周浩

摘 要：國(guó)家以立法形式強(qiáng)調(diào)對(duì)尾礦設(shè)施的安全監(jiān)督，突顯了尾礦庫(kù)安全的重要性。位移監(jiān)測(cè)技術(shù)在尾礦庫(kù)安全監(jiān)管中具有重要意義，文章分析了各種位移監(jiān)測(cè)技術(shù)的區(qū)別與適用性。

關(guān)鍵詞：尾礦庫(kù)；監(jiān)測(cè)；位移；極坐標(biāo)差分；GPS

引言

為了加強(qiáng)對(duì)尾礦庫(kù)的安全管理，我國(guó)以立法的形式特別強(qiáng)調(diào)了對(duì)尾礦設(shè)施的安全監(jiān)督[1]。

尾礦庫(kù)安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)主要包括以下內(nèi)容：尾礦庫(kù)壩體位移監(jiān)測(cè)、尾礦庫(kù)庫(kù)區(qū)水位監(jiān)測(cè)、尾礦庫(kù)庫(kù)區(qū)視頻監(jiān)控、其他監(jiān)測(cè)內(nèi)容還包括如浸潤(rùn)線、干灘、降雨量等。

尾礦庫(kù)發(fā)生潰壩災(zāi)害，壩體位移是其中最直觀的反應(yīng)指標(biāo)。對(duì)尾礦庫(kù)壩體位移的掌握，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)尾礦壩位移率和位移速度，一旦出現(xiàn)險(xiǎn)情，及時(shí)發(fā)布預(yù)警消息。

尾礦庫(kù)壩體位移監(jiān)測(cè)的技術(shù)手段有很多，就觀測(cè)目的而言主要分為平面（水平）位移監(jiān)測(cè)、沉降（垂直）位移監(jiān)測(cè)以及全方位監(jiān)測(cè)壩體位移情況的三維位移監(jiān)測(cè)等。

1 平面（水平）位移監(jiān)測(cè)

平面位移監(jiān)測(cè)是指對(duì)尾礦庫(kù)壩體水平位移的監(jiān)測(cè)，有以下幾種方法：引張線法、真空激光準(zhǔn)直法、小角度法和覘標(biāo)法等。

2 沉降（垂直）位移監(jiān)測(cè)

沉降位移監(jiān)測(cè)是指監(jiān)測(cè)尾礦庫(kù)壩體的垂直位移情況，常用的方法有精密水準(zhǔn)法、靜力水準(zhǔn)法和分層沉降磁環(huán)法等。

3 三維位移監(jiān)測(cè)

以上各種監(jiān)測(cè)方法是將尾礦庫(kù)壩體位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水平位移和垂直位移分別監(jiān)測(cè)，測(cè)量成果不具有同時(shí)性，降低了成果的科學(xué)性和使用價(jià)值。使用常規(guī)方法觀測(cè)周期長(zhǎng)，無(wú)法實(shí)時(shí)地了解尾礦庫(kù)壩體的位移情況，其中一些方法的應(yīng)用還受制于壩型（直線型和曲級(jí)型）以及量程的限制。在很長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)，尾礦庫(kù)位移監(jiān)測(cè)基本采用了上述的方法，不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、實(shí)時(shí)化的連續(xù)觀測(cè)，無(wú)法滿足安監(jiān)部門當(dāng)前對(duì)于重大危險(xiǎn)源的在線安全監(jiān)測(cè)要求。

隨著測(cè)量?jī)x器和測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)能實(shí)時(shí)連續(xù)觀測(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平位移和垂直位移的測(cè)量系統(tǒng)，由于此系統(tǒng)測(cè)量可直接獲取監(jiān)測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)值，故稱為“三維位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”。該系統(tǒng)按監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移數(shù)據(jù)的采集方式可分為GPS法和自動(dòng)型全站儀極坐標(biāo)差分法。采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)南方SMOS軟件[2]進(jìn)行處理從而得到監(jiān)測(cè)位移情況。

3.1 GPS法

GPS法是基于全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行尾礦庫(kù)壩體的位移監(jiān)測(cè)，利用GPS接收機(jī)實(shí)時(shí)采集監(jiān)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)，通過(guò)南方SMOS軟件解算監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移情況和位移速率。GPS法定實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)精度為：水平位移精度<±3mm；垂直位移精度達(dá)到5mm。在10km內(nèi)的短基線上GPS 測(cè)量可以獲得毫米級(jí)的定位精度。

采用GPS法進(jìn)行尾礦庫(kù)壩體位移監(jiān)測(cè)的方式為：在監(jiān)測(cè)站位置安裝一臺(tái)或多臺(tái)GPS接收機(jī)，每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)一臺(tái)GPS接收機(jī)來(lái)獲得其位移信息，配合南方SMOS軟件構(gòu)成三維位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

采用GPS法進(jìn)行尾礦庫(kù)壩體位移監(jiān)測(cè)，其特點(diǎn)如下：

3.1.1 可以自動(dòng)獲得實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)SMOS軟件生成三維坐標(biāo)變化圖和三維坐標(biāo)變化速率圖。

3.1.2 受地形限制較小，觀測(cè)點(diǎn)之間無(wú)需通視，只對(duì)空開(kāi)闊，達(dá)到4顆衛(wèi)星即可實(shí)現(xiàn)精確觀測(cè)。

3.1.3 高度自動(dòng)化，無(wú)人值守，全天候監(jiān)測(cè)，不受天氣情況的影響。

3.1.4 成本隨GPS監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量的增加而增加。

3.2 自動(dòng)型全站儀極坐標(biāo)差分法

自動(dòng)型全站儀是一種能進(jìn)行自動(dòng)搜索、跟蹤、辨識(shí)和精確找準(zhǔn)目標(biāo)并獲取角度、距離、三位坐標(biāo)以及其他相關(guān)信息的智能型全站儀，又被稱為測(cè)量機(jī)器人。極坐標(biāo)差分法[3]通過(guò)自動(dòng)型全站儀采集監(jiān)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，利用南方SMOS軟件來(lái)計(jì)算監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移情況。使用該方法后自動(dòng)型全站儀的測(cè)量精度可以達(dá)到亞毫米級(jí)。

采用自動(dòng)型全站儀極坐標(biāo)差分法進(jìn)行尾礦壩壩體位移的監(jiān)測(cè)的方式為：一臺(tái)全自動(dòng)測(cè)量全站儀與數(shù)個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)目標(biāo)（棱鏡）及SMOS軟件構(gòu)成三維位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

采用自動(dòng)型全站儀極坐標(biāo)差分法來(lái)進(jìn)行尾礦庫(kù)壩體位移的監(jiān)測(cè)，其特點(diǎn)如下：

3.2.1 無(wú)需人工干預(yù)，全自動(dòng)采集，自動(dòng)獲取三維坐標(biāo)信息、傳輸、與處理監(jiān)測(cè)點(diǎn)的三維數(shù)據(jù)。

3.2.2 測(cè)量精度高，經(jīng)過(guò)軟件差分解算后可達(dá)到亞毫米級(jí)。

3.2.3 反射棱鏡價(jià)格低廉，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)成本低，有利于增加監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)。

通過(guò)以上比較可以得知，目前三維位移監(jiān)測(cè)的方案主要有GPS法和自動(dòng)型全站儀極坐標(biāo)差分法，兩者采用不同的數(shù)據(jù)采集部分都可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集，通過(guò)SMOS軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)尾礦庫(kù)壩體位移的監(jiān)測(cè)。

這兩種技術(shù)，在尾礦庫(kù)壩體位移監(jiān)測(cè)中可以根據(jù)工程的具體情況，取長(zhǎng)補(bǔ)短互相搭配使用，設(shè)計(jì)出最優(yōu)的方案，以達(dá)到最佳的監(jiān)測(cè)效果。

4 結(jié)束語(yǔ)

從尾礦庫(kù)壩體位移監(jiān)測(cè)工作的需求來(lái)看，采用三維位移監(jiān)測(cè)技術(shù)還僅僅是開(kāi)始。從目前尾礦庫(kù)安全的現(xiàn)狀來(lái)看，應(yīng)盡快在尾礦庫(kù)監(jiān)測(cè)監(jiān)控中配置這種真正意義上的三維位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

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

參考文獻(xiàn)

[1]中國(guó)人民代表大會(huì).中華人民共和國(guó)礦山安全法[J].1995，5.1

[2]國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督總局.尾礦庫(kù)安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范[J].AQ2030-2010 2011.5.1.

[3]包歡.差分方法在測(cè)量中的應(yīng)用[J].測(cè)繪通報(bào)，2003（5）：29-31.