快速静态技术在新立尾矿库监测中的优化研究

吕英磊

（山东黄金矿业（莱州）有限公司三山岛金矿，山东 莱州 261442）

尾矿库[1，2]是矿山企业具有高势能的人造泥石流的重大危险源，对其实施安全监测分析至关重要。山东黄金矿业（莱州）有限公司三山岛金矿新立尾矿库采用拓普康全站仪测设坝体监测点进行监测，人员占用多，效率低。为满足新立尾矿库坝体沉降位移监测[3]、地形地貌增测及矿区厂房建筑变形观测等测设的需求，首次将快速静态测量技术优化升级后用于沉降位移监测和控制测量，同时重新布设控制点、设计网形，使监测数据达到测量精度要求，且方便快捷，采用EXCEL对监测数据进行处理，生成的测设图表更加直观，为矿区安全高效回采提供了技术支持。

1 新立尾矿库概况

三山岛金矿新立尾矿库始建于2002年，位于莱州市金沙滩海溿，西侧为排水沟，南侧为沿海防护林，北侧距刚建成的8000t/d选矿厂约2.5km。该尾矿库为碾压式土石混合坝，在平地四面筑坝而成，其边坡比为1：2。最新设计堆积标高为27.5m，目前已施工至22.5m，其东西宽约450m，南北长约602m，总库容约550万m3。尾矿库作为矿山安全生产的重大危险源，定期对坝体监测及维护尤为重要。

2 快速静态测量技术

快速静态测量技术可在小范围内进行控制测量，且测量精度较高，其采用3台接收机，将1台接收机安置在已知的固定点进行不间断观测，在快速静态定位中称为临时基准站，另2台接收机依次到各待定点开机观测，称为流动站。流动站的作业顺序和时间不受严格的调度命令的约束，但始终能与基准站保持严格的同步观测。快速静态测量技术优化是在确保精度及可信度前提下，优化观测参数，采用双基准站法。三山岛金矿采用3台天宝光谱EPOCH50接收机，将2台接收机固定在2个已知的固定点上作为临时基准站，并一直保持对卫星的连续跟踪，另1台接收机在各待定点流动设站观测，以求定各待定点与两临时基准站间的基线向量。该作业方式一般只需设站一次，减少了观测时间，具有较高的可靠性。优化后的快速静态测量技术观测时间为5min，通过GPS系统同时接收4颗及以上通讯卫星的信号，先计算出GPS接收信号的设备与通讯卫星的距离，再由通讯卫星的地心坐标系计算出GPS设备的地心坐标系位置。在新立尾矿库沉降位移监测优化升级中采用该技术可以更好地运用静态相对定位原理，以通讯卫星与临时基准站之间的伪距为参照物进行测量，根据已得出的通讯卫星瞬时坐标，可在同一时间内观测4颗及以上卫星，确定观测站的坐标位置，且监测结果准确度高。

3 新立尾矿库位移监测

3.1 监测点布设

以国家四等点三山头A、土山头C、天鹅雕塑E01、北山山坡E02作为新立尾矿库监测的统一基准起始，精度良好，且远离尾矿库。在首级GPS定位控制网[4]基础上设置位移监测点，考虑坝体重点区域，增加监测点的密度，用3台及以上GPS设备进行对信号的快速静态优化观测，以边连方式连续观测坝体监测点，最后与矿区小三角点联测，这样构网便于组成较多的同步环、异步环及复测基线，具有较强的几何强度和多余观测，观测过程减少为5min，经过观测数据和理论分析证明对导线测量的可行性很高，GPS网的设计符合GB 50026—2007《工程测量规范》的精度要求。通讯卫星数据采样时间间隔设置为5min，观测到的有效卫星高度角都大于15°，并且位置精度强弱度（Position Dilution of Precision，PDOP）的数值均小于6；采用GPS量高尺对仪器的高度进行测量，精确到毫米，如果前后两次的较差小于2mm则符合要求，将最后测量的较差小于2mm的数据取中数作为此站的最终站高度。为确保新立尾矿库的安全运行及尾矿库调洪库容，雨季加强观测频率，以便更好地服务于矿区安全生产。

采用3DMINE成图软件或CASS软件将监测点及实测地形碎部点导入并绘制尾矿库监测图，结果见图1。

图1 新立尾矿库监测点布设图

3.2 数据处理

采用EXCEL程序将导出的监测点数据文件生成电子台帐并进行数据处理[5]，对比分析其位移，提供坝体治理节点和重点治理位置。新立尾矿库部分坝体位移状况如表1所示。由表1可知：2017年有2处监测点位移量大于10mm，其余监测点位移均较小。其中，W9水平位移最为明显，达13mm，北西向位移；W6水平位移次之，为11mm，南东向位移。另外4处监测点沉降量≥10mm，占全部监测点的14%，其余监测点沉降均较小。综合考虑，W6、W9、J1和J3等监测点需重点关注，并采取相应措施。

表1 2017年12月新立尾矿库部分监测点监测数据及位移状况

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 监测结果精度评定

为了保证快速静态[6]优化后的测量精度，测量前必须通过已知点三山头A、土山头C、天鹅雕塑E01、北山山坡E02进行检核，PDOP值较大时，及时进行复测，以确保快速静态优化后测设的可靠性。新立尾矿库坝体设有27个平面位移监测点，每次测量获取相互独立的2个坐标值并取其中数作为最终的测量结果，按照同精度观测值2次观测中误差的计算公式m=√[dd]/2n（m为同精度观测值2次观测中误差（mm）；d为2次同精度观测值的差值，（mm）；n为评定精度的点个数），计算快速静态测量点的中误差△x为1.2mm，△y为1.6mm，充分证实了优化后的快速静态监测成果准确可靠。

3.4 应用效果

优化后的快速静态测量技术在三山岛金矿的应用效果良好，监测精度达到要求，共发现有4处（W6、W9、J1、J3）变形超限位置。为预防溃坝发生，2018年下半年对此4处变形超限位置进行边坡及排水构筑物加固维护治理，采用浆砌石护坡，护坡厚度为1m，达到了稳固坝体作用。与以往传统监测方法相比，在基线的基础上重新布设控制点、设计网形，监测数据更可靠、便捷，减少了人员占用，可有效提供坝体治理节点和重点治理位置，避免了盲目性的维护投入。

4 结论

（1）优化后的快速静态测量技术测量范围更大，精度更高，时间更短，完全可以满足二级测量的精度要求，且监测点间可不通视，使导线的设站重复次数减少，极大地减少了技术人员的工作量，并且节约了成本。

（2）优化后的快速静态测量技术在三山岛金矿的应用效果良好，监测精度达到要求，共发现有4处监测位置（W6、W9、J1、J3）变形超限。为预防溃坝的发生，对其边坡及排水构筑物加固维护治理，达到了稳固坝体作用，为矿区安全高效回采奠定了基础。