快速靜態技術在新立尾礦庫監測中的優化研究

呂英磊

（山東黃金礦業（萊州）有限公司三山島金礦，山東 萊州 261442）

尾礦庫[1，2]是礦山企業具有高勢能的人造泥石流的重大危險源，對其實施安全監測分析至關重要。山東黃金礦業（萊州）有限公司三山島金礦新立尾礦庫采用拓普康全站儀測設壩體監測點進行監測，人員占用多，效率低。為滿足新立尾礦庫壩體沉降位移監測[3]、地形地貌增測及礦區廠房建筑變形觀測等測設的需求，首次將快速靜態測量技術優化升級后用于沉降位移監測和控制測量，同時重新布設控制點、設計網形，使監測數據達到測量精度要求，且方便快捷，采用EXCEL對監測數據進行處理，生成的測設圖表更加直觀，為礦區安全高效回采提供了技術支持。

1 新立尾礦庫概況

三山島金礦新立尾礦庫始建于2002年，位于萊州市金沙灘海溿，西側為排水溝，南側為沿海防護林，北側距剛建成的8000t/d選礦廠約2.5km。該尾礦庫為碾壓式土石混合壩，在平地四面筑壩而成，其邊坡比為1：2。最新設計堆積標高為27.5m，目前已施工至22.5m，其東西寬約450m，南北長約602m，總庫容約550萬m3。尾礦庫作為礦山安全生產的重大危險源，定期對壩體監測及維護尤為重要。

2 快速靜態測量技術

快速靜態測量技術可在小范圍內進行控制測量，且測量精度較高，其采用3臺接收機，將1臺接收機安置在已知的固定點進行不間斷觀測，在快速靜態定位中稱為臨時基準站，另2臺接收機依次到各待定點開機觀測，稱為流動站。流動站的作業順序和時間不受嚴格的調度命令的約束，但始終能與基準站保持嚴格的同步觀測。快速靜態測量技術優化是在確保精度及可信度前提下，優化觀測參數，采用雙基準站法。三山島金礦采用3臺天寶光譜EPOCH50接收機，將2臺接收機固定在2個已知的固定點上作為臨時基準站，并一直保持對衛星的連續跟蹤，另1臺接收機在各待定點流動設站觀測，以求定各待定點與兩臨時基準站間的基線向量。該作業方式一般只需設站一次，減少了觀測時間，具有較高的可靠性。優化后的快速靜態測量技術觀測時間為5min，通過GPS系統同時接收4顆及以上通訊衛星的信號，先計算出GPS接收信號的設備與通訊衛星的距離，再由通訊衛星的地心坐標系計算出GPS設備的地心坐標系位置。在新立尾礦庫沉降位移監測優化升級中采用該技術可以更好地運用靜態相對定位原理，以通訊衛星與臨時基準站之間的偽距為參照物進行測量，根據已得出的通訊衛星瞬時坐標，可在同一時間內觀測4顆及以上衛星，確定觀測站的坐標位置，且監測結果準確度高。

3 新立尾礦庫位移監測

3.1 監測點布設

以國家四等點三山頭A、土山頭C、天鵝雕塑E01、北山山坡E02作為新立尾礦庫監測的統一基準起始，精度良好，且遠離尾礦庫。在首級GPS定位控制網[4]基礎上設置位移監測點，考慮壩體重點區域，增加監測點的密度，用3臺及以上GPS設備進行對信號的快速靜態優化觀測，以邊連方式連續觀測壩體監測點，最后與礦區小三角點聯測，這樣構網便于組成較多的同步環、異步環及復測基線，具有較強的幾何強度和多余觀測，觀測過程減少為5min，經過觀測數據和理論分析證明對導線測量的可行性很高，GPS網的設計符合GB 50026—2007《工程測量規范》的精度要求。通訊衛星數據采樣時間間隔設置為5min，觀測到的有效衛星高度角都大于15°，并且位置精度強弱度（Position Dilution of Precision，PDOP）的數值均小于6；采用GPS量高尺對儀器的高度進行測量，精確到毫米，如果前后兩次的較差小于2mm則符合要求，將最后測量的較差小于2mm的數據取中數作為此站的最終站高度。為確保新立尾礦庫的安全運行及尾礦庫調洪庫容，雨季加強觀測頻率，以便更好地服務于礦區安全生產。

采用3DMINE成圖軟件或CASS軟件將監測點及實測地形碎部點導入并繪制尾礦庫監測圖，結果見圖1。

圖1 新立尾礦庫監測點布設圖

3.2 數據處理

采用EXCEL程序將導出的監測點數據文件生成電子臺帳并進行數據處理[5]，對比分析其位移，提供壩體治理節點和重點治理位置。新立尾礦庫部分壩體位移狀況如表1所示。由表1可知：2017年有2處監測點位移量大于10mm，其余監測點位移均較小。其中，W9水平位移最為明顯，達13mm，北西向位移；W6水平位移次之，為11mm，南東向位移。另外4處監測點沉降量≥10mm，占全部監測點的14%，其余監測點沉降均較小。綜合考慮，W6、W9、J1和J3等監測點需重點關注，并采取相應措施。

表1 2017年12月新立尾礦庫部分監測點監測數據及位移狀況

W7 38470.916 92428.187 14.507 +2 +7 -5 7 W6 38317.59 92458.557 13.733 -8 +7 -12 11 J4 38351.005 92600.627 16.525 -4 +6 -6 7 W5 38377.037 92729.698 13.611 -4 +4 -6 6 J1 38554.295 92857.793 16.401 -4 -4 -11 6 W4 38428.073 92840.719 13.432 +1 +2 -4 2 W3 38674.196 92884.835 14.101 +4 -4 -1 6

3.3 監測結果精度評定

為了保證快速靜態[6]優化后的測量精度，測量前必須通過已知點三山頭A、土山頭C、天鵝雕塑E01、北山山坡E02進行檢核，PDOP值較大時，及時進行復測，以確?？焖凫o態優化后測設的可靠性。新立尾礦庫壩體設有27個平面位移監測點，每次測量獲取相互獨立的2個坐標值并取其中數作為最終的測量結果，按照同精度觀測值2次觀測中誤差的計算公式m=√[dd]/2n（m為同精度觀測值2次觀測中誤差（mm）；d為2次同精度觀測值的差值，（mm）；n為評定精度的點個數），計算快速靜態測量點的中誤差△x為1.2mm，△y為1.6mm，充分證實了優化后的快速靜態監測成果準確可靠。

3.4 應用效果

優化后的快速靜態測量技術在三山島金礦的應用效果良好，監測精度達到要求，共發現有4處（W6、W9、J1、J3）變形超限位置。為預防潰壩發生，2018年下半年對此4處變形超限位置進行邊坡及排水構筑物加固維護治理，采用漿砌石護坡，護坡厚度為1m，達到了穩固壩體作用。與以往傳統監測方法相比，在基線的基礎上重新布設控制點、設計網形，監測數據更可靠、便捷，減少了人員占用，可有效提供壩體治理節點和重點治理位置，避免了盲目性的維護投入。

4 結論

（1）優化后的快速靜態測量技術測量范圍更大，精度更高，時間更短，完全可以滿足二級測量的精度要求，且監測點間可不通視，使導線的設站重復次數減少，極大地減少了技術人員的工作量，并且節約了成本。

（2）優化后的快速靜態測量技術在三山島金礦的應用效果良好，監測精度達到要求，共發現有4處監測位置（W6、W9、J1、J3）變形超限。為預防潰壩的發生，對其邊坡及排水構筑物加固維護治理，達到了穩固壩體作用，為礦區安全高效回采奠定了基礎。