太阳能GNSS位移监测站在尾矿库边坡安全监管中的应用探索

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　　太阳能 GNSS 位移监测站在尾矿库边坡安全监管中的应用探索

　　一、尾矿库边坡安全监管的核心需求与技术痛点

　　尾矿库作为矿山尾矿堆存的关键设施，其边坡稳定性直接关系周边居民与生态安全。尾矿库边坡由松散尾矿堆积形成，具有孔隙率高、抗剪强度低的特点，受降雨渗透、尾矿堆载、地震振动等因素影响，易发生滑坡、溃坝等重大灾害。传统安全监管手段存在明显短板：人工巡查周期长(每周 1~2 次)，难以捕捉实时变形;有线监测设备受尾矿库偏远位置限制，供电与布线难度大;普通 GNSS 监测站依赖市电，在无电网覆盖的尾矿库区域无法长期运行，难以满足 24 小时连续监管需求。

　　太阳能 GNSS 位移监测站凭借 “清洁能源供电、高精度监测、无人值守" 的优势，可有效破解尾矿库边坡监管的技术痛点，为边坡稳定性评估与灾害预警提供持续可靠的数据支撑，成为尾矿库安全监管的创新技术路径。

　　二、太阳能 GNSS 位移监测站的尾矿库适配设计

　　针对尾矿库边坡的特殊环境与监管需求，监测站需从供电、防护、功能三方面进行定制化设计：

　　(一)高效太阳能供电系统设计

　　采用 “高转化率太阳能板 + 大容量储能电池 + 智能充放电管理" 的供电架构：选用 20% 以上转换效率的单晶硅太阳能板(功率 50W)，搭配可调节支架，根据尾矿库纬度优化安装角度(北纬 30°~40° 区域设为 35°~45°)，大化利用太阳能;储能电池采用磷酸铁锂电池(容量 20000mAh)，具备耐高温(-20℃~60℃)、长寿命(循环次数≥2000 次)特性，在连续阴雨天气(7 天无日照)下可保障设备正常运行;智能充放电管理模块实时监测电池电量与光照强度，自动切换充电模式，避免过充过放损坏电池，适配尾矿库昼夜温差大、光照不稳定的环境。

　　(二)强环境适应性防护设计

　　尾矿库存在粉尘浓度高、尾矿溶液腐蚀性强的问题，监测站防护需重点强化：设备外壳采用 304 不锈钢材质，表面喷涂防腐涂层，防护等级达 IP68，抵御尾矿溶液侵蚀与暴雨冲刷;天线加装防尘罩与防雷接地装置(耐受 15kV 直击雷)，减少粉尘覆盖对信号接收的影响，避免雷雨天气设备损坏;监测站底座采用混凝土浇筑(尺寸 1.2m×1.2m×1m)，嵌入防沉降支架，防止尾矿堆积导致设备倾斜，确保监测基准稳定。

　　(三)监管功能定制化开发

　　软件功能围绕尾矿库监管需求优化：一是增加 “堆载变形监测" 模式，自动识别尾矿堆载区域的位移变化，当堆载速率超 50mm/d 时触发堆载预警;二是集成尾矿浸润线关联分析功能，结合渗压传感器数据(需额外布设)，建立位移与浸润线高度的关联模型，提升灾害预警准确性;三是支持与尾矿库安全监管平台对接，实时上传位移数据、设备状态(如电池电量、信号强度)，便于监管部门远程监控。

　　三、监测站在尾矿库边坡的布设与监管实践

　　(一)科学布设方案

　　结合尾矿库边坡风险等级与地形特征，采用 “基准站 + 监测站 + 复核站" 的三层布设架构：在尾矿库周边稳定基岩区(距边坡≥1.5km)布设 1 个基准站，用于差分定位误差校正;在边坡坝顶、坝肩、坝脚等关键区域，按 40~60m 间距布设监测站，重点覆盖尾矿堆载区、历史变形区;在边坡中部变形敏感区增设 2~3 个复核站，采用双机备份模式，避免单点设备故障导致的数据缺失。布设时避开尾矿输送管道与排水系统，确保设备不受日常作业干扰。

　　(二)监管效能实践案例

　　以某有色金属矿山尾矿库(坝高 65m，边坡坡度 38°)为例，2024 年 3 月布设 8 台太阳能 GNSS 位移监测站，开展 6 个月安全监管实践，成效显著：

　　高精度捕捉变形：监测站水平位移精度达 ±2mm，垂直位移精度 ±3mm，成功捕捉到雨季(5~6 月)边坡坝脚 0.6~0.9mm/d 的持续变形，为浸润线抬升导致的稳定性下降提供数据佐证;

　　及时预警风险：6 月中旬，3 号监测站(位于坝肩堆载区)位移速率从 0.7mm/d 骤增至 1.8mm/d，系统触发橙色预警，监管部门立即暂停尾矿堆载，组织排水降压，1 周后变形速率回落至 0.3mm/d 以下，避免险情扩大;

　　降低监管成本：相比传统人工巡查(每月成本 2 万元)，太阳能监测站一次性投入后年均运维成本仅 0.3 万元，且实现 24 小时连续监管，监管效率提升 8 倍。

　　四、应用挑战与优化方向

　　当前应用中仍存在两方面挑战：一是尾矿库粉尘易覆盖太阳能板，导致发电效率下降(每月需人工清洁 1 次);二是暴雨天气下，边坡局部积水可能淹没设备底部。未来可从两方面优化：一是开发太阳能板自动清洁功能(如加装雨刮器或静电除尘装置)，减少人工维护;二是将设备底座抬高至 1.5m 以上，或采用防水浮力底座，提升抗积水能力，进一步增强监测站在尾矿库复杂环境中的适应性，推动其在全国尾矿库安全监管中规模化应用。