某露天铜矿排土场拦污坝监测技术研究与实践

李大伟

（江西铜业公司 城门山铜矿，江西 九江 332100）

某铜矿是一座日处理量达7000t/d的深凹露天矿山，该矿采区三面环湖，排土场单面临湖，作为国内少见排土场单面临湖的凹陷露天矿山，该矿山每年排土场污水防治及泄露监测压力较大。

图1 采区及排土场周边地表水系情况

该矿山在排土场临湖一侧在二期基建期建设了拦污坝，将排土场污水与西面自然湖泊完全隔离开，形成一道坚实的污水拦截屏障，但随着排土场西侧的不断的推进，且拦污坝体下方及周边原为湖区淤泥层，这使得在排土过程中淤泥上方的表土层对坝体造成一定挤压力，对拦污坝的稳固带来一定的安全隐患。该矿山根据实际情况，结合现有的监测设备，制定了一套符合国家标准及行业标准的拦污坝监测方案，并依据监测方案为拦污坝进行了长期监测，形成监测报告，同时依据监测报告对排土场西部排土规划进行合理调整，全方位确保拦污坝坝体稳固，为矿山污水防治打下坚实基础。

图2 排土场及拦污坝体现状图

1 拦污坝监测技术方案研究及制定

1.1 监测现状概述

该矿拦污坝位于湖区东部，排土场西部，全长约779.42m，是一座黏土重力坝。坝体整体建于原湖区上方，周边存在一定的湖泥层，是影响拦污坝稳定的主要因素。在排土场的推进施工过程中，排土场里大量湖泥被推挤，湖泥被推至拦污坝体周围，随着时间推进，排土场推进压力以及排土场自身重力等压力直接传到至坝体，引起坝体的受力变形，当排土量达到一定程度，拦污坝变形总是难以避免的。

1.2 监测目标

对排土场施工过程进行坝体监测的目的如下：①根据坝体监测数据与设计值（或预测值）进行比较，如超过某个限值，就采取工程措施，防止1#拦污坝破坏和环境事故的发生。保障拦污坝和周边水域的安全。②总结工程经验，为完善设计分析提供依据。

1.3 技术方案编制依据

（1）《全球定位系统(GPS)测量规范》GB ∕T_18314-2009。

（2）《工程测量规范》GB50026-93。

（3）《土石坝安全监测技术规范》（SL60—94）。

（4）《建筑变形测量规程》JGJ/T8-97。

1.4 拦污坝监测内容和监测网布设

1.4.1 监测内容

本工程监测内容包括：①坝体表面沉降观测。②坝体表面平面位移观测。

1.4.2 观测点的布设

位移、沉降监测基准点、变形观测点、工作基点的建立。根据现场实地踏勘的情况，考虑基准点的稳定性和观测精度要求，在办公场地距拦污坝1.4 公里处设立的稳定的基准点c 点，在拦污坝顶设立5 个变形观测点，它们的编号为1#、2#、3#、4#、5#；5 个变形观测点处于同一直线，均匀分布在坝顶中心线。工作基点位于坝体两处山地上。

1.4.3 现场巡查

现场巡查内容主要有：①坝体下游是否有较大的渗漏，管涌，漏洞等情况及下雨天气等影响。②观察坝体边坡变形情况。③观测坝体表面黏土、干砌石变化情况。

1.5 监测仪器的选择和精度要求

水平位移、沉降观测仪器的选择和精度要求。

1.5.1 仪器选择

天宝GPSR8，本仪器已按时检定，在有效期范围内使用。

1.5.2 精度要求

①编码差分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静态和快速静态GNSS 测量：水平3mm+0.1ppmRMS；垂直3.5mm+0.4ppmRMS。④动态测量：水平10mm+1ppmRM；垂直20mm+1ppmRMS。

表1 拦污坝监测数据统计分析表

1.6 观测方法、频率和要求

1.6.1 观测方法

（1）采用实时动态测量GPS—RTK技术，通过载波相位测量测量，对两台设备进行数据实时差分处理技术，获得高精度固定解。

（2）采用快速静态测量，利用3 台设备进行卫星星历数据采集，利用软件后处理得出高精度数据。

1.6.2 监测频率

按照要求每周观测1 次。（由于2016 年雨量20 年一遇引起排土场垮塌严重，调整监测点布局增设下游薄弱区域6#、7#两点，并将监测频率调整为每周2 次）。

当水平位移、沉降位移超过20mm 时，应及时通知上级。调整施工进度，增加观测频率以及加强对坝体巡视。

1.6.3 监测人员组织

测量员：负责每次观测前检查仪器，正确架设仪器及行走路线进行观测。负责准确记录测量数据并及时进行数据处理。

检查员：负责对测量、记录、资料的工作进行检查督促。

1.6.4 监测结果及信息反馈

监测成果提交：每次观测完毕后，及时提交本次成果报告，提交资料如下：①沉降、位移观测表面监测分析表。②沉降、位移观测表面监测。

1.7 预警响应

测量技术人员在数据处理过程中或者现场目测到超出预警值得变形或者位移后，立即向分管场领导汇报，场领导接到汇报后根据实际情况召开研讨会，确定整治方案，调整排土规划，尽可能的减少对拦污坝的挤压力，待变形及位移稳定后再考虑往西侧排土。

2 拦污坝监测实践

自2016 年10 月起，该矿山对排土场拦污坝进行了每周2 次的坝体位移监测，每周形成2 次监测分析报告，对拦污坝进行了长期化、高频次的监测，监测及分析报告主要内容如下表所示。

3 取得成效

经过长达4 年多的监测实践，并在实践中不断完善监测技术方案，更新监测设备，使得该矿山拦污坝监测数据更加真实可靠，该矿山依据每周2 次的监测数据，对排土场排土规划进行了多次调整，比较大的调整一共有两次：

（1）2016 年11 月监测发现拦污坝水平位移超过了预警值，且拦污坝周边表土有隆起迹象。针对监测情况，该矿停止了往西面排土进度，改从西北往东南方向起一层10m 排土小台阶压实表土下的淤泥层。

（2）2018 年9 月检测发现拦污坝水平及高程位于超过了预警值，且拦污坝周边表土有淤泥受挤压里溢出。针对此情况，该矿在此停止了往西面排土，排土重点往南部及东南方向，使得西部排土区域有足够长时间的沉降稳定期。

以上根据监测情况的两次调整经过实践证明是非常及时和有效的，这要归功于监测技术方案制定的科学合理及监测长期不懈怠的监测，充分体现了实时监测在露天矿山的重要地位。

4 下阶段改进计划

现阶段采用的仍然是GPS—RTK技术进行拦污坝的监控，此方式存在着耗时耗力的弊端，每周需要测量技术员到坝体上测量两次，需动用较多的人力物力，该矿山通过考察国内外先进的监测设备，确定了两种未来可取代GPS—RTK定点监测的前沿技术。

4.1 三维激光扫描仪在线监测技术

该矿山目前正在建设智能化矿山，其中购入的三维激光扫描仪可作为远程监测手段，目前已经投入至采区边坡在线监测中，未来将在排土场布设监测站，通过远程监测拦污坝，在拦污坝位移及变形超出预警值时，将进行预警，并标记出变形及位移区域，并显示变形及位移量。三维激光扫描仪远程实时监测技术具有精度高、范围广、智能化、全自动在线监测等优势，是未来取代人工定点监测的一大趋势。

4.2 GNSS 在线监测技术

三维激光扫描仪虽然具备上述优势，但是其在恶劣天气下无法正常实行在线监测，主要原因是雨、雾、雪等天气会使激光产生折射，严重影响正常监测，基于此，该矿山计划引入GNSS在线监测技术作为补充监测手段，具体方式是通过在拦污坝重点区域建立监测点，通过无线传输技术实现远程在线监测，在恶劣天气下也能对重点区域进行监测，在一定程度上可以弥补三维激光扫描仪恶劣天气下无法实行监测的不足。

5 总结

拦污坝位移及变形监测是事关矿山安全环保的重要工作，该矿山通过对拦污坝运用GPS—RTK 技术对拦污坝进行定点监测，并根据监测数据对排土场排土规划进行合理化调整，在一定程度上避免了拦污坝的变形和位移，这是测量工作在露天矿山实际生产中的重要运用，体现了重点区域监测工作的紧迫性和重要性。同时该矿山也意识到，随着测量技术的进步，运用前沿技术手段将很大程度上提高监测频次和监测质量，还能够实现24h 在线监测，可以说未来智能化监测系统将成为该矿山的主流监测技术，为矿山正常生产运营保驾护航。