位移監(jiān)測技術(shù)在尾礦庫安全監(jiān)測中的應(yīng)用簡析

周浩

摘 要：國家以立法形式強調(diào)對尾礦設(shè)施的安全監(jiān)督，突顯了尾礦庫安全的重要性。位移監(jiān)測技術(shù)在尾礦庫安全監(jiān)管中具有重要意義，文章分析了各種位移監(jiān)測技術(shù)的區(qū)別與適用性。

關(guān)鍵詞：尾礦庫；監(jiān)測；位移；極坐標差分；GPS

引言

為了加強對尾礦庫的安全管理，我國以立法的形式特別強調(diào)了對尾礦設(shè)施的安全監(jiān)督[1]。

尾礦庫安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)主要包括以下內(nèi)容：尾礦庫壩體位移監(jiān)測、尾礦庫庫區(qū)水位監(jiān)測、尾礦庫庫區(qū)視頻監(jiān)控、其他監(jiān)測內(nèi)容還包括如浸潤線、干灘、降雨量等。

尾礦庫發(fā)生潰壩災(zāi)害，壩體位移是其中最直觀的反應(yīng)指標。對尾礦庫壩體位移的掌握，可以及時發(fā)現(xiàn)尾礦壩位移率和位移速度，一旦出現(xiàn)險情，及時發(fā)布預(yù)警消息。

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)測以及全方位監(jiān)測壩體位移情況的三維位移監(jiān)測等。

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：引張線法、真空激光準直法、小角度法和覘標法等。

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，常用的方法有精密水準法、靜力水準法和分層沉降磁環(huán)法等。

3 三維位移監(jiān)測

以上各種監(jiān)測方法是將尾礦庫壩體位移監(jiān)測點的水平位移和垂直位移分別監(jiān)測，測量成果不具有同時性，降低了成果的科學性和使用價值。使用常規(guī)方法觀測周期長，無法實時地了解尾礦庫壩體的位移情況，其中一些方法的應(yīng)用還受制于壩型（直線型和曲級型）以及量程的限制。在很長一段時期內(nèi)，尾礦庫位移監(jiān)測基本采用了上述的方法，不能實現(xiàn)自動化、實時化的連續(xù)觀測，無法滿足安監(jiān)部門當前對于重大危險源的在線安全監(jiān)測要求。

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[2]進行處理從而得到監(jiān)測位移情況。

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：

3.1.1 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。

3.1.2 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。

3.1.3 高度自動化，無人值守，全天候監(jiān)測，不受天氣情況的影響。

3.1.4 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、三位坐標以及其他相關(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[3]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：

3.2.1 無需人工干預(yù)，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)。

3.2.2 測量精度高，經(jīng)過軟件差分解算后可達到亞毫米級。

3.2.3 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。

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。

4 結(jié)束語

從尾礦庫壩體位移監(jiān)測工作的需求來看，采用三維位移監(jiān)測技術(shù)還僅僅是開始。從目前尾礦庫安全的現(xiàn)狀來看，應(yīng)盡快在尾礦庫監(jiān)測監(jiān)控中配置這種真正意義上的三維位移監(jiān)測系統(tǒng)。

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。

參考文獻

[1]中國人民代表大會.中華人民共和國礦山安全法[J].1995，5.1

[2]國家安全生產(chǎn)監(jiān)督總局.尾礦庫安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[J].AQ2030-2010 2011.5.1.

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