紫金山金铜矿哑坑1号坝GNSS在线安全监测系统实践

紫金山金铜矿哑坑1号坝GNSS在线安全监测系统实践

刘国元1,2

1. 江西理工大学，江西 赣州 341000；
2. 2.紫金矿业集团股份有限公司，福建 上杭 364200

摘要：大型矿山由于防洪调节和水处理工艺蓄水的需要，往往修建了大型的水库。为了实时了解这些重要的水库大坝的安全运行状况，需在对其进行安全监测，通过建立GNSS在线监测系统实时了解大坝的安全运行情况，以确保企业和员工的生命财产安全。

关键字：紫金山金铜矿；哑坑1号坝；安全监测；GNSS在线监测

1 引言

大型矿山企业由于生产工艺和环保水处理的需要，往往修建有大型的水库，而与之配套的拦水坝是影响水库安全运行的重要安全设施。因此，坝体能否安全稳定运行，是矿山企业能否安全生产的一个重要影响因素。随着科学技术的不断发展，大坝的安全监测技术也不断地发展，从传统的人工安全监测慢慢地发展为在线监测。本文以紫金山金铜矿哑坑1号坝GNSS在线安全监测为例，论述了如何进行GNSS在线监测的设计与施工以及后期的系统维护，对同等类型的大坝安全管理具有参考和借鉴意义。

2 紫金山铜矿湿法厂哑坑一号坝

哑坑1号坝位于紫金山金铜矿的西南部，是铜矿湿法厂哑坑萃取车间硐坑水收集库的土石碾压坝。该坝坝长173m，坝顶宽为6m，坝顶与下游坝脚高差为79.5m，坝顶可通车辆，坝体外侧用混泥土预制砖铺贴，坝体内侧用HDPE膜铺贴，坝体内部有一导流涵洞贯穿库内和下游。坝体外侧分3个台阶，每个台阶宽为2m，设置有1.5m宽的排水渠，外侧坡面也设置有1.5m宽的排水渠，外侧坝面边坡两侧也设置有1m宽的排水渠，坝脚设置有50cm的档水墙，坝体整体示意图如图1所示。

图1紫金山铜矿湿法厂哑坑1号坝示意图

3 系统设计与实施

安全监测系统分为硬件系统和软件系统两部份，硬件系统分为坝体监测数据获取端硬件和服务器数据处理硬件，软件系统分为数据处理软件和数据管理输出软件。监测系统采用B/S模式，用户可以通过PC端浏览器登录服务器进行数据查看，也可以通过开发的手机APP软件登录进行数据查看，也可以通过手机安装的浏览器登陆系统进行数据查看，给坝体的安全管理人员带来极大方便。

3.1 点位布设与施工

在坝体安全监测中，监测桩的布设一般根据坝体的受力点或变形特征点进行布设。哑坑1号坝属于土石碾压坝，呈梯形结构，坝体的薄弱点和变形特征点在坝体的顶部。因此，GNSS在线监测点布设在坝体的顶部，结合《土石坝安全监测技术规范》DL/T5259-2010中规定：一般坝轴线小于300m时，测点间距宜取20m~50m，在坝体的顶部总布设3个DNSS在线监测点，其效果示意图如下图所示。

图2 哑坑1号坝GNSS在线监测点施工效果示意图

3.2监测基准站

GNSS在线监测系统除了监测点外，还必须设置基准点，监测点以基准点为基准解算监测点的位置关系，从而得到监测点的位移沉降成果数据。基准点的位置一般设置在坝体两岸的基岩处，要求地基必须稳定且视线开阔。

由于紫金山金铜矿是大型矿山，为了以后其他大坝边坡进行安全监测和其他测绘工作，紫金山建立了单基站CORS系统（如下图3所示），该系统设置在露采观景台的基岩处，通过接收导航卫星信号和对数据进行处理和输出，对外发送差分数据，有效半径可以达30km，为紫金山金铜矿和紫金矿业本土企业提高测绘服务。哑坑1号坝GNSS在线监测系统利用单基站CORS系统作为监测基准站，通过接收和处理监测数据从而达到对坝体进行实时监测的目的。

图3紫金山金铜矿单基站CORS

3.3自动化形变监测平台

由于该平台采用B/S模式开发，用户可以通过PC端进行平台查看坝体的监测情况，该系统主要功能有表面位移监测、数据导入、系统管理三大功能，其中表面位移监测又分为位移变化趋势图、断面曲线图、速度、加速度、散点图、平面矢量图、数据列表、报警查询、周/月报表、任意时间报表等子功能项；数据导入功能为表面位移监测数据导入；系统管理分为用户管理和角色管理等子功能项，用户可以根据需求对数据进行查询、管理、输出和打印等，如下图4所示。

图4哑坑1号库坝体自动化形变监测软件示意图

系统分为表面位移监测、数据导入、系统管理三大块功能模块。其中，表面位移监测又分为位移变化趋势图、断面曲线图、速度、加速度、散点图、平面矢量图、数据列表、报警查询、周/月报表、任意时间报表等数据管理和图表功能模块，数据导入功能是利用已有的EXCEL数据导入到系统中通过数据管理输出多种形式的数据图表，系统管理功能主要用于用户密码管理和系统常用功能设置。

4 系统运行评价

哑坑1号坝GNSS在线安全监测系统投入运行以来，系统稳定，数据精度可以达到毫米级，用户可以实时通过PC或手机APP查看监测数据，还可通过邮件、手机短信等接收预警信息，及时查看数据异常，以便在最短的时间内做出决策，从而达到实时了解大坝运行状况的目的，为保障企业和员工的生命财产安全提供了有力的技术支持，也为紫金山金铜矿安全信息化、自动化提供了有力技术支撑。

在实际的运行过程中，由于是基于单基站CORS建立的GNSS在线监测系统，所以在数据的获取方面很大程度上要依赖于CORS系统的稳定运行，一旦基站出现故障，系统将无法正常运行。此外，由于是GNSS接收机受多路径效应电离层的影响，在阴雨天气时监测数据的误差将增大，GNSS接收机的卫星数将减少，从而影响监测数据的精度。

5 结束语

在我国的经济建设和社会发展过程中，库坝安全一直是影响人们生命和财产安全的一个重要基础设施。对于企业而言，库坝安全也是影响企业能否安全生产甚至是能否生存的重要基础设施。我国的相关部门也对库坝的安全从施工、设备、仪器、监理、验收、安全监测等编写了相关的技术标准和法法律法规，以确保库坝的安全运行。GNSS在线监测系统是基于卫星定位技术和安全监测技术，该系统具有自动化程度高、精度高、提前预警、可扩展性等优点，可以为库坝的安全运行提供有力的技术保障，达到库坝实时安全监测的目的。

6 参考文献

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作者简介：刘国元（1984-），男，大学本科学历，工程师，主要从事矿区大坝边坡安全监测，矿区地质灾害防治技术等研究工作。  邮编：364200，邮箱：guoyuanliu@163.com，