馬作君

（大冶有色設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖北 黃石 435005）

0 引言

尾礦庫(kù)觀測(cè)的一部分工作內(nèi)容可用肉眼進(jìn)行。如觀測(cè)壩坡有無(wú)明顯變形、塌坑、沼澤化、滲水、裂縫及蟻穴鼠洞等。對(duì)于在用的重要尾礦庫(kù)，要進(jìn)行更精細(xì)的觀測(cè)，則必須借助儀器設(shè)備完成。

1 尾礦庫(kù)安全監(jiān)測(cè)的意義

尾礦庫(kù)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(jìn)行礦石選別后排出尾礦或其他工業(yè)廢渣的場(chǎng)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(cè)的重大危險(xiǎn)源之一。

尾礦庫(kù)安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)施，便于企業(yè)和安全監(jiān)管部門快速掌握與尾礦庫(kù)安全密切相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)的最新動(dòng)態(tài)，有利于及時(shí)掌握尾礦庫(kù)的運(yùn)行狀況和安全現(xiàn)狀，可以提高尾礦庫(kù)的安全性，保障庫(kù)區(qū)下游企業(yè)正常運(yùn)轉(zhuǎn)及庫(kù)區(qū)人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，避免因尾礦庫(kù)事故而造成的環(huán)境污染，對(duì)于加強(qiáng)尾礦庫(kù)的安全監(jiān)管，把握尾礦庫(kù)的安全現(xiàn)狀，減少尾礦庫(kù)的事故發(fā)生等具有重要意義。

2 尾礦庫(kù)位移監(jiān)測(cè)的內(nèi)容和方法

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)等。

2.1 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：視準(zhǔn)線法、真空激光準(zhǔn)直法、小角度法和覘標(biāo)法等。

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

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

3) 觀測(cè)標(biāo)點(diǎn)設(shè)于壩體表層，選擇時(shí)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(cè)標(biāo)點(diǎn)由底板、立柱和標(biāo)點(diǎn)三部分組成。工作基點(diǎn)應(yīng)設(shè)在每排觀測(cè)標(biāo)點(diǎn)延長(zhǎng)線兩端的山坡上，要求安設(shè)牢固。

5) 壩體水平位移觀測(cè)每季度至少測(cè)定一次，并留有觀測(cè)記錄備查。

2.2 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，常用的方法有有精密水準(zhǔn)法、靜力水準(zhǔn)法和分層沉降磁環(huán)法等。其中精密水準(zhǔn)法的操作程序如下：

1)設(shè)置水準(zhǔn)基點(diǎn)：在兩岸不受影響的部位設(shè)置水準(zhǔn)基點(diǎn)。

2)設(shè)置垂直位移標(biāo)點(diǎn)：在壩體表面布設(shè)。

3)時(shí)間控制：每季度至少一次，可與水平位移觀測(cè)同步進(jìn)行，測(cè)定垂直位移標(biāo)點(diǎn)的高程變化并記錄備查。

4)當(dāng)遇到下列情況時(shí)，應(yīng)適當(dāng)增加測(cè)次：

①地震以后或久雨、暴雨之后；

②變形量顯著增大時(shí)；

③滲水情況顯著變壞時(shí)；

④庫(kù)水位超過(guò)最高水位時(shí)；

⑤在壩體上進(jìn)行大規(guī)模施工之后。

3 三維位移監(jiān)測(cè)技術(shù)在尾礦庫(kù)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

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 軟件進(jìn)行處理從而得到監(jiān)測(cè)位移情況。

根據(jù)尾礦庫(kù)的情況的不同，采用多樣的監(jiān)測(cè)技術(shù)手段，以達(dá)到最優(yōu)監(jiān)測(cè)效果：針對(duì)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(jìn)行監(jiān)測(cè)；針對(duì)壩體規(guī)模較小、通視性好的尾礦壩，采用自動(dòng)測(cè)量機(jī)器人極坐標(biāo)差分法來(lái)進(jìn)行監(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。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(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：

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；

②受地形限制較小，觀測(cè)點(diǎn)之間無(wú)需通視，只對(duì)空開闊，達(dá)到4 顆衛(wèi)星即可實(shí)現(xiàn)精確觀測(cè)；

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；

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、三維坐標(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

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)；

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)。

4 結(jié)束語(yǔ)

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)。

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

［2］王松.淺談尾礦庫(kù)觀測(cè)項(xiàng)目[C]//第三屆尾礦庫(kù)安全運(yùn)行技術(shù)高峰論壇.2010.

［3］侯群.GPRS 技術(shù)在尾礦庫(kù)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)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(kù)安全監(jiān)測(cè)的現(xiàn)狀及前景[J].中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)，2011.