x+i+A (d+1) ]的地址段给它的第i (1≤i≤Rm) 个路由子节点, 分配地址为x+RmA (d+1) +j给它的第j (1≤j≤Dm) 个终端节点[11]。图6以最大路由数为Rm=2, 最大终端节点数Dm=2, 最大路由深度为Lm=3为例, 表明了网络中路由 (白色) 和终端节点 (黑色) 的地址分配方式。
采用该路由可以有效地避免一般ZigBee网络中AODV路由中路由发现过程, 从而进一步降低网络消耗。此外, 由于本网络中节点结构比较清晰, 采用树形路由已经可以实现网络功能。而网络路由器同时作为簇首, 即实现了网络路由对数据转发的功能, 又作为分布式处理的中心, 可以对相同传感器节点的数据实现数据融合, 对数据进行预处理。
4 结 语
将ZigBee无线传感器网络技术应用到尾矿大坝的安全监测系统中, 实现了传感器节点的网络组建, 传感器节点的硬件设计, 传感器数据的采集和传输。由于ZigBee技术低成本、低复杂度、低功耗和自组网的特性, 使得对尾矿大坝的安全监测和网络维护水平都取得了明显的提高。
参考文献
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尾矿库安全措施研究 篇6
尾矿库是指由筑坝拦截谷口或围地构成, 用以贮存金属或非金属矿山进行矿石选别后排出尾矿或其他工业废渣的场所[1]。它具有高势能, 存在溃坝危险, 是矿山领域重大危险源之一。截止至2011 年12 月数据, 国内共有尾矿库12655 座, 其中病库、险库和危库共计4910 座, 占总数的38. 6%[2]。尾矿库一旦失事, 易造成重特大事故, 严重威胁尾矿库下游居民及设施安全[3]。因此, 提高尾矿库规范化和标准化水平, 确保尾矿库安全运行非常重要。
自2004 年《国务院关于进一步加强安全生产工作的决定》 ( 国发[2004]2 号) [4]发布, 决定开展安全质量标准化活动以来, 国家陆续发布了《国务院关于进一步加强企业安全生产工作的通知》 ( 国发[2010]23 号) [5]、《国务院安委会关于深入开展企业安全生产标准化建设的指导意见》 ( 安委[2011]4号) [6]、《国务院办公厅关于继续深化“安全生产年”活动的通知》 ( 国办发[2011]11 号) [7]、《国务院办公厅关于进一步加强煤矿安全生产工作的意见》 ( 国办发[2013]99 号) [8]等文件。学者也曾对企业安全标准化体系的创建、企业安全标准化的推行、企业安全标准化考评指标等问题进行研究[9], 采用PDCA理论[10]、层次分析法[1]、模糊综合评价法等理论和方法, 评估企业安全标准化体系[9]。但现有研究成果中, 可供企业用于评价自身安全标准化运行状况的方法却寥寥无几, 具体到有行业特点的矿山及尾矿库企业, 尤其是尾矿库企业, 几乎为零。
为了解自身安全标准化运行状况, 目前多数企业 ( 包括尾矿库及其他安全标准化创建企业) 采用的方法是邀请外部评审专家对本企业安全标准化实施、运行状况进行评估[9]。此法虽可达到了解自身安全标准化运行状况的目的, 但在企业安全生产标准化创建工作中存在: 专家评估成本高、企业职工安全意识难以提高、企业对自身安全标准化运行状况了解的及时性差等问题, 不利于企业完善安全标准化内容, 实现企业安全运行。对于资金不充裕的企业, 此法更难以实现安全标准化持续运行, 安全隐患及时整改, 安全绩效持续改进的效果。因而, 有必要提出一种可供安全标准化创建企业及时评估和检查自身安全标准化运行状况的方法, 尤其对于尾矿库这样的高风险企业。
笔者在张芳燕[9]等人在非煤矿山安全标准化运行状况评价方面的研究基础上, 根据尾矿库安全标准化的特点, 将信息熵[11]和未确知测度理论引入尾矿库安全标准化运行状况的检查和评估。从要求、执行和成果三个方面, 挑选相互独立的评价指标17 个[9], 构成尾矿库安全标准化运行状况评价指标体系, 采用信息熵确定各评价指标权重, 尽量减少评价人主观原因对评价结果的影响, 借鉴未确知测度理论的思想和方法, 建立综合评价模型, 为尾矿库企业寻求一种可用于评价企业自身安全标准化运行状况的方法。
1 未确知测度计算理论
设r1, r2, …, rn为n个对象, 则对象空间可由R= { r1, r2, …, rn} 表示, 称为论域。每个对象即ri ( i= 1, 2, …, n) 有m个单向评价指标记为t1, t2, …, tm, 则ri的评价指标空间可表示为T = { t1, t2, …, tm} , 同时, ri可由一个m维向量ri= { ri1, ri2, …, rim}表示, 其中, rij ( j = 1, 2, …, m) 表示评价对象关于评价指标的观测值。若每一个子项rij都有p个评价等级记为e1, e2, …, ep, 则评价等级空间可记为E ={ e1, e2, …, ep} , 其中ek ( k = 1, 2, …, p) 表示第k个评价等级。假设第k级总比第k + 1 级强, 即ek> ek + 1, 则称{ e1, e2, …, ep} 为评价空间E上的一个有序分割类。
1. 1 单指标未确知测度
设uijk= u ( rij∈ek) 表示测量值rij属于第k个评价等级ek的程度, 要求u满足:
其中: i = 1, 2, …, n; j = 1, 2, …, m; k = 1, 2, …, p
式 ( 1) 表示u满足“非负有界性”; 式 ( 2) 表示u对评价空间E满足“归一性”; 式 ( 3) 表示u对评价空间E满足“可加性”; 同时满足式 ( 1) 、 ( 2) 、 ( 3) , 则称u为未确知测度 ( uncertainty measure) , 简称测度。令:
则称 ( uijk) m × p为单指标测度评价矩阵, 该矩阵的第j行组成的向量{ uij1, uij2, …, uijp} 为rij的单指标测度评价向量。
构建单指标测度函数是构建单指标测度评价矩阵的基础, 单指标测度函数必须满足非负有界性、归一性和可加性[11]。目前, 构造的单指标测度函数主要有直线型、指数型、抛物线型及正弦型[12]。实际使用中, 应根据评价指标变化特点选择合适的未确知测度函数。
1. 2 指标权重的确定
确定各评价指标的权重方面, 目前采用得比较多的方法有: 层次分析法及基于层次分析法的改进方法、模糊评价及基于模糊评价的改进方法、功效系数法、专家调查法等等[13], 这些方法大都属于主观赋权法, 受评价人员的主观因素影响较大。由于不同评价人的知识水平、经验、能力等差别较大, 容易导致评价结果产生偏差, 有时候甚至是方向性的偏差。本文为了尽量减少由主观因素所导致的评价结果偏差, 结合尾矿库企业运营特点, 引入“熵”的概念来确定各指标权重, 力求客观。
熵是简单巨系统的基本概念, 代表着系统的混乱程度或无序程度。信息论中, 信息熵是不确定性在数量上的度量[11]。同时, 熵也是衡量数据本身所提供信息有效性的尺度, 具有对称性、非负性、可加性、极值性等特点对。于离散型随机变量, 其信息熵可表示为:。文中对于观测值有关的不确定性描述, 是对不确定性数量上的度量, 是观测值分布的泛函。根据信息论对信息熵的定义, 这种描述即属于信息熵的范畴。因而, 信息熵可用作所获系统信息有序度和有效性的度量。可减少评价人主观因素对评价对象各指标权重计算的影响, 降低评价结果出现偏差的可能性[12]。
设自然状态空间X = ( x1, x2, …, xn) 为不可控制的因素, 其中xi为实际发生的状态, X中各状态发生的先验概率分布为P ( X) = { P ( x1) , P ( x2) , …, P ( xn) }[13], 则该状态的未确知程度的熵函数可表示为:
评价矩阵中, uijk=u (rij∈ek) 表示测量值rij属于第k个评价等级ek的程度, 根据信息论中信息熵的定义, 可将未确知测度uijk=u (rij∈ek) 视为P (xi) 即有:
设为单向评价指标tj ( j = 1, 2, …, m) 相对于其他指标的重要程度, 即tj的权重为 ωij。并令:
则有:
1. 3 多指标综合测度
设uik= u ( ri∈ek) 表示评价对象ri属于第k个评价等级ek的程度, 即评价对象的多指标综合测度, 根据已确定的各单向评价指标权重, 则有
得到一个p维向量{ ui1, ui2, …, uip} 令为U, U ={ ui1, ui2, …, uip} 即为ri的多指标综合测度评价向量。
1. 4 识别准则
e1> e2> … > ep时, 即{ e1, e2, …, ep} 有序, 此时, 最大隶属度识别准则失效, 因而, 引入置信度识别准则[14]。
设 δ 为置信度 ( δ ≥ 0. 5, 通常取 δ = 0. 6 或0. 7) [15], 其识别模型为:
当k的取值满足识别模型, 得到s的取值, 继而得到es, 此时, 认为评价对象ri属于第s个评价等级es[11，14]。
2 尾矿库安全标准化运行状况指标体系
2. 1 单向评价指标的选取
单向评价指标的选取是建立评价指标体系和未确知测度模型的基础, 评价指标的数量和质量直接影响评价的准确程度。根据《金属非金属矿山安全标准化规范导则》 ( AQ 2007. 1 - 2006) [15]和《金属非金属矿山安全标准化规范尾矿库实施指南》 ( AQ2007. 4 - 2006) [16]的有关规定, 结合尾矿库企业生产实际的特点, 从要求、执行和成果三个方面, 选取安全生产法律法规、安全生产管理制度及规章、组织管理、安全投入、尾矿库设计与建立、危险有害因素辨识与风险评价、尾矿库运行与检查、设备设施管理、安全教育与培训、作业现场安全管理、职业卫生管理、全员参与、应急管理、安全生产方针与目标、安全绩效、安全隐患整改、事件事故调查与处理共计17 个相互独立的单向评价指标作为尾矿库安全标准化运行状况评估的指标体系[9], 即评价指标空间T = { t1, t2, …, tm} 。见图1。
2. 2 指标观测值的获取
根据尾矿库企业从业人员总数量, 在企业管理层、执行层、现场操作层中按比例分层抽取若干人 ( 抽取总人数至少在50 人以上, 否则样本无意义) , 以单个指标满分100 分的尺度, 对各单向评价指标进行评分。统计各单向评价指标得分结果, 并进行统计学处理, 求出各单向评价指标得分的平均值, 将此值作为各单向评价指标的观测值即rij。
2. 3 评价指标的评价等级划分
参照《尾矿库安全生产标准化评分办法》, 考虑实际可操作性等因素的影响, 本文将每个评价指标的运行状况, 按照得分结果, 划分为优、良、中、差4个评价等级, 即得分在90 - 100 分之间为优, 在75- 89 分之间为良, 在60 - 74 分之间为中, 在60 分以下为差。4 个评价等级分别对应《尾矿库安全生产标准化评分办法》中的1、2、3、4 级, 即优代表符合1 级安全标准化要求, 良代表符合2 级安全标准化要求, 中代表符合3 级安全标准化要求, 差代表不符合安全标准化创建要求, 不具备安全生产条件, 安全标准化需要重新创建。评价等级空间可记为E ={ e1, e2, e3, e4} = { 优, 良, 中, 差} 。
2. 4 单指标测度函数的构造
尾矿库企业实际使用中, 受可操作性等方面原因的制约, 构造的未确知测度函数要求务必简单、通俗、易懂。在综合研究了尾矿库企业特点的基础上, 本文采用直线型未确知测度函数, 力求实际操作中简单、易操作、可信度高。根据单指标测度函数的定义, 可以构造出安全生产法律法规、安全生产管理制度及规章、组织管理、安全投入、尾矿库设计与建立、危险有害因素辨识与风险评价、尾矿库运行与检查、设备设施管理、安全教育与培训、作业现场安全管理、职业卫生管理、全员参与、应急管理、安全生产方针与目标、安全绩效、安全隐患整改、事件事故调查与处理共计17 个单向评价指标的未确知测度函数[22 - 23]如下:
函数图像如图2 所示。
3 实例研究
3. 1 指标观测值的获取
笔者在衡阳、株洲两地共计5 个尾矿库企业, 将此模型进行应用, 并记录数据。
以株洲某选矿厂尾矿库为例, 在选矿厂尾矿库安全标准化创建过程中, 对其管理层、执行层、现场操作层按比例分层抽取80 人。对各单向评价指标进行评分, 取得评分结果, 并进行统计学处理, 求出各单向评价指标得分的平均值见表1。
3. 2 单指标未确知测度及权重
根据表的统计结果, 由公式得到单指标未确知测度评价矩阵uijk如下:
根据单指标未确知测度评价矩阵uijk, 由公式计算得单向评价指标权重向
3. 3 多指标综合测度
根据 ω、uijk, 计算可得评价对象多指标综合测度评判向量ui= { ui1, ui2, ui3, ui4} = { 0, 0. 175568, 0. 546384, 0. 278047} 。取置信度 δ = 0. 7, 由置信度识别准则和公式计算得即该尾矿库企业安全标准化运行得分在60 - 74 之间, 符合3 级安全标准化要求。
3. 4 结果分析
根据企业安全标准化评审报告, 此尾矿库企业安全标准化总得分为1992 分, 占总分的66% , 即符合3 级安全标准化要求。对比专家对企业的评价结果 ( 评价结果见表2) , 可知熵权- 未确知测度理论计算所得评价结果, 与专家评价结果吻合度较高。
此外, 在衡阳、株洲其他4 个尾矿库企业 ( 其中2 级标准化两个、3 级标准化两个) , 进行同样的应用研究, 取得结果与上述应用一致, 由于篇幅所限不一一罗列。5 个实例的研究结果表明: 熵权- 未确知测度理论可用于尾矿库企业的安全标准化运行状况检查, 且评价结果与实际情况吻合度较高, 误差在企业可接受范围内。
4 结论
( 1) 工程实例应用研究表明: 熵权- 未确知测度模型可用于尾矿库企业对自身安全标准化运行状况进行检查和评估, 且评价结果与实际情况吻合度较高, 误差在企业可接受范围内。有助于尾矿库企业及时、合理、有效地了解自身安全标准化运行状况, 为尾矿库企业客观评价自身安全标准化运行状况提供了一条新途径。
( 2) 针对尾矿库企业特点, 从要求、执行和成果三个方面选取尾矿库安全标准化运行状况评价指标, 并建立尾矿库安全标准化运行状况指标体系, 可较为全面地反映尾矿库安全标准化运行状况。今后可进一步研究评价指标的筛选, 建立指标筛选机制, 使所建立的指标体系更加科学。
( 3) 指标观测值的获取强调全员参与, 全员参与尾矿库安全标准化运行状况评估, 使员工进一步了解安全标准化, 也使评价结果具有系统性、科学性, 减少了少数人过强的主观判断对评价结果的影响。
( 4) 引入信息熵确定各单向评价指标权重, 使各指标权重的确定有理论基础。减少了评价人员主观因素对评价结果的影响, 使评价结果更加客观、真实, 提高了评价结果的可信度, 最大限度地挖掘了数据的有效信息。
( 5) 置信度识别准则的应用, 让我们在获取评价结果的同时, 也得到了评价结果的置信水平, 提高了评价结果的准确性和可靠性。
