尾礦庫位移監(jiān)測技術(shù)探討

馬作君

（大冶有色設(shè)計研究院有限公司，湖北 黃石 435005）

0 引言

尾礦庫觀測的一部分工作內(nèi)容可用肉眼進行。如觀測壩坡有無明顯變形、塌坑、沼澤化、滲水、裂縫及蟻穴鼠洞等。對于在用的重要尾礦庫，要進行更精細的觀測，則必須借助儀器設(shè)備完成。

1 尾礦庫安全監(jiān)測的意義

尾礦庫是指筑壩攔截谷口或圍地構(gòu)成的，用以堆存金屬或非金屬礦山進行礦石選別后排出尾礦或其他工業(yè)廢渣的場所，是金屬與非金屬礦山安全生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，也是需要在線監(jiān)測的重大危險源之一。

尾礦庫安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的實施，便于企業(yè)和安全監(jiān)管部門快速掌握與尾礦庫安全密切相關(guān)的技術(shù)指標的最新動態(tài)，有利于及時掌握尾礦庫的運行狀況和安全現(xiàn)狀，可以提高尾礦庫的安全性，保障庫區(qū)下游企業(yè)正常運轉(zhuǎn)及庫區(qū)人民群眾的生命財產(chǎn)安全，避免因尾礦庫事故而造成的環(huán)境污染，對于加強尾礦庫的安全監(jiān)管，把握尾礦庫的安全現(xiàn)狀，減少尾礦庫的事故發(fā)生等具有重要意義。

2 尾礦庫位移監(jiān)測的內(nèi)容和方法

尾礦庫壩體位移監(jiān)測的技術(shù)手段有很多，就觀測目的而言主要分為平面（水平）位移監(jiān)測、沉降（垂直）位移監(jiān)測等。

2.1 平面（水平）位移監(jiān)測

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

1) 一般采用視準線法：此法適用于軸線為直線的壩的觀測，是目前觀測尾礦庫位移的常用方法。

2) 在壩端兩岸山坡上設(shè)置工作點A 和B，將經(jīng)緯儀安置在A（B）上，后視B（A）點構(gòu)成視準線，以此作為壩體水平位移基準線。沿視準線在壩體上每隔50-100 米水平距離埋設(shè)觀測標點，測出并記錄各觀測點中心偏離基準線的距離作為初測成果。當壩體發(fā)生水平位移時，各觀測標點與視準線的相對位置發(fā)生變化。測出標點中心新的偏離距離與初測成果相比較，即可得出壩體水平位移量。

3) 觀測標點設(shè)于壩體表層，選擇時必須注意選擇有代表性的且能控制該變形情況的斷面。如最大壩高斷面、合攏段、有排水涵洞的斷面以及地基工程地質(zhì)變化較大的部位布設(shè)。一般在壩頂布設(shè)一排、在下游坡面布設(shè)2-3 排，排間距為50-100 米。

4) 觀測標點由底板、立柱和標點三部分組成。工作基點應(yīng)設(shè)在每排觀測標點延長線兩端的山坡上，要求安設(shè)牢固。

5) 壩體水平位移觀測每季度至少測定一次，并留有觀測記錄備查。

2.2 沉降（垂直）位移監(jiān)測

沉降位移監(jiān)測是指監(jiān)測尾礦庫壩體的垂直位移情況，常用的方法有有精密水準法、靜力水準法和分層沉降磁環(huán)法等。其中精密水準法的操作程序如下：

1)設(shè)置水準基點：在兩岸不受影響的部位設(shè)置水準基點。

2)設(shè)置垂直位移標點：在壩體表面布設(shè)。

3)時間控制：每季度至少一次，可與水平位移觀測同步進行，測定垂直位移標點的高程變化并記錄備查。

4)當遇到下列情況時，應(yīng)適當增加測次：

①地震以后或久雨、暴雨之后；

②變形量顯著增大時；

③滲水情況顯著變壞時；

④庫水位超過最高水位時；

⑤在壩體上進行大規(guī)模施工之后。

3 三維位移監(jiān)測技術(shù)在尾礦庫監(jiān)測中的應(yīng)用

隨著測量儀器和測量技術(shù)的發(fā)展，市場上已經(jīng)出現(xiàn)能實時連續(xù)觀測監(jiān)測點水平位移和垂直位移的測量系統(tǒng)，由于此系統(tǒng)測量可直接獲取監(jiān)測點的三維坐標值，故稱為“三維位移監(jiān)測系統(tǒng)”。該系統(tǒng)按監(jiān)測點位移數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)通過南方SMOS 軟件進行處理從而得到監(jiān)測位移情況。

根據(jù)尾礦庫的情況的不同，采用多樣的監(jiān)測技術(shù)手段，以達到最優(yōu)監(jiān)測效果：針對壩體規(guī)模大、通視性差、存在遮擋的尾礦壩壩體，采用GPS 法進行監(jiān)測；針對壩體規(guī)模較小、通視性好的尾礦壩，采用自動測量機器人極坐標差分法來進行監(jiān)測。

這兩種技術(shù)，在尾礦庫壩體位移監(jiān)測中可以根據(jù)工程的具體情況，取長補短互相搭配使用，設(shè)計出最優(yōu)的方案，以達到最佳的監(jiān)測效果。如下圖1：

圖1

3.1 GPS 法

GPS 法是基于全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)來進行尾礦庫壩體的位移監(jiān)測，利用GPS 接收機實時采集監(jiān)測點的坐標，通過南方SMOS 軟件解算監(jiān)測點的位移情況和位移速率。GPS 法定實時監(jiān)測精度為：水平位移精度＜±3mm；垂直位移精度達到5mm。在10km 內(nèi)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(jiān)測的方式為：在監(jiān)測站位置安裝一臺或多臺GPS 接收機，每個監(jiān)測點對應(yīng)一臺GPS 接收機來獲得其位移信息，配合南方SMOS 軟件構(gòu)成三維位移監(jiān)測系統(tǒng)。

采用GPS 法進行尾礦庫壩體位移監(jiān)測，其特點如下：

①可以自動獲得實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過SMOS 軟件生成三維坐標變化圖和三維坐標變化速率圖；

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(wèi)星即可實現(xiàn)精確觀測；

③高度自動化，無人值守，全天候監(jiān)測，不受天氣情況的影響；

④成本隨GPS 監(jiān)測點數(shù)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、三維坐標以及其他相關(guān)信息的智能型全站儀，又被稱為測量機器人。極坐標差分法通過自動型全站儀采集監(jiān)測點的坐標數(shù)據(jù)，利用南方SMOS 軟件來計算監(jiān)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(jiān)測的方式為：一臺全自動測量全站儀與數(shù)個監(jiān)測點目標（棱鏡）及SMOS 軟件構(gòu)成三維位移監(jiān)測系統(tǒng)。

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(jiān)測，其特點如下

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(jiān)測點的三維數(shù)據(jù)；

②測量精度高，經(jīng)過軟件差分解算后可達到亞毫米級；

③反射棱鏡價格低廉，監(jiān)測點的布設(shè)成本低，有利于增加監(jiān)測點數(shù)。

通過以上比較可以得知，目前三維位移監(jiān)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(shù)據(jù)采集部分都可以實現(xiàn)監(jiān)測點坐標數(shù)據(jù)的自動采集，通過SMOS 軟件來實現(xiàn)對尾礦庫壩體位移的監(jiān)測。

4 結(jié)束語

將尾礦庫的安全管理納入現(xiàn)代科學的范疇之內(nèi)，科學、即時、有效的監(jiān)測監(jiān)控，以確保人民生命財產(chǎn)的安全和社會的穩(wěn)定，為構(gòu)建和諧的生存環(huán)境，做出應(yīng)有的貢獻。

［1］徐莉莉.淺談尾礦庫安全管理因素及對策[C]//第三屆尾礦庫安全運行技術(shù)高峰論壇.2010.

［2］王松.淺談尾礦庫觀測項目[C]//第三屆尾礦庫安全運行技術(shù)高峰論壇.2010.

［3］侯群.GPRS 技術(shù)在尾礦庫遠程監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2010.

［4］李青石，等.試論尾礦庫安全監(jiān)測的現(xiàn)狀及前景[J].中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學報，2011.