尾矿库深部位移监测传感器与测量方法研究

本项目研究一种可用于尾矿坝地下尾矿砂位移或变形状态进行监测场合的集成式传感器及集成式传感器串和相应的测量方法，实现对地下尾矿砂变化的全真测量。提出一种基于电磁、重力、地磁效应，同时测出线圈间互感、线圈倾斜角、线圈变化方向、线圈固定点间距离，并建立测量模型，从而完成尾矿库地下尾矿砂位移的三维测量方法。因此本项目主要研究：?运用电磁理论结合实验，研究传感器线圈的结构和匝数，以获得较佳的互感效果；?基于重力测量技术和地磁测量技术，研究传感器线圈倾斜角的获取方式和移动方向的测量方法；?研究特殊电感线测拉伸长度的测量方法；?研究各测量单元与传感线圈的集成与构成；?进行输出电压uo与水平位移x、线圈间特定长度l、倾斜角Θ的关系研究，建立测量模型。本项目具有提出实现地下三维测量的仪器科学方面的意义，又有向矿山、地震、地质等科学和技术领域提供新型仪器促进科学技术进步的意义。

尾矿库作为一种特殊的矿山工程和重大危险源，它既是选矿生产的废弃物，又可能是一种潜在的资源，它的形成是矿山生产的必然，它在岩土特性上既有岩土大类的共性，又有自身的特点，因此，研究尾矿库（坝）的防灾减灾从岩土力学到监测传感技术和仪器都有许多科学问题和技术难点。本项目针对尾矿深部的高含水细砂特征，为了实现对地下深部尾矿砂变化的全真测量，通过研究可用于对尾矿坝深部变形状态进行三维观测的测量传感方法和集成式传感器及测量仪器，结果实现了尾矿坝深部变形的三维测量。本项目主要研究内容：1.运用电磁理论结合实验，研究传感器线圈的结构和匝数，以获得较佳的互感效果；2.基于重力测量技术和地磁测量技术，研究传感器线圈倾斜角的获取方式和移动方向的测量方法；3.研究特殊电感线测拉伸长度的测量方法；4.研究各测量单元与传感线圈的集成与构成；5.进行输出电压uo与水平位移x、线圈间特定长度l、倾斜角Θ的关系研究，建立测量模型。在各研究结果的基础上，项目集基于电磁、重力、地磁效应、平行传输线等物理效应的测量线圈、MEMS器件和电路形成了集成传感器，并用集成传感器组成传感器串，再由集成传感器串、信号集中处理器和通讯软件、上位机人机界面软件，形成地下变形三维测量仪器系统。研究成果为尾矿坝深部变形状态提供测量工具做好了准备，在进一步的制造工艺、安装工程装备研制的基础上，能实现实用的尾矿坝深部变形状态的三维测量仪器。同时，运用项目成果已研发成功尾矿坝深部变形测量仪器，已用于岩土地质环境监测和地质灾害预警监测，与其他监测仪器一起构成的监测仪器系统获中国计量测试学会科学技术进步奖一等奖（已公示）、中国仪器仪表学会科技创新奖、中国机械工业科学技术奖二等奖。项目的学术成果：发表学术论文13篇，其中SCI检索收录3篇、EI检索收录5篇；申请中国发明专利5项、美国和欧洲各1项，授权中国发明专利2项；参加国际会议为5人次。项目培养毕业博士2名、硕士5名（其中毕业硕士3名）。本项目的成果至少有2点科学意义：(1)将为岩土力学及工程的科学家、矿山安全科学家研究尾矿坝致灾的规律，提供了探测尾矿坝深部变形三维测量的仪器装备；(2)在仪器科学、计量测试科学领域提出了一种新型测量传感技术和仪器形成的方式。