淺析GPS測(cè)量技術(shù)在提依爾金礦露天邊坡監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

張 健

（托里縣金福黃金礦業(yè)有限責(zé)任公司，新疆 克拉瑪依 834000）

1 項(xiàng)目概況

根據(jù)初步設(shè)計(jì)，提依爾金礦露天開(kāi)采深度228m，其中凹陷露天開(kāi)采深度204m，最終邊坡角45°，臺(tái)階高度12m，并段后24m。對(duì)該露天金礦邊坡分為5個(gè)區(qū)域，即A、B、C、D、E區(qū)。對(duì)該金礦露采邊坡進(jìn)行位移監(jiān)測(cè)主要分為地表位移監(jiān)測(cè)和深部位移監(jiān)測(cè)，詳見(jiàn)圖1。

圖1 邊坡監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置示意圖

2 邊坡監(jiān)測(cè)方案選擇

近年來(lái)，隨著我國(guó)科技不斷進(jìn)步，測(cè)繪技術(shù)的不斷發(fā)展，在露天礦邊坡監(jiān)測(cè)技術(shù)上，不管是從測(cè)量?jī)x器設(shè)備、監(jiān)測(cè)方法，還是勞動(dòng)強(qiáng)度等方面都有較大提高。露天礦邊坡監(jiān)測(cè)方法由常規(guī)測(cè)量到利用衛(wèi)星進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等，具有精度高、可信度高、效率高、降低勞動(dòng)強(qiáng)度等特點(diǎn)。露天礦邊坡監(jiān)測(cè)的工程實(shí)踐主要有傳統(tǒng)常規(guī)地面測(cè)量方法和GPS監(jiān)測(cè)方法[1]。綜合考慮礦山監(jiān)測(cè)的目的（邊坡危險(xiǎn)預(yù)警）以及經(jīng)濟(jì)效益，該礦選擇GPS監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行水平位移監(jiān)測(cè)垂直位移監(jiān)測(cè)[2]。

（1）GPS測(cè)量系統(tǒng)介紹。全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System-GPS）是美國(guó)國(guó)防部于1970年代末研發(fā)和維護(hù)的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，20世紀(jì)末進(jìn)入民用領(lǐng)域。目前GPS已廣泛應(yīng)用于諸多領(lǐng)域。

（2）GPS組成。一般來(lái)說(shuō)，用于監(jiān)測(cè)露天礦山邊坡變形的GPS自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)處理三大部分組成。

（3）露天邊坡監(jiān)測(cè)采用GPS測(cè)量的優(yōu)勢(shì)。①高精度監(jiān)測(cè)。實(shí)踐證明，變形監(jiān)測(cè)典型精度要求達(dá)到1mm或相對(duì)精度達(dá)到10-6。將基準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)在變形影響區(qū)域外穩(wěn)固可靠的地方，精度不受影響。②監(jiān)測(cè)時(shí)間短。隨著GPS系統(tǒng)的不斷完善，軟件的不斷更新，目前20Km以內(nèi)相對(duì)定位僅需15～20min，快速靜態(tài)相對(duì)定位測(cè)量時(shí)，當(dāng)每個(gè)流動(dòng)站與基準(zhǔn)站相距15Km以內(nèi)時(shí)，流動(dòng)站觀測(cè)時(shí)間只需1～2分鐘。③方便監(jiān)測(cè)。GPS架設(shè)一次，可以對(duì)所有邊坡監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。④布點(diǎn)靈活。布點(diǎn)時(shí)，不受太多條件約束，無(wú)需點(diǎn)間通視，只需測(cè)點(diǎn)上空沒(méi)有遮擋即可。⑤操作簡(jiǎn)單，儀器輕便。隨著GPS技術(shù)不斷升級(jí)換代，系統(tǒng)操作越來(lái)越簡(jiǎn)單，有的已達(dá)“傻瓜化”的程度；儀器越變?cè)捷p，越變?cè)叫?，采用藍(lán)牙連接方式減少了很多連接線。⑥全天候作業(yè)。監(jiān)測(cè)受氣候條件影響較小，可24小時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

（4）GPS定位的誤差源。GPS定位中出現(xiàn)的各種誤差從誤差來(lái)源來(lái)說(shuō)大體可分為三類(lèi)：與GPS衛(wèi)星有關(guān)的誤差、與信號(hào)傳輸有關(guān)的誤差和與接收機(jī)有關(guān)的誤差。

（5）GPS測(cè)量?jī)x器設(shè)備。為保證測(cè)量精度，我們選擇的GPS設(shè)備是南方GPS（1+2）S86T2013型號(hào)，即每臺(tái)套一個(gè)基站，二個(gè)流動(dòng)站。

3 監(jiān)測(cè)方案

3.1 邊坡變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)的布設(shè)

露天礦變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)一般分為兩級(jí)布設(shè)，即為首級(jí)控制網(wǎng)和工作控制網(wǎng)，工作控制網(wǎng)亦稱(chēng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)。對(duì)于露天礦邊坡監(jiān)測(cè)，基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)選在遠(yuǎn)離滑坡區(qū)，地質(zhì)條件穩(wěn)定的區(qū)域，并保持首級(jí)控制網(wǎng)型簡(jiǎn)單。當(dāng)然，獲取高精度的基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)仍然是非常必要的。首級(jí)控制網(wǎng)的布設(shè)應(yīng)根據(jù)露天礦最終境界的形狀基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)均勻分布在地質(zhì)條件穩(wěn)定，易于長(zhǎng)期保存的地方。點(diǎn)位與監(jiān)測(cè)點(diǎn)一般在2km～3km以內(nèi)。基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)的基線向量的中誤差σ≤1ppm·D。單體網(wǎng)（監(jiān)測(cè)點(diǎn)）一般根據(jù)滑坡體的地質(zhì)條件、特征以及穩(wěn)定狀態(tài)按照監(jiān)測(cè)剖面設(shè)置6個(gè)～12個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。觀測(cè)時(shí)每個(gè)測(cè)點(diǎn)都應(yīng)與基準(zhǔn)點(diǎn)（2～3）直接聯(lián)測(cè)。GPS定位測(cè)量技術(shù)采用大地高程系統(tǒng)，它可以直接測(cè)定監(jiān)測(cè)點(diǎn)在WGS-84中的大地高程，而大地高程系統(tǒng)是以橢球?yàn)榛鶞?zhǔn)面的高程系統(tǒng)。在滑坡監(jiān)測(cè)中，一般只需測(cè)出監(jiān)測(cè)點(diǎn)的大地高的精確變化，就能計(jì)算出它的高程位移量，從而反映滑坡高程形變情況，因此只要保證GPS基線的高精度，就能進(jìn)行GPS高程形變監(jiān)測(cè)。

3.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)

根據(jù)邊坡穩(wěn)定性研究報(bào)告，邊坡監(jiān)測(cè)工作由兩個(gè)GPS基準(zhǔn)點(diǎn)作為計(jì)算起始點(diǎn)?；鶞?zhǔn)點(diǎn)采用基本標(biāo)石，標(biāo)石中心應(yīng)刻有清晰的十字線，直徑小于0.5mm的中心點(diǎn)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)于平臺(tái)上，位置參見(jiàn)圖1，埋石標(biāo)準(zhǔn)與基準(zhǔn)點(diǎn)一致?；鶞?zhǔn)點(diǎn)采用GPS靜態(tài)測(cè)量的方法與礦區(qū)周?chē)鷩?guó)家高等級(jí)GPS點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)，聯(lián)測(cè)點(diǎn)數(shù)不少于3點(diǎn)，保證坐標(biāo)傳遞精度。

該礦外業(yè)采用快速靜態(tài)測(cè)量方法對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，即在2個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)上各安置一臺(tái)GPS接收機(jī)進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，另一臺(tái)GPS接收機(jī)作為移動(dòng)站，在各監(jiān)測(cè)點(diǎn)上移動(dòng)，三臺(tái)儀器組成三角網(wǎng)，觀測(cè)時(shí)間在40分鐘/次，內(nèi)業(yè)采用GNSS數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)觀測(cè)量進(jìn)行處理，解算出各監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面坐標(biāo)及高程。

3.3 監(jiān)測(cè)要求

首級(jí)控制網(wǎng)按照GPS測(cè)量D級(jí)作業(yè)要求進(jìn)行測(cè)量，監(jiān)測(cè)點(diǎn)按照GPS測(cè)量E級(jí)作業(yè)要求進(jìn)行測(cè)量。每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)保證測(cè)量不少于2次，其他應(yīng)按照相關(guān)規(guī)范執(zhí)行。

3.4 監(jiān)測(cè)頻率

變形監(jiān)測(cè)的頻率取決于變形量的大小、速率以及觀測(cè)的目的。變形監(jiān)測(cè)的頻率的大小應(yīng)能反映出邊坡體的變形規(guī)律，并且按照單位時(shí)間內(nèi)位移變形量的大小而定。

調(diào)整邊坡監(jiān)測(cè)頻率。①因季節(jié)調(diào)整：雨季到來(lái)降水量增大，容易降低邊坡穩(wěn)定性，春季時(shí)，冰雪融化，水沿著裂隙流向深部，也容易降低邊坡穩(wěn)定性，因此，在降雨繁多的雨季及冰雪融化的春季應(yīng)適當(dāng)增加觀測(cè)次數(shù)或者縮短監(jiān)測(cè)周期。②隨開(kāi)采深度調(diào)整：露天礦開(kāi)采隨深度的增加，給邊坡帶來(lái)的不穩(wěn)定性也就增大，在接近設(shè)計(jì)界線時(shí)，應(yīng)適當(dāng)加密監(jiān)測(cè)點(diǎn)及增加水平及垂直方向的監(jiān)測(cè)次數(shù)。③因風(fēng)化時(shí)長(zhǎng)調(diào)整：露天礦自上而下開(kāi)采，上部臺(tái)階邊坡揭露早，風(fēng)化時(shí)間長(zhǎng)，邊坡的穩(wěn)定性隨之下降，因此，上部臺(tái)階應(yīng)縮短監(jiān)測(cè)周期。④基于邊坡的實(shí)際穩(wěn)定狀況。在進(jìn)行邊坡位移監(jiān)測(cè)的同時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)邊坡的管理與巡視，通過(guò)對(duì)邊坡的宏觀變形破壞現(xiàn)象調(diào)查（如裂縫），來(lái)調(diào)整位移監(jiān)測(cè)周期，以便準(zhǔn)確掌握邊坡的穩(wěn)定狀態(tài)，對(duì)邊坡可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)狀況及時(shí)做出預(yù)報(bào)。

因此，確定一般情況下監(jiān)測(cè)頻率為1次/15天，同時(shí)應(yīng)根據(jù)位移速率做適當(dāng)調(diào)整。雨季適當(dāng)增加監(jiān)測(cè)頻率，雨雪前后應(yīng)進(jìn)行對(duì)比觀測(cè)。當(dāng)某些監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的位移變形速率非常大時(shí)，為持續(xù)獲得位移變形過(guò)程，監(jiān)測(cè)頻率應(yīng)調(diào)整為1次/天。

4 結(jié)語(yǔ)

露天礦山邊坡監(jiān)測(cè)是露天礦日常工作的一項(xiàng)重要內(nèi)容，露天礦山最大的安全隱患就是露天邊坡，及時(shí)掌握露天礦邊坡變形規(guī)律是確保露天礦安全生產(chǎn)的重要保障。礦山應(yīng)成立露天邊坡管理部門(mén)，要嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定執(zhí)行，保證企業(yè)正常生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)。