某露天銅礦排土場攔污壩監(jiān)測技術(shù)研究與實踐

李大偉

（江西銅業(yè)公司 城門山銅礦，江西 九江 332100）

某銅礦是一座日處理量達7000t/d的深凹露天礦山，該礦采區(qū)三面環(huán)湖，排土場單面臨湖，作為國內(nèi)少見排土場單面臨湖的凹陷露天礦山，該礦山每年排土場污水防治及泄露監(jiān)測壓力較大。

圖1 采區(qū)及排土場周邊地表水系情況

該礦山在排土場臨湖一側(cè)在二期基建期建設(shè)了攔污壩，將排土場污水與西面自然湖泊完全隔離開，形成一道堅實的污水攔截屏障，但隨著排土場西側(cè)的不斷的推進，且攔污壩體下方及周邊原為湖區(qū)淤泥層，這使得在排土過程中淤泥上方的表土層對壩體造成一定擠壓力，對攔污壩的穩(wěn)固帶來一定的安全隱患。該礦山根據(jù)實際情況，結(jié)合現(xiàn)有的監(jiān)測設(shè)備，制定了一套符合國家標準及行業(yè)標準的攔污壩監(jiān)測方案，并依據(jù)監(jiān)測方案為攔污壩進行了長期監(jiān)測，形成監(jiān)測報告，同時依據(jù)監(jiān)測報告對排土場西部排土規(guī)劃進行合理調(diào)整，全方位確保攔污壩壩體穩(wěn)固，為礦山污水防治打下堅實基礎(chǔ)。

圖2 排土場及攔污壩體現(xiàn)狀圖

1 攔污壩監(jiān)測技術(shù)方案研究及制定

1.1 監(jiān)測現(xiàn)狀概述

該礦攔污壩位于湖區(qū)東部，排土場西部，全長約779.42m，是一座黏土重力壩。壩體整體建于原湖區(qū)上方，周邊存在一定的湖泥層，是影響攔污壩穩(wěn)定的主要因素。在排土場的推進施工過程中，排土場里大量湖泥被推擠，湖泥被推至攔污壩體周圍，隨著時間推進，排土場推進壓力以及排土場自身重力等壓力直接傳到至壩體，引起壩體的受力變形，當排土量達到一定程度，攔污壩變形總是難以避免的。

1.2 監(jiān)測目標

對排土場施工過程進行壩體監(jiān)測的目的如下：①根據(jù)壩體監(jiān)測數(shù)據(jù)與設(shè)計值（或預測值）進行比較，如超過某個限值，就采取工程措施，防止1#攔污壩破壞和環(huán)境事故的發(fā)生。保障攔污壩和周邊水域的安全。②總結(jié)工程經(jīng)驗，為完善設(shè)計分析提供依據(jù)。

1.3 技術(shù)方案編制依據(jù)

（1）《全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范》GB ∕T_18314-2009。

（2）《工程測量規(guī)范》GB50026-93。

（3）《土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（SL60—94）。

（4）《建筑變形測量規(guī)程》JGJ/T8-97。

1.4 攔污壩監(jiān)測內(nèi)容和監(jiān)測網(wǎng)布設(shè)

1.4.1 監(jiān)測內(nèi)容

本工程監(jiān)測內(nèi)容包括：①壩體表面沉降觀測。②壩體表面平面位移觀測。

1.4.2 觀測點的布設(shè)

位移、沉降監(jiān)測基準點、變形觀測點、工作基點的建立。根據(jù)現(xiàn)場實地踏勘的情況，考慮基準點的穩(wěn)定性和觀測精度要求，在辦公場地距攔污壩1.4 公里處設(shè)立的穩(wěn)定的基準點c 點，在攔污壩頂設(shè)立5 個變形觀測點，它們的編號為1#、2#、3#、4#、5#；5 個變形觀測點處于同一直線，均勻分布在壩頂中心線。工作基點位于壩體兩處山地上。

1.4.3 現(xiàn)場巡查

現(xiàn)場巡查內(nèi)容主要有：①壩體下游是否有較大的滲漏，管涌，漏洞等情況及下雨天氣等影響。②觀察壩體邊坡變形情況。③觀測壩體表面黏土、干砌石變化情況。

1.5 監(jiān)測儀器的選擇和精度要求

水平位移、沉降觀測儀器的選擇和精度要求。

1.5.1 儀器選擇

天寶GPSR8，本儀器已按時檢定，在有效期范圍內(nèi)使用。

1.5.2 精度要求

①編碼差分GPS 定位精度：水平0.25m+1ppmRMS；垂直0.50m+1ppmRMS。②WAAS 差分定位精度：典型＜5m 3DRMS。③靜態(tài)和快速靜態(tài)GNSS 測量：水平3mm+0.1ppmRMS；垂直3.5mm+0.4ppmRMS。④動態(tài)測量：水平10mm+1ppmRM；垂直20mm+1ppmRMS。

表1 攔污壩監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析表

1.6 觀測方法、頻率和要求

1.6.1 觀測方法

（1）采用實時動態(tài)測量GPS—RTK技術(shù)，通過載波相位測量測量，對兩臺設(shè)備進行數(shù)據(jù)實時差分處理技術(shù)，獲得高精度固定解。

（2）采用快速靜態(tài)測量，利用3 臺設(shè)備進行衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)采集，利用軟件后處理得出高精度數(shù)據(jù)。

1.6.2 監(jiān)測頻率

按照要求每周觀測1 次。（由于2016 年雨量20 年一遇引起排土場垮塌嚴重，調(diào)整監(jiān)測點布局增設(shè)下游薄弱區(qū)域6#、7#兩點，并將監(jiān)測頻率調(diào)整為每周2 次）。

當水平位移、沉降位移超過20mm 時，應及時通知上級。調(diào)整施工進度，增加觀測頻率以及加強對壩體巡視。

1.6.3 監(jiān)測人員組織

測量員：負責每次觀測前檢查儀器，正確架設(shè)儀器及行走路線進行觀測。負責準確記錄測量數(shù)據(jù)并及時進行數(shù)據(jù)處理。

檢查員：負責對測量、記錄、資料的工作進行檢查督促。

1.6.4 監(jiān)測結(jié)果及信息反饋

監(jiān)測成果提交：每次觀測完畢后，及時提交本次成果報告，提交資料如下：①沉降、位移觀測表面監(jiān)測分析表。②沉降、位移觀測表面監(jiān)測。

1.7 預警響應

測量技術(shù)人員在數(shù)據(jù)處理過程中或者現(xiàn)場目測到超出預警值得變形或者位移后，立即向分管場領(lǐng)導匯報，場領(lǐng)導接到匯報后根據(jù)實際情況召開研討會，確定整治方案，調(diào)整排土規(guī)劃，盡可能的減少對攔污壩的擠壓力，待變形及位移穩(wěn)定后再考慮往西側(cè)排土。

2 攔污壩監(jiān)測實踐

自2016 年10 月起，該礦山對排土場攔污壩進行了每周2 次的壩體位移監(jiān)測，每周形成2 次監(jiān)測分析報告，對攔污壩進行了長期化、高頻次的監(jiān)測，監(jiān)測及分析報告主要內(nèi)容如下表所示。

3 取得成效

經(jīng)過長達4 年多的監(jiān)測實踐，并在實踐中不斷完善監(jiān)測技術(shù)方案，更新監(jiān)測設(shè)備，使得該礦山攔污壩監(jiān)測數(shù)據(jù)更加真實可靠，該礦山依據(jù)每周2 次的監(jiān)測數(shù)據(jù)，對排土場排土規(guī)劃進行了多次調(diào)整，比較大的調(diào)整一共有兩次：

（1）2016 年11 月監(jiān)測發(fā)現(xiàn)攔污壩水平位移超過了預警值，且攔污壩周邊表土有隆起跡象。針對監(jiān)測情況，該礦停止了往西面排土進度，改從西北往東南方向起一層10m 排土小臺階壓實表土下的淤泥層。

（2）2018 年9 月檢測發(fā)現(xiàn)攔污壩水平及高程位于超過了預警值，且攔污壩周邊表土有淤泥受擠壓里溢出。針對此情況，該礦在此停止了往西面排土，排土重點往南部及東南方向，使得西部排土區(qū)域有足夠長時間的沉降穩(wěn)定期。

以上根據(jù)監(jiān)測情況的兩次調(diào)整經(jīng)過實踐證明是非常及時和有效的，這要歸功于監(jiān)測技術(shù)方案制定的科學合理及監(jiān)測長期不懈怠的監(jiān)測，充分體現(xiàn)了實時監(jiān)測在露天礦山的重要地位。

4 下階段改進計劃

現(xiàn)階段采用的仍然是GPS—RTK技術(shù)進行攔污壩的監(jiān)控，此方式存在著耗時耗力的弊端，每周需要測量技術(shù)員到壩體上測量兩次，需動用較多的人力物力，該礦山通過考察國內(nèi)外先進的監(jiān)測設(shè)備，確定了兩種未來可取代GPS—RTK定點監(jiān)測的前沿技術(shù)。

4.1 三維激光掃描儀在線監(jiān)測技術(shù)

該礦山目前正在建設(shè)智能化礦山，其中購入的三維激光掃描儀可作為遠程監(jiān)測手段，目前已經(jīng)投入至采區(qū)邊坡在線監(jiān)測中，未來將在排土場布設(shè)監(jiān)測站，通過遠程監(jiān)測攔污壩，在攔污壩位移及變形超出預警值時，將進行預警，并標記出變形及位移區(qū)域，并顯示變形及位移量。三維激光掃描儀遠程實時監(jiān)測技術(shù)具有精度高、范圍廣、智能化、全自動在線監(jiān)測等優(yōu)勢，是未來取代人工定點監(jiān)測的一大趨勢。

4.2 GNSS 在線監(jiān)測技術(shù)

三維激光掃描儀雖然具備上述優(yōu)勢，但是其在惡劣天氣下無法正常實行在線監(jiān)測，主要原因是雨、霧、雪等天氣會使激光產(chǎn)生折射，嚴重影響正常監(jiān)測，基于此，該礦山計劃引入GNSS在線監(jiān)測技術(shù)作為補充監(jiān)測手段，具體方式是通過在攔污壩重點區(qū)域建立監(jiān)測點，通過無線傳輸技術(shù)實現(xiàn)遠程在線監(jiān)測，在惡劣天氣下也能對重點區(qū)域進行監(jiān)測，在一定程度上可以彌補三維激光掃描儀惡劣天氣下無法實行監(jiān)測的不足。

5 總結(jié)

攔污壩位移及變形監(jiān)測是事關(guān)礦山安全環(huán)保的重要工作，該礦山通過對攔污壩運用GPS—RTK 技術(shù)對攔污壩進行定點監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)對排土場排土規(guī)劃進行合理化調(diào)整，在一定程度上避免了攔污壩的變形和位移，這是測量工作在露天礦山實際生產(chǎn)中的重要運用，體現(xiàn)了重點區(qū)域監(jiān)測工作的緊迫性和重要性。同時該礦山也意識到，隨著測量技術(shù)的進步，運用前沿技術(shù)手段將很大程度上提高監(jiān)測頻次和監(jiān)測質(zhì)量，還能夠?qū)崿F(xiàn)24h 在線監(jiān)測，可以說未來智能化監(jiān)測系統(tǒng)將成為該礦山的主流監(jiān)測技術(shù)，為礦山正常生產(chǎn)運營保駕護航。