尾矿库位移监测技术探讨

马作君

（大冶有色设计研究院有限公司，湖北 黄石 435005）

0 引言

尾矿库观测的一部分工作内容可用肉眼进行。如观测坝坡有无明显变形、塌坑、沼泽化、渗水、裂缝及蚁穴鼠洞等。对于在用的重要尾矿库，要进行更精细的观测，则必须借助仪器设备完成。

1 尾矿库安全监测的意义

尾矿库是指筑坝拦截谷口或围地构成的，用以堆存金属或非金属矿山进行矿石选别后排出尾矿或其他工业废渣的场所，是金属与非金属矿山安全生产的重要环节，也是需要在线监测的重大危险源之一。

尾矿库安全监测监控系统的实施，便于企业和安全监管部门快速掌握与尾矿库安全密切相关的技术指标的最新动态，有利于及时掌握尾矿库的运行状况和安全现状，可以提高尾矿库的安全性，保障库区下游企业正常运转及库区人民群众的生命财产安全，避免因尾矿库事故而造成的环境污染，对于加强尾矿库的安全监管，把握尾矿库的安全现状，减少尾矿库的事故发生等具有重要意义。

2 尾矿库位移监测的内容和方法

尾矿库坝体位移监测的技术手段有很多，就观测目的而言主要分为平面（水平）位移监测、沉降（垂直）位移监测等。

2.1 平面（水平）位移监测

平面位移监测是指对尾矿库坝体水平位移的监测，有以下几种方法：视准线法、真空激光准直法、小角度法和觇标法等。

1) 一般采用视准线法：此法适用于轴线为直线的坝的观测，是目前观测尾矿库位移的常用方法。

2) 在坝端两岸山坡上设置工作点A 和B，将经纬仪安置在A（B）上，后视B（A）点构成视准线，以此作为坝体水平位移基准线。沿视准线在坝体上每隔50-100 米水平距离埋设观测标点，测出并记录各观测点中心偏离基准线的距离作为初测成果。当坝体发生水平位移时，各观测标点与视准线的相对位置发生变化。测出标点中心新的偏离距离与初测成果相比较，即可得出坝体水平位移量。

3) 观测标点设于坝体表层，选择时必须注意选择有代表性的且能控制该变形情况的断面。如最大坝高断面、合拢段、有排水涵洞的断面以及地基工程地质变化较大的部位布设。一般在坝顶布设一排、在下游坡面布设2-3 排，排间距为50-100 米。

4) 观测标点由底板、立柱和标点三部分组成。工作基点应设在每排观测标点延长线两端的山坡上，要求安设牢固。

5) 坝体水平位移观测每季度至少测定一次，并留有观测记录备查。

2.2 沉降（垂直）位移监测

沉降位移监测是指监测尾矿库坝体的垂直位移情况，常用的方法有有精密水准法、静力水准法和分层沉降磁环法等。其中精密水准法的操作程序如下：

1)设置水准基点：在两岸不受影响的部位设置水准基点。

2)设置垂直位移标点：在坝体表面布设。

3)时间控制：每季度至少一次，可与水平位移观测同步进行，测定垂直位移标点的高程变化并记录备查。

4)当遇到下列情况时，应适当增加测次：

①地震以后或久雨、暴雨之后；

②变形量显著增大时；

③渗水情况显著变坏时；

④库水位超过最高水位时；

⑤在坝体上进行大规模施工之后。

3 三维位移监测技术在尾矿库监测中的应用

随着测量仪器和测量技术的发展，市场上已经出现能实时连续观测监测点水平位移和垂直位移的测量系统，由于此系统测量可直接获取监测点的三维坐标值，故称为“三维位移监测系统”。该系统按监测点位移数据的采集方式可分为GPS 法和自动型全站仪极坐标差分法。采集到的数据通过南方SMOS 软件进行处理从而得到监测位移情况。

根据尾矿库的情况的不同，采用多样的监测技术手段，以达到最优监测效果：针对坝体规模大、通视性差、存在遮挡的尾矿坝坝体，采用GPS 法进行监测；针对坝体规模较小、通视性好的尾矿坝，采用自动测量机器人极坐标差分法来进行监测。

这两种技术，在尾矿库坝体位移监测中可以根据工程的具体情况，取长补短互相搭配使用，设计出最优的方案，以达到最佳的监测效果。如下图1：

图1

3.1 GPS 法

GPS 法是基于全球卫星定位系统来进行尾矿库坝体的位移监测，利用GPS 接收机实时采集监测点的坐标，通过南方SMOS 软件解算监测点的位移情况和位移速率。GPS 法定实时监测精度为：水平位移精度＜±3mm；垂直位移精度达到5mm。在10km 内的短基线上GPS 测量可以获得毫米级的定位精度。

采用GPS 法进行尾矿库坝体位移监测的方式为：在监测站位置安装一台或多台GPS 接收机，每个监测点对应一台GPS 接收机来获得其位移信息，配合南方SMOS 软件构成三维位移监测系统。

采用GPS 法进行尾矿库坝体位移监测，其特点如下：

①可以自动获得实时监测数据，通过SMOS 软件生成三维坐标变化图和三维坐标变化速率图；

②受地形限制较小，观测点之间无需通视，只对空开阔，达到4 颗卫星即可实现精确观测；

③高度自动化，无人值守，全天候监测，不受天气情况的影响；

④成本随GPS 监测点数量的增加而增加。

3.2 自动型全站仪极坐标差分法

自动型全站仪是一种能进行自动搜索、跟踪、辨识和精确找准目标并获取角度、距离、三维坐标以及其他相关信息的智能型全站仪，又被称为测量机器人。极坐标差分法通过自动型全站仪采集监测点的坐标数据，利用南方SMOS 软件来计算监测点的位移情况。使用该方法后自动型全站仪的测量精度可以达到亚毫米级。

采用自动型全站仪极坐标差分法进行尾矿坝坝体位移的监测的方式为：一台全自动测量全站仪与数个监测点目标（棱镜）及SMOS 软件构成三维位移监测系统。

采用自动型全站仪极坐标差分法来进行尾矿库坝体位移的监测，其特点如下

①无需人工干预，全自动采集，自动获取三维坐标信息、传输、与处理监测点的三维数据；

②测量精度高，经过软件差分解算后可达到亚毫米级；

③反射棱镜价格低廉，监测点的布设成本低，有利于增加监测点数。

通过以上比较可以得知，目前三维位移监测的方案主要有GPS法和自动型全站仪极坐标差分法，两者采用不同的数据采集部分都可以实现监测点坐标数据的自动采集，通过SMOS 软件来实现对尾矿库坝体位移的监测。

4 结束语

将尾矿库的安全管理纳入现代科学的范畴之内，科学、即时、有效的监测监控，以确保人民生命财产的安全和社会的稳定，为构建和谐的生存环境，做出应有的贡献。

［1］徐莉莉.浅谈尾矿库安全管理因素及对策[C]//第三届尾矿库安全运行技术高峰论坛.2010.

［2］王松.浅谈尾矿库观测项目[C]//第三届尾矿库安全运行技术高峰论坛.2010.

［3］侯群.GPRS 技术在尾矿库远程监测系统中的应用[J].现代电子技术，2010.

［4］李青石，等.试论尾矿库安全监测的现状及前景[J].中国地质灾害与防治学报，2011.