位移監測技術在尾礦庫安全監測中的應用簡析

周浩

摘 要：國家以立法形式強調對尾礦設施的安全監督，突顯了尾礦庫安全的重要性。位移監測技術在尾礦庫安全監管中具有重要意義，文章分析了各種位移監測技術的區別與適用性。

關鍵詞：尾礦庫；監測；位移；極坐標差分；GPS

引言

為了加強對尾礦庫的安全管理，我國以立法的形式特別強調了對尾礦設施的安全監督[1]。

尾礦庫安全監測監控系統主要包括以下內容：尾礦庫壩體位移監測、尾礦庫庫區水位監測、尾礦庫庫區視頻監控、其他監測內容還包括如浸潤線、干灘、降雨量等。

尾礦庫發生潰壩災害，壩體位移是其中最直觀的反應指標。對尾礦庫壩體位移的掌握，可以及時發現尾礦壩位移率和位移速度，一旦出現險情，及時發布預警消息。

尾礦庫壩體位移監測的技術手段有很多，就觀測目的而言主要分為平面（水平）位移監測、沉降（垂直）位移監測以及全方位監測壩體位移情況的三維位移監測等。

1 平面（水平）位移監測

平面位移監測是指對尾礦庫壩體水平位移的監測，有以下幾種方法：引張線法、真空激光準直法、小角度法和覘標法等。

2 沉降（垂直）位移監測

沉降位移監測是指監測尾礦庫壩體的垂直位移情況，常用的方法有精密水準法、靜力水準法和分層沉降磁環法等。

3 三維位移監測

以上各種監測方法是將尾礦庫壩體位移監測點的水平位移和垂直位移分別監測，測量成果不具有同時性，降低了成果的科學性和使用價值。使用常規方法觀測周期長，無法實時地了解尾礦庫壩體的位移情況，其中一些方法的應用還受制于壩型（直線型和曲級型）以及量程的限制。在很長一段時期內，尾礦庫位移監測基本采用了上述的方法，不能實現自動化、實時化的連續觀測，無法滿足安監部門當前對于重大危險源的在線安全監測要求。

隨著測量儀器和測量技術的發展，市場上已經出現能實時連續觀測監測點水平位移和垂直位移的測量系統，由于此系統測量可直接獲取監測點的三維坐標值，故稱為“三維位移監測系統”。該系統按監測點位移數據的采集方式可分為GPS法和自動型全站儀極坐標差分法。采集到的數據通過南方SMOS軟件[2]進行處理從而得到監測位移情況。

3.1 GPS法

GPS法是基于全球衛星定位系統來進行尾礦庫壩體的位移監測，利用GPS接收機實時采集監測點的坐標，通過南方SMOS軟件解算監測點的位移情況和位移速率。GPS法定實時監測精度為：水平位移精度<±3mm；垂直位移精度達到5mm。在10km內的短基線上GPS 測量可以獲得毫米級的定位精度。

采用GPS法進行尾礦庫壩體位移監測的方式為：在監測站位置安裝一臺或多臺GPS接收機，每個監測點對應一臺GPS接收機來獲得其位移信息，配合南方SMOS軟件構成三維位移監測系統。

采用GPS法進行尾礦庫壩體位移監測，其特點如下：

3.1.1 可以自動獲得實時監測數據，通過SMOS軟件生成三維坐標變化圖和三維坐標變化速率圖。

3.1.2 受地形限制較小，觀測點之間無需通視，只對空開闊，達到4顆衛星即可實現精確觀測。

3.1.3 高度自動化，無人值守，全天候監測，不受天氣情況的影響。

3.1.4 成本隨GPS監測點數量的增加而增加。

3.2 自動型全站儀極坐標差分法

自動型全站儀是一種能進行自動搜索、跟蹤、辨識和精確找準目標并獲取角度、距離、三位坐標以及其他相關信息的智能型全站儀，又被稱為測量機器人。極坐標差分法[3]通過自動型全站儀采集監測點的坐標數據，利用南方SMOS軟件來計算監測點的位移情況。使用該方法后自動型全站儀的測量精度可以達到亞毫米級。

采用自動型全站儀極坐標差分法進行尾礦壩壩體位移的監測的方式為：一臺全自動測量全站儀與數個監測點目標（棱鏡）及SMOS軟件構成三維位移監測系統。

采用自動型全站儀極坐標差分法來進行尾礦庫壩體位移的監測，其特點如下：

3.2.1 無需人工干預，全自動采集，自動獲取三維坐標信息、傳輸、與處理監測點的三維數據。

3.2.2 測量精度高，經過軟件差分解算后可達到亞毫米級。

3.2.3 反射棱鏡價格低廉，監測點的布設成本低，有利于增加監測點數。

通過以上比較可以得知，目前三維位移監測的方案主要有GPS法和自動型全站儀極坐標差分法，兩者采用不同的數據采集部分都可以實現監測點坐標數據的自動采集，通過SMOS軟件來實現對尾礦庫壩體位移的監測。

這兩種技術，在尾礦庫壩體位移監測中可以根據工程的具體情況，取長補短互相搭配使用，設計出最優的方案，以達到最佳的監測效果。

4 結束語

從尾礦庫壩體位移監測工作的需求來看，采用三維位移監測技術還僅僅是開始。從目前尾礦庫安全的現狀來看，應盡快在尾礦庫監測監控中配置這種真正意義上的三維位移監測系統。

將尾礦庫的安全管理納入現代科學的范疇之內，科學、即時、有效的監測監控，以確保人民生命財產的安全和社會的穩定，為構建和諧的生存環境，做出應有的貢獻。

參考文獻

[1]中國人民代表大會.中華人民共和國礦山安全法[J].1995，5.1

[2]國家安全生產監督總局.尾礦庫安全監測技術規范[J].AQ2030-2010 2011.5.1.

[3]包歡.差分方法在測量中的應用[J].測繪通報，2003（5）：29-31.