某露天銅礦排土場攔污壩監測技術研究與實踐

李大偉

（江西銅業公司 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，該礦采區三面環湖，排土場單面臨湖，作為國內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測壓力較大。

圖1 采區及排土場周邊地表水系情況

該礦山在排土場臨湖一側在二期基建期建設了攔污壩，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，但隨著排土場西側的不斷的推進，且攔污壩體下方及周邊原為湖區淤泥層，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，對攔污壩的穩固帶來一定的安全隱患。該礦山根據實際情況，結合現有的監測設備，制定了一套符合國家標準及行業標準的攔污壩監測方案，并依據監測方案為攔污壩進行了長期監測，形成監測報告，同時依據監測報告對排土場西部排土規劃進行合理調整，全方位確保攔污壩壩體穩固，為礦山污水防治打下堅實基礎。

圖2 排土場及攔污壩體現狀圖

1 攔污壩監測技術方案研究及制定

1.1 監測現狀概述

該礦攔污壩位于湖區東部，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上方，周邊存在一定的湖泥層，是影響攔污壩穩定的主要因素。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 監測目標

對排土場施工過程進行壩體監測的目的如下：①根據壩體監測數據與設計值（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#攔污壩破壞和環境事故的發生。保障攔污壩和周邊水域的安全。②總結工程經驗，為完善設計分析提供依據。

1.3 技術方案編制依據

（1）《全球定位系統(GPS)測量規范》GB ∕T_18314-2009。

（2）《工程測量規范》GB50026-93。

（3）《土石壩安全監測技術規范》（SL60—94）。

（4）《建筑變形測量規程》JGJ/T8-97。

1.4 攔污壩監測內容和監測網布設

1.4.1 監測內容

本工程監測內容包括：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

位移、沉降監測基準點、變形觀測點、工作基點的建立。根據現場實地踏勘的情況，考慮基準點的穩定性和觀測精度要求，在辦公場地距攔污壩1.4 公里處設立的穩定的基準點c 點，在攔污壩頂設立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 現場巡查

現場巡查內容主要有：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靜態和快速靜態GNSS 測量：水平3mm+0.1ppmRMS；垂直3.5mm+0.4ppmRMS。④動態測量：水平10mm+1ppmRM；垂直20mm+1ppmRMS。

表1 攔污壩監測數據統計分析表

1.6 觀測方法、頻率和要求

1.6.1 觀測方法

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

（2）采用快速靜態測量，利用3 臺設備進行衛星星歷數據采集，利用軟件后處理得出高精度數據。

1.6.2 監測頻率

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，調整監測點布局增設下游薄弱區域6#、7#兩點，并將監測頻率調整為每周2 次）。

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

1.6.3 監測人員組織

測量員：負責每次觀測前檢查儀器，正確架設儀器及行走路線進行觀測。負責準確記錄測量數據并及時進行數據處理。

檢查員：負責對測量、記錄、資料的工作進行檢查督促。

1.6.4 監測結果及信息反饋

監測成果提交：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、位移觀測表面監測分析表。②沉降、位移觀測表面監測。

1.7 預警響應

測量技術人員在數據處理過程中或者現場目測到超出預警值得變形或者位移后，立即向分管場領導匯報，場領導接到匯報后根據實際情況召開研討會，確定整治方案，調整排土規劃，盡可能的減少對攔污壩的擠壓力，待變形及位移穩定后再考慮往西側排土。

2 攔污壩監測實踐

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

3 取得成效

經過長達4 年多的監測實踐，并在實踐中不斷完善監測技術方案，更新監測設備，使得該礦山攔污壩監測數據更加真實可靠，該礦山依據每周2 次的監測數據，對排土場排土規劃進行了多次調整，比較大的調整一共有兩次：

（1）2016 年11 月監測發現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 月檢測發現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，使得西部排土區域有足夠長時間的沉降穩定期。

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

4 下階段改進計劃

現階段采用的仍然是GPS—RTK技術進行攔污壩的監控，此方式存在著耗時耗力的弊端，每周需要測量技術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外先進的監測設備，確定了兩種未來可取代GPS—RTK定點監測的前沿技術。

4.1 三維激光掃描儀在線監測技術

該礦山目前正在建設智能化礦山，其中購入的三維激光掃描儀可作為遠程監測手段，目前已經投入至采區邊坡在線監測中，未來將在排土場布設監測站，通過遠程監測攔污壩，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域，并顯示變形及位移量。三維激光掃描儀遠程實時監測技術具有精度高、范圍廣、智能化、全自動在線監測等優勢，是未來取代人工定點監測的一大趨勢。

4.2 GNSS 在線監測技術

三維激光掃描儀雖然具備上述優勢，但是其在惡劣天氣下無法正常實行在線監測，主要原因是雨、霧、雪等天氣會使激光產生折射，嚴重影響正常監測，基于此，該礦山計劃引入GNSS在線監測技術作為補充監測手段，具體方式是通過在攔污壩重點區域建立監測點，通過無線傳輸技術實現遠程在線監測，在惡劣天氣下也能對重點區域進行監測，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測的不足。

5 總結

攔污壩位移及變形監測是事關礦山安全環保的重要工作，該礦山通過對攔污壩運用GPS—RTK 技術對攔污壩進行定點監測，并根據監測數據對排土場排土規劃進行合理化調整，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中的重要運用，體現了重點區域監測工作的緊迫性和重要性。同時該礦山也意識到，隨著測量技術的進步，運用前沿技術手段將很大程度上提高監測頻次和監測質量，還能夠實現24h 在線監測，可以說未來智能化監測系統將成為該礦山的主流監測技術，為礦山正常生產運營保駕護航。