加拿大Roctest产品工程案例3： 光纤传感器在矿山安全监测中的应用

加拿大Roctest产品工程案例3：

光纤传感器在矿山安全监测中的应用

监测土体移动、渗漏或精确定位泄漏点的最佳方式是采用分布式光纤解决方案。

监测在矿山勘探和运营的每个阶段都扮演着重要角色。它用于：精确评估地质条件；量化特定参数随时间的变化及其变化速率；加深理解程度，从而优化决策过程并了解损伤/变形的起始与发展。

监测用于精确评估：矿石运输巷道掘进过程中的地质条件变化；尾矿库在运营期间的结构完整性；矿产品输送管道的结构完整性；土壤沉降与地表沉陷监测；沉陷形成的早期预警；钻孔的地表变形监测。

---

 

老旧卤水井沉降监测（来源：美盛公司Mosaic）

 

矿石运输巷道（来源：纽克雷斯特Newcrest）

 

埃斯佩兰萨矿输矿管道渗漏检测（来源：安托法加斯塔矿业 Antofagasta Minerals）

 

卡迪亚矿北部尾矿库坍塌事故（来源：纽克雷斯特Newcrest）

波利山矿尾矿坝溃坝事故（来源：帝国金属 Imperial Metals）

 

参考项目：

以下项目采用了瑞士Smartec的监测仪器与技术方案：

u Noumea Mine - New Caledonia , 2015

u Block caving in gold mine - Australia , 2015

u Rio Tinto Resolution Copper Mine shaft borehole monitoring—USA, 2019

u Anglo American Mototolo Mine Mareesburg tailing dam integrity monitoring—South Africa, 2017

u Cadia East Underground Project –Ore extraction tunnel deformation monitoring - Australia, 2015

u K+S Potash Legacy Project brine water pipeline leak detection—Canada, 2014

u Mosaic Old Brine Well Salt Mine sinkholes formation monitoring—USA, 2010

u Laguna Dam (Rock-filled type) - Chile

u Biolixiviation Valley (Dike type) - Chile

u Bioleaching tailing dam integrity monitoring project - Chile

u Antofagasta Minerals Esperanza 154 km mining products pipeline leak detection - Chile, 2010

u Quadra FNX Mining Sierra Gorda 141 km Cu concentrate pipeline leak detection - Chile, 2013

u EBPEIII FO Bio Lixiviation - Chile , 2011

u Laguna Seca - Chile , 2010

u EWE AG 55 km brine water pipeline leak detection - Germany, 2002

---

基于分布式光纤传感的矿山监测与现场安全监控

尾矿坝变形与内部侵蚀

渗流通过堤坝（土坝、尾矿坝、堤防等）会诱发土颗粒移动。这种现象被称为内部侵蚀，已被确定为导致（堤坝）失事的最主要原因之一。

在早期阶段检测内部侵蚀非常困难，因此光纤分布式传感技术正日益被顶尖设计机构推荐为坝体安全管理的一项关键监测手段。

 

应变与温度监测用传感光缆布置图

 

客户端图形用户界面传感光缆安装(GUI)

 

DiTest Dual

 

传感光缆安装

管道完整性监测

管道完整性管理面临着相当独特的挑战 。其距离长 、价值高、风险大且通行条件往往较差，要求进行持续监测并优化维护作业。管道业主最关心的是可能发生的泄漏，这会对环境造成严重影响并导致管道停运维修。泄漏可能由多种原因引起，包括地震、滑坡引起的过度变形，以及腐蚀、磨损、材料缺陷甚至人为破坏。

泄漏可利用分布式光纤温度传感器进行监测和定位。流体管道在泄漏点处会产生一个热点。这些局部热异常可由诸如 DiTemp 等分布式温度测量系统检测到，该系统能提供良好的空间分辨率、时间分辨率和温度分辨率。

 

此外，通常可以在达到临界状态前监测到损伤。Smartec 的解决方案非常适合这些任务。测量分布式或局部应变可以检测到由外部作用（如滑坡和地震）或内部原因（如因腐蚀和磨损导致的截面缩减）引起的应力增加。

这些解决方案能够对可能敷设在长输管道上的传感光缆，沿其每米长度精确测量温度和/或应变。

 

应变传感光缆安装

 

---

矿石运输巷道变形监测

为探测和评估巷道施工开发作业期间上方岩体的行为/作用，并基于对裂隙岩体行为的深入了解以提升分段崩落采矿法作业、提高安全性和生产效率，建立变形监测系统是必要的。SMARTEC 提供的监测系统能够识别和定位此类结构在长距离上的移动。

 

所监测矿石运输巷道的纵向示意图（来源：纽克雷斯特 Newcrest）

传感光缆用于测量隧道衬砌内部的应变、伸长和移动。传感器可以嵌入结构中、在施工期间嵌入混凝土、安装在开槽内或锚固在表面，以便对现有隧道进行改造监测。

 

喷浆前安装在纤维网上的传感光缆

 

FOS光缆布置（黄色线缆）（来源：纽克雷斯特 Newcrest）

此类监测系统能够通过一根连续的传感光缆测量长距离上的变形。其优势之一是传感光缆同时充当连接电缆，因此传感器所占空间可忽略不计，且无干扰。

---

土壤沉降、地表沉陷与塌陷坑形成监测

分布式光纤技术能够通过单根光纤沿其长达数十公里的路径，在数千个点测量应变和变形。这对于敏感基础设施的岩土工程监测尤为重要，因为它能够探测和定位诸如边坡失稳和塌陷坑等地表移动。光纤传感系统能够探测和定位由岩土工程移动引起的变形，仅需单台仪器即可监测数公里范围，并能以优于1米的精度对事件进行定位。

地面沉降和变形通过改变其拉伸状态使光纤传感器承受拉力或压力。这些拉伸状态的变化可以被监测、定位和量化。

 

地表沉陷与沉降检测

---

钻孔、矿井竖井及地下钻孔监测

分布式光纤传感器被安装于钻孔、竖井和地下钻孔内部，用于测量应变和温度，并监测采矿过程中的岩体变形。

瑞索鲁申铜矿（来源：金融时报 FT）

 

---

加拿大Roctest公司与Smartec公司为同一集团NOVA METRIX下的不同品牌。 NOVA METRIX是集研发、制造一体的供应商，专注于基于振弦式与光纤传感器的创新传感技术，服务于岩土和结构监测仪器领域。瑞科仪器与NOVA METRIX合作提供一系列完整的基于传统传感器的解决方案，涵盖从极为耐用的传统振弦式技术，到用于岩土工程测量与监测以及关键资产结构健康监测（SHM） 的尖端光纤技术。这些关键资产包括：水坝、隧道、矿山、建筑物、桥梁、核电站以及众多难以尽述的其他结构物。此外，我们还提供种类广泛的压力计、岩石膨胀计，以及用于土壤和岩石的室内及现场测试设备。

 

服务

l 系统设计

l 安装、操作和维护

l 数据管理

l 数据分析

 

---

其他配件

DiTest Dual 布里渊散射解调仪 （应变 & 温度）法

DiTemp 拉曼散射解调仪（温度）

DiTemp Light 拉曼散射解调仪（温度）

DiTemp Harsh+ 拉曼散射解调仪（温度）

DiTemp 常温光缆

DiTemp 自加热光缆（温度）

经济型光缆

DiView 可视化和分析软件

---

适用工程项目

l 尾矿坝

l 大坝和堤坝的光纤检漏大

l 坝和堤防安全监测

l 隧道结构健康监测

l 桥梁结构健康监测

l 建筑结构健康监测

l 历史遗迹监测

l 岩土和结构监测

l 核电站监测

l 隧道内光纤运动监测

l 化学工厂的光纤泄漏监测

l 管道的光纤渗漏监测

l 储存设施监测