太陽能GNSS位移監(jiān)測站在尾礦庫邊坡安全監(jiān)管中的應用探索

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　　太陽能 GNSS 位移監(jiān)測站在尾礦庫邊坡安全監(jiān)管中的應用探索

　　一、尾礦庫邊坡安全監(jiān)管的核心需求與技術痛點

　　尾礦庫作為礦山尾礦堆存的關鍵設施，其邊坡穩(wěn)定性直接關系周邊居民與生態(tài)安全。尾礦庫邊坡由松散尾礦堆積形成，具有孔隙率高、抗剪強度低的特點，受降雨滲透、尾礦堆載、地震振動等因素影響，易發(fā)生滑坡、潰壩等重大災害。傳統(tǒng)安全監(jiān)管手段存在明顯短板：人工巡查周期長(每周 1~2 次)，難以捕捉實時變形;有線監(jiān)測設備受尾礦庫偏遠位置限制，供電與布線難度大;普通 GNSS 監(jiān)測站依賴市電，在無電網覆蓋的尾礦庫區(qū)域無法長期運行，難以滿足 24 小時連續(xù)監(jiān)管需求。

　　太陽能 GNSS 位移監(jiān)測站憑借 “清潔能源供電、高精度監(jiān)測、無人值守" 的優(yōu)勢，可有效破解尾礦庫邊坡監(jiān)管的技術痛點，為邊坡穩(wěn)定性評估與災害預警提供持續(xù)可靠的數(shù)據(jù)支撐，成為尾礦庫安全監(jiān)管的創(chuàng)新技術路徑。

　　二、太陽能 GNSS 位移監(jiān)測站的尾礦庫適配設計

　　針對尾礦庫邊坡的特殊環(huán)境與監(jiān)管需求，監(jiān)測站需從供電、防護、功能三方面進行定制化設計：

　　(一)高效太陽能供電系統(tǒng)設計

　　采用 “高轉化率太陽能板 + 大容量儲能電池 + 智能充放電管理" 的供電架構：選用 20% 以上轉換效率的單晶硅太陽能板(功率 50W)，搭配可調節(jié)支架，根據(jù)尾礦庫緯度優(yōu)化安裝角度(北緯 30°~40° 區(qū)域設為 35°~45°)，大化利用太陽能;儲能電池采用磷酸鐵鋰電池(容量 20000mAh)，具備耐高溫(-20℃~60℃)、長壽命(循環(huán)次數(shù)≥2000 次)特性，在連續(xù)陰雨天氣(7 天無日照)下可保障設備正常運行;智能充放電管理模塊實時監(jiān)測電池電量與光照強度，自動切換充電模式，避免過充過放損壞電池，適配尾礦庫晝夜溫差大、光照不穩(wěn)定的環(huán)境。

　　(二)強環(huán)境適應性防護設計

　　尾礦庫存在粉塵濃度高、尾礦溶液腐蝕性強的問題，監(jiān)測站防護需重點強化：設備外殼采用 304 不銹鋼材質，表面噴涂防腐涂層，防護等級達 IP68，抵御尾礦溶液侵蝕與暴雨沖刷;天線加裝防塵罩與防雷接地裝置(耐受 15kV 直擊雷)，減少粉塵覆蓋對信號接收的影響，避免雷雨天氣設備損壞;監(jiān)測站底座采用混凝土澆筑(尺寸 1.2m×1.2m×1m)，嵌入防沉降支架，防止尾礦堆積導致設備傾斜，確保監(jiān)測基準穩(wěn)定。

　　(三)監(jiān)管功能定制化開發(fā)

　　軟件功能圍繞尾礦庫監(jiān)管需求優(yōu)化：一是增加 “堆載變形監(jiān)測" 模式，自動識別尾礦堆載區(qū)域的位移變化，當堆載速率超 50mm/d 時觸發(fā)堆載預警;二是集成尾礦浸潤線關聯(lián)分析功能，結合滲壓傳感器數(shù)據(jù)(需額外布設)，建立位移與浸潤線高度的關聯(lián)模型，提升災害預警準確性;三是支持與尾礦庫安全監(jiān)管平臺對接，實時上傳位移數(shù)據(jù)、設備狀態(tài)(如電池電量、信號強度)，便于監(jiān)管部門遠程監(jiān)控。

　　三、監(jiān)測站在尾礦庫邊坡的布設與監(jiān)管實踐

　　(一)科學布設方案

　　結合尾礦庫邊坡風險等級與地形特征，采用 “基準站 + 監(jiān)測站 + 復核站" 的三層布設架構：在尾礦庫周邊穩(wěn)定基巖區(qū)(距邊坡≥1.5km)布設 1 個基準站，用于差分定位誤差校正;在邊坡壩頂、壩肩、壩腳等關鍵區(qū)域，按 40~60m 間距布設監(jiān)測站，重點覆蓋尾礦堆載區(qū)、歷史變形區(qū);在邊坡中部變形敏感區(qū)增設 2~3 個復核站，采用雙機備份模式，避免單點設備故障導致的數(shù)據(jù)缺失。布設時避開尾礦輸送管道與排水系統(tǒng)，確保設備不受日常作業(yè)干擾。

　　(二)監(jiān)管效能實踐案例

　　以某有色金屬礦山尾礦庫(壩高 65m，邊坡坡度 38°)為例，2024 年 3 月布設 8 臺太陽能 GNSS 位移監(jiān)測站，開展 6 個月安全監(jiān)管實踐，成效顯著：

　　高精度捕捉變形：監(jiān)測站水平位移精度達 ±2mm，垂直位移精度 ±3mm，成功捕捉到雨季(5~6 月)邊坡壩腳 0.6~0.9mm/d 的持續(xù)變形，為浸潤線抬升導致的穩(wěn)定性下降提供數(shù)據(jù)佐證;

　　及時預警風險：6 月中旬，3 號監(jiān)測站(位于壩肩堆載區(qū))位移速率從 0.7mm/d 驟增至 1.8mm/d，系統(tǒng)觸發(fā)橙色預警，監(jiān)管部門立即暫停尾礦堆載，組織排水降壓，1 周后變形速率回落至 0.3mm/d 以下，避免險情擴大;

　　降低監(jiān)管成本：相比傳統(tǒng)人工巡查(每月成本 2 萬元)，太陽能監(jiān)測站一次性投入后年均運維成本僅 0.3 萬元，且實現(xiàn) 24 小時連續(xù)監(jiān)管，監(jiān)管效率提升 8 倍。

　　四、應用挑戰(zhàn)與優(yōu)化方向

　　當前應用中仍存在兩方面挑戰(zhàn)：一是尾礦庫粉塵易覆蓋太陽能板，導致發(fā)電效率下降(每月需人工清潔 1 次);二是暴雨天氣下，邊坡局部積水可能淹沒設備底部。未來可從兩方面優(yōu)化：一是開發(fā)太陽能板自動清潔功能(如加裝雨刮器或靜電除塵裝置)，減少人工維護;二是將設備底座抬高至 1.5m 以上，或采用防水浮力底座，提升抗積水能力，進一步增強監(jiān)測站在尾礦庫復雜環(huán)境中的適應性，推動其在全國尾礦庫安全監(jiān)管中規(guī)模化應用。