淺論新技術(shù)在露天礦沉降監(jiān)測中的應(yīng)用

黃強

摘要：露天開采是將采掘空間直接敞露于地表，為采出有用礦物，將礦體上覆的土巖及部分周圍的巖石剝離掉，通過露天溝道線路系統(tǒng)把礦巖運至地表。測量工作伴隨礦區(qū)勘探、開采設(shè)計、露天礦建設(shè)、生產(chǎn)以及報廢的各個階段，露天礦的沉降監(jiān)測是露天礦開采中的一個重要階段。就露天礦的沉降監(jiān)測新技術(shù)，本文作了淺論。

關(guān)鍵詞：露天礦；沉降監(jiān)測；技術(shù)

露天礦開采工程中，安全問題隨著礦山開發(fā)、水利建設(shè)、城市發(fā)展等項目的進(jìn)行，往往是其中重要的環(huán)節(jié)，經(jīng)常會形成有超百米的臨時邊坡或永久邊坡。我國露天礦山規(guī)模宏大，最終設(shè)計邊坡高度一般為300～500m，有的已經(jīng)達(dá)700m，冶金部重點礦山大冶鐵礦整個東露天采場上口尺寸為2250m*1000m，南北幫采深將分別達(dá)390m和420m，是典型的高陡深凹露天大型礦山。大小邊坡失穩(wěn)事件數(shù)目眾多，小事故可以造成工期延誤，財產(chǎn)、設(shè)備損失，大事故則可能造成人員傷亡，甚至改變設(shè)計初衷。

一、應(yīng)用無人機技術(shù)進(jìn)行監(jiān)測

（一）無人機技術(shù)優(yōu)勢

第一，飛行高度低，成像分辨率高；第二，起降方式多樣，成像機動靈活；第三，根據(jù)任務(wù)可搭載不同遙感設(shè)備，產(chǎn)品豐富多樣；第四，經(jīng)濟成本低、成果輸出快無人機可對多處完成一次性測量，如邊坡、排土場、露天礦的地形、礦石堆尾礦、各種變形位移以及采空區(qū)塌落區(qū)等地，此外，還有采剝境界內(nèi)各種管線、廠區(qū)建筑物、構(gòu)筑物等。采用無人機的優(yōu)勢非常明顯，首先大大提高露天礦測量的工作效率，其次，滑坡、機械設(shè)備、車輛作業(yè)等大量的安全隱患也得以避免。無人機精密、功能強大，而且自動測圖，操作簡單，能快速、高質(zhì)量生成2D和3D航空數(shù)據(jù)。無人機可以捕獲地面分辨率為3～30cm像素的圖片。根據(jù)圖像分辨率和飛行的航高，單次飛行的覆蓋區(qū)域可達(dá)到1.5～10km2。

（二）應(yīng)用于露天礦的作業(yè)步驟

第一，制定飛行任務(wù)。首先在Google earth露天礦測量飛行范圍的選取，然后根據(jù)該范圍進(jìn)行飛行計劃的制定。之后，再應(yīng)用TrimbleAccess軟件創(chuàng)建背景地圖、定義任務(wù)區(qū)域和飛行參數(shù)。最后，根據(jù)風(fēng)向確定起飛和降落點。

第二，完成飛行任務(wù)。其具體操作為：依據(jù)飛行流程，進(jìn)行彈射架的架設(shè)，并將飛機彈射到空中。飛機只需要按照飛行計劃完成飛行任務(wù)即可。

第三，收回飛機。

第四，導(dǎo)出數(shù)據(jù)，進(jìn)行內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理：根據(jù)數(shù)據(jù)成果進(jìn)行露天礦的各種測量、等高線繪制、三維模型構(gòu)建。計算各項工程量，進(jìn)行采剝工程設(shè)計。

二、應(yīng)用IBIS-M系統(tǒng)進(jìn)行露天礦沉降監(jiān)測

（一）關(guān)于差分干涉測量（D-InSAR）技術(shù)及其優(yōu)勢

利用差分干涉測量（D-InSAR）技術(shù)對地表進(jìn)行大范圍變形監(jiān)測是當(dāng)今微變監(jiān)測領(lǐng)域的一項突破。IBIS系統(tǒng)是由意大利IDS公司與佛羅倫薩大學(xué)經(jīng)過六年合作研發(fā)的微變形監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠把很多傳統(tǒng)儀器替代，一套設(shè)備能夠完成多種傳統(tǒng)儀器才能完成的任務(wù)。目前采用該設(shè)備主要應(yīng)用在橋梁、高層建筑的動態(tài)和靜態(tài)測量領(lǐng)域，大壩外形變形和山體滑坡的變形預(yù)警。

在澳大利亞某露天鐵礦邊坡監(jiān)測和在我國某露天煤礦邊坡監(jiān)測的實驗中表明，IBIS-M系統(tǒng)是一種全新非接觸式的露天礦邊坡監(jiān)測設(shè)備，提供了有效、及時的安全性監(jiān)測，這是一種從全局到局部的數(shù)據(jù)分析方式，這種方式為礦山的安全生產(chǎn)提供了更為可靠的監(jiān)測結(jié)果以及強有力的保障，為后期預(yù)警工作打下堅實基礎(chǔ)。IBIS-M系統(tǒng)可長期連續(xù)監(jiān)測，覆蓋范圍廣、監(jiān)測精度高，在露天礦邊坡方面監(jiān)測預(yù)警方面有著非常成功的應(yīng)用。

（二）差分干涉測量（D-InSAR）技術(shù)的應(yīng)用

采用該技術(shù)進(jìn)行邊坡滑動監(jiān)測時，監(jiān)測區(qū)域被分割成很多二維的小單元（像元大小即為距離向和方位向分辨率），通過不同時刻采集的多幅SAR圖像干涉測量，可以得到每個像元上的視線向形變量。在中國某露天礦邊坡，采用意大利IBIS-B微波干涉儀開展了露天礦邊坡監(jiān)測試驗。

設(shè)備距離監(jiān)測邊坡平均距離2050m，雷達(dá)波束寬度35°，安裝在監(jiān)測邊坡對面一個穩(wěn)定的區(qū)域，這樣能夠保證監(jiān)測到整個坡體。在監(jiān)測期間，為快速獲得坡體精確的DEM，方便確定發(fā)生形變的區(qū)域，采用三維激光掃描儀，再把后期獲得成果圖像投影到DEM上；為了檢核GB InSAR測量精度，在監(jiān)測20h后，在坡體左上方有明顯邊坡位移的區(qū)域采用測量機器人觀測，安置3個棱鏡。測量時間為每隔2小時一次，直至實驗結(jié)束。本次試驗監(jiān)測期間天氣穩(wěn)定，邊坡植被覆蓋率低，試驗結(jié)果表明，該技術(shù)可以以非接觸測量方式獲得實時的邊坡形變圖像。

三、應(yīng)用GPS定位技術(shù)進(jìn)行監(jiān)測

如今，GPS接收機設(shè)備價格逐步下降，GPS定位及數(shù)據(jù)處理技術(shù)也在不斷發(fā)展和完善。為了適應(yīng)這個形勢，需要更好地運用GPS定位技術(shù)對邊坡等地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行監(jiān)測和預(yù)測。在應(yīng)用GPS監(jiān)測邊坡變形時，基于監(jiān)測網(wǎng)的精度指標(biāo)、可靠性指標(biāo)和靈敏度指標(biāo)優(yōu)化監(jiān)測網(wǎng)。經(jīng)驗可知GPS一機多天線邊坡自動監(jiān)測系統(tǒng)可用于高邊坡，與常規(guī)監(jiān)測結(jié)果幾乎是一致的。應(yīng)用傳統(tǒng)方法時，在觀測條件困難而難于實施的場所，這樣的監(jiān)測具有全天候監(jiān)測、自動化程度高的特點。有時候由于產(chǎn)生電磁干擾和多路徑效應(yīng)的影響，會給測量結(jié)果帶來影響，露天礦邊坡監(jiān)測數(shù)據(jù)采集分析與預(yù)報模型形成突變，降低了定位數(shù)據(jù)的可靠性，影響定位精度。對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行粗差剔除可以提高GPS定位的可靠性和精度。邊坡穩(wěn)定監(jiān)測系統(tǒng)由自動監(jiān)控沒備、現(xiàn)場機、傳輸網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控中心服務(wù)器四部分組成。GPS用于邊坡監(jiān)測，除了對觀測設(shè)備有要求，也需注意數(shù)據(jù)處理方法，這也是其核心內(nèi)容。在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時，通過傳輸網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)控中心服務(wù)器與現(xiàn)場機交換數(shù)據(jù)、發(fā)起指令、應(yīng)答指令。為得到精度高和可靠性強的監(jiān)測結(jié)果，應(yīng)針對不同的監(jiān)測環(huán)境和條件，選擇科學(xué)合理的數(shù)據(jù)處理方法。

參考文獻(xiàn)：

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