快速靜態(tài)技術(shù)在新立尾礦庫監(jiān)測中的優(yōu)化研究

呂英磊

（山東黃金礦業(yè)（萊州）有限公司三山島金礦，山東 萊州 261442）

尾礦庫[1，2]是礦山企業(yè)具有高勢能的人造泥石流的重大危險源，對其實施安全監(jiān)測分析至關(guān)重要。山東黃金礦業(yè)（萊州）有限公司三山島金礦新立尾礦庫采用拓普康全站儀測設(shè)壩體監(jiān)測點進(jìn)行監(jiān)測，人員占用多，效率低。為滿足新立尾礦庫壩體沉降位移監(jiān)測[3]、地形地貌增測及礦區(qū)廠房建筑變形觀測等測設(shè)的需求，首次將快速靜態(tài)測量技術(shù)優(yōu)化升級后用于沉降位移監(jiān)測和控制測量，同時重新布設(shè)控制點、設(shè)計網(wǎng)形，使監(jiān)測數(shù)據(jù)達(dá)到測量精度要求，且方便快捷，采用EXCEL對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，生成的測設(shè)圖表更加直觀，為礦區(qū)安全高效回采提供了技術(shù)支持。

1 新立尾礦庫概況

三山島金礦新立尾礦庫始建于2002年，位于萊州市金沙灘海溿，西側(cè)為排水溝，南側(cè)為沿海防護(hù)林，北側(cè)距剛建成的8000t/d選礦廠約2.5km。該尾礦庫為碾壓式土石混合壩，在平地四面筑壩而成，其邊坡比為1：2。最新設(shè)計堆積標(biāo)高為27.5m，目前已施工至22.5m，其東西寬約450m，南北長約602m，總庫容約550萬m3。尾礦庫作為礦山安全生產(chǎn)的重大危險源，定期對壩體監(jiān)測及維護(hù)尤為重要。

2 快速靜態(tài)測量技術(shù)

快速靜態(tài)測量技術(shù)可在小范圍內(nèi)進(jìn)行控制測量，且測量精度較高，其采用3臺接收機，將1臺接收機安置在已知的固定點進(jìn)行不間斷觀測，在快速靜態(tài)定位中稱為臨時基準(zhǔn)站，另2臺接收機依次到各待定點開機觀測，稱為流動站。流動站的作業(yè)順序和時間不受嚴(yán)格的調(diào)度命令的約束，但始終能與基準(zhǔn)站保持嚴(yán)格的同步觀測?？焖凫o態(tài)測量技術(shù)優(yōu)化是在確保精度及可信度前提下，優(yōu)化觀測參數(shù)，采用雙基準(zhǔn)站法。三山島金礦采用3臺天寶光譜EPOCH50接收機，將2臺接收機固定在2個已知的固定點上作為臨時基準(zhǔn)站，并一直保持對衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤，另1臺接收機在各待定點流動設(shè)站觀測，以求定各待定點與兩臨時基準(zhǔn)站間的基線向量。該作業(yè)方式一般只需設(shè)站一次，減少了觀測時間，具有較高的可靠性。優(yōu)化后的快速靜態(tài)測量技術(shù)觀測時間為5min，通過GPS系統(tǒng)同時接收4顆及以上通訊衛(wèi)星的信號，先計算出GPS接收信號的設(shè)備與通訊衛(wèi)星的距離，再由通訊衛(wèi)星的地心坐標(biāo)系計算出GPS設(shè)備的地心坐標(biāo)系位置。在新立尾礦庫沉降位移監(jiān)測優(yōu)化升級中采用該技術(shù)可以更好地運用靜態(tài)相對定位原理，以通訊衛(wèi)星與臨時基準(zhǔn)站之間的偽距為參照物進(jìn)行測量，根據(jù)已得出的通訊衛(wèi)星瞬時坐標(biāo)，可在同一時間內(nèi)觀測4顆及以上衛(wèi)星，確定觀測站的坐標(biāo)位置，且監(jiān)測結(jié)果準(zhǔn)確度高。

3 新立尾礦庫位移監(jiān)測

3.1 監(jiān)測點布設(shè)

以國家四等點三山頭A、土山頭C、天鵝雕塑E01、北山山坡E02作為新立尾礦庫監(jiān)測的統(tǒng)一基準(zhǔn)起始，精度良好，且遠(yuǎn)離尾礦庫。在首級GPS定位控制網(wǎng)[4]基礎(chǔ)上設(shè)置位移監(jiān)測點，考慮壩體重點區(qū)域，增加監(jiān)測點的密度，用3臺及以上GPS設(shè)備進(jìn)行對信號的快速靜態(tài)優(yōu)化觀測，以邊連方式連續(xù)觀測壩體監(jiān)測點，最后與礦區(qū)小三角點聯(lián)測，這樣構(gòu)網(wǎng)便于組成較多的同步環(huán)、異步環(huán)及復(fù)測基線，具有較強的幾何強度和多余觀測，觀測過程減少為5min，經(jīng)過觀測數(shù)據(jù)和理論分析證明對導(dǎo)線測量的可行性很高，GPS網(wǎng)的設(shè)計符合GB 50026—2007《工程測量規(guī)范》的精度要求。通訊衛(wèi)星數(shù)據(jù)采樣時間間隔設(shè)置為5min，觀測到的有效衛(wèi)星高度角都大于15°，并且位置精度強弱度（Position Dilution of Precision，PDOP）的數(shù)值均小于6；采用GPS量高尺對儀器的高度進(jìn)行測量，精確到毫米，如果前后兩次的較差小于2mm則符合要求，將最后測量的較差小于2mm的數(shù)據(jù)取中數(shù)作為此站的最終站高度。為確保新立尾礦庫的安全運行及尾礦庫調(diào)洪庫容，雨季加強觀測頻率，以便更好地服務(wù)于礦區(qū)安全生產(chǎn)。

采用3DMINE成圖軟件或CASS軟件將監(jiān)測點及實測地形碎部點導(dǎo)入并繪制尾礦庫監(jiān)測圖，結(jié)果見圖1。

圖1 新立尾礦庫監(jiān)測點布設(shè)圖

3.2 數(shù)據(jù)處理

采用EXCEL程序?qū)?dǎo)出的監(jiān)測點數(shù)據(jù)文件生成電子臺帳并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理[5]，對比分析其位移，提供壩體治理節(jié)點和重點治理位置。新立尾礦庫部分壩體位移狀況如表1所示。由表1可知：2017年有2處監(jiān)測點位移量大于10mm，其余監(jiān)測點位移均較小。其中，W9水平位移最為明顯，達(dá)13mm，北西向位移；W6水平位移次之，為11mm，南東向位移。另外4處監(jiān)測點沉降量≥10mm，占全部監(jiān)測點的14%，其余監(jiān)測點沉降均較小。綜合考慮，W6、W9、J1和J3等監(jiān)測點需重點關(guān)注，并采取相應(yīng)措施。

表1 2017年12月新立尾礦庫部分監(jiān)測點監(jiān)測數(shù)據(jù)及位移狀況

W7 38470.916 92428.187 14.507 +2 +7 -5 7 W6 38317.59 92458.557 13.733 -8 +7 -12 11 J4 38351.005 92600.627 16.525 -4 +6 -6 7 W5 38377.037 92729.698 13.611 -4 +4 -6 6 J1 38554.295 92857.793 16.401 -4 -4 -11 6 W4 38428.073 92840.719 13.432 +1 +2 -4 2 W3 38674.196 92884.835 14.101 +4 -4 -1 6

3.3 監(jiān)測結(jié)果精度評定

為了保證快速靜態(tài)[6]優(yōu)化后的測量精度，測量前必須通過已知點三山頭A、土山頭C、天鵝雕塑E01、北山山坡E02進(jìn)行檢核，PDOP值較大時，及時進(jìn)行復(fù)測，以確?？焖凫o態(tài)優(yōu)化后測設(shè)的可靠性。新立尾礦庫壩體設(shè)有27個平面位移監(jiān)測點，每次測量獲取相互獨立的2個坐標(biāo)值并取其中數(shù)作為最終的測量結(jié)果，按照同精度觀測值2次觀測中誤差的計算公式m=√[dd]/2n（m為同精度觀測值2次觀測中誤差（mm）；d為2次同精度觀測值的差值，（mm）；n為評定精度的點個數(shù)），計算快速靜態(tài)測量點的中誤差△x為1.2mm，△y為1.6mm，充分證實了優(yōu)化后的快速靜態(tài)監(jiān)測成果準(zhǔn)確可靠。

3.4 應(yīng)用效果

優(yōu)化后的快速靜態(tài)測量技術(shù)在三山島金礦的應(yīng)用效果良好，監(jiān)測精度達(dá)到要求，共發(fā)現(xiàn)有4處（W6、W9、J1、J3）變形超限位置。為預(yù)防潰壩發(fā)生，2018年下半年對此4處變形超限位置進(jìn)行邊坡及排水構(gòu)筑物加固維護(hù)治理，采用漿砌石護(hù)坡，護(hù)坡厚度為1m，達(dá)到了穩(wěn)固壩體作用。與以往傳統(tǒng)監(jiān)測方法相比，在基線的基礎(chǔ)上重新布設(shè)控制點、設(shè)計網(wǎng)形，監(jiān)測數(shù)據(jù)更可靠、便捷，減少了人員占用，可有效提供壩體治理節(jié)點和重點治理位置，避免了盲目性的維護(hù)投入。

4 結(jié)論

（1）優(yōu)化后的快速靜態(tài)測量技術(shù)測量范圍更大，精度更高，時間更短，完全可以滿足二級測量的精度要求，且監(jiān)測點間可不通視，使導(dǎo)線的設(shè)站重復(fù)次數(shù)減少，極大地減少了技術(shù)人員的工作量，并且節(jié)約了成本。

（2）優(yōu)化后的快速靜態(tài)測量技術(shù)在三山島金礦的應(yīng)用效果良好，監(jiān)測精度達(dá)到要求，共發(fā)現(xiàn)有4處監(jiān)測位置（W6、W9、J1、J3）變形超限。為預(yù)防潰壩的發(fā)生，對其邊坡及排水構(gòu)筑物加固維護(hù)治理，達(dá)到了穩(wěn)固壩體作用，為礦區(qū)安全高效回采奠定了基礎(chǔ)。