礦山邊坡變形監(jiān)測(cè)中GPS技術(shù)的運(yùn)用

江 晨

（安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局324地質(zhì)隊(duì)，安徽 池州 247100）

1 礦山邊坡變形監(jiān)測(cè)的意義

我國礦產(chǎn)資源豐富，現(xiàn)有礦產(chǎn)儲(chǔ)藏種類多達(dá)數(shù)百種，能夠全面推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。各地為了增加產(chǎn)量，過度擴(kuò)大礦產(chǎn)生產(chǎn)規(guī)模，由此所帶來的問題會(huì)極大影響邊坡穩(wěn)定性。

在邊坡工程建設(shè)期間需要監(jiān)測(cè)邊坡工程安全，其作用主要表現(xiàn)在以下方面：第一，能夠?qū)吰率┕ず瓦吰路€(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)，并且做好相關(guān)預(yù)測(cè)報(bào)告，掌握滑坡體演變過程，及時(shí)了解和掌握崩塌與滑坡災(zāi)害特征信息。第二，為避免滑坡和滑動(dòng)能夠提供支持，能夠?qū)逻吔鐥l件，滑動(dòng)方向和危害程度進(jìn)行預(yù)測(cè)和預(yù)報(bào)，全面減輕和防止災(zāi)害損失問題。第三，能夠已經(jīng)出現(xiàn)滑動(dòng)破壞和加固處理后滑坡問題進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果能夠?qū)绿幚硇Ч叨冗M(jìn)行評(píng)價(jià)[1]。

2 礦山邊坡變形監(jiān)測(cè)任務(wù)和內(nèi)容

（1）監(jiān)測(cè)任務(wù)。第一，提供邊坡發(fā)生惡性滑坡報(bào)警，這樣能夠確保施工人員和設(shè)備的安全，在變形穩(wěn)定時(shí)能夠?qū)⒕瘓?bào)解除掉，便于后期生產(chǎn)。第二，可以提供可靠性的監(jiān)測(cè)文件資料，這樣能夠?qū)Σ环€(wěn)定邊坡變形情況進(jìn)行識(shí)別，便于制定減災(zāi)和防災(zāi)措施[2]。第三，提供礦山邊坡信息，這樣能夠便于山礦整采和挖掘，還能夠?qū)υO(shè)計(jì)方案進(jìn)行修改調(diào)整。

邊坡監(jiān)測(cè)主要是為了觀測(cè)可能會(huì)出現(xiàn)滑坡危險(xiǎn)的邊坡，能夠明確滑動(dòng)性和規(guī)模，并且能夠?qū)虑闆r進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)報(bào)。

（2）礦山邊坡變形監(jiān)測(cè)內(nèi)容。第一，選定變形監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)。礦山邊坡變形監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)選擇能夠?qū)PS監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性造成極大影響，這就要求確保GPS監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)可靠，不會(huì)受到其它因素影響。第二，設(shè)計(jì)GPS變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)：GPS變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)主要是借助GPS技術(shù)監(jiān)測(cè)礦山邊坡變形情況，并且按照不同監(jiān)測(cè)目的選擇適宜的監(jiān)測(cè)網(wǎng)和基點(diǎn)坐標(biāo)。第三，GPS監(jiān)測(cè)和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換：在野外作業(yè)時(shí)需要采集數(shù)據(jù)，并且使用單頻GPS接收機(jī)，其中除了在監(jiān)測(cè)基點(diǎn)布設(shè)接收機(jī)，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)不間斷觀測(cè)，其他接收機(jī)則應(yīng)當(dāng)布設(shè)在各相應(yīng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)中。GPS監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所常用的數(shù)據(jù)形式為經(jīng)緯度和高程。在監(jiān)測(cè)邊坡變形情況時(shí)不需要轉(zhuǎn)換坐標(biāo)，對(duì)在不同時(shí)間觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行比對(duì)分析能夠計(jì)算出相應(yīng)位移量。

3 邊坡變形監(jiān)測(cè)實(shí)施

在布置觀測(cè)點(diǎn)時(shí)需要優(yōu)先選擇以下地段：巖層節(jié)理發(fā)育，風(fēng)化帶以及破碎帶等地質(zhì)條件比較復(fù)雜的地段；服務(wù)年限長(zhǎng)且形成較高邊坡的地段。觀測(cè)線的布設(shè)數(shù)量主要與滑坡范圍的邊坡巖石力學(xué)性質(zhì)，滑坡范圍以及地質(zhì)條件復(fù)雜程度具有較大關(guān)聯(lián)性。通常情況下，需要在沿預(yù)計(jì)最大滑動(dòng)速度方向和滑體中央位置布設(shè)一條，在以上位置兩側(cè)再布設(shè)數(shù)條。當(dāng)滑體存在特殊性部位時(shí)應(yīng)當(dāng)設(shè)置獨(dú)立的觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

對(duì)于水準(zhǔn)基點(diǎn)來說，不需要將其建立在高程控制系統(tǒng)中，可以非移動(dòng)區(qū)的不同臺(tái)階上進(jìn)行建立，并且確保不同觀測(cè)點(diǎn)不少于三個(gè)。在觀測(cè)期間需要在同級(jí)水準(zhǔn)基點(diǎn)間進(jìn)行監(jiān)測(cè)。為了確保工作點(diǎn)礦區(qū)的高程值統(tǒng)一，可以使用外水準(zhǔn)方式聯(lián)合測(cè)量各組水準(zhǔn)基點(diǎn)。

4 礦區(qū)邊坡變形監(jiān)測(cè)實(shí)例分析

（1）監(jiān)測(cè)礦區(qū)介紹。某礦區(qū)位于該省X鎮(zhèn)境內(nèi)，與市區(qū)的距離為38km左右。初步設(shè)計(jì)將該礦區(qū)作為地區(qū)采礦場(chǎng)進(jìn)行建設(shè)。

（2）礦區(qū)邊坡GPS監(jiān)測(cè)網(wǎng)系統(tǒng)。使用GPS技術(shù)進(jìn)行位移監(jiān)測(cè)通常具備兩種方案：方案一：第一種方案是在監(jiān)測(cè)點(diǎn)上建立無人值守GPS觀測(cè)系統(tǒng)，利用軟件控制能夠?qū)崿F(xiàn)變形分析預(yù)測(cè)和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)效果。

第二種方案是使用多臺(tái)GPS接收機(jī)，定期觀測(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)情況，在對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理之后可以分析和預(yù)報(bào)變形情況。第一種方案可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析，具有較高的自動(dòng)化效果。第二種方案雖然在自動(dòng)化程度以及勞動(dòng)強(qiáng)度方面都不如第一種方案，但是監(jiān)測(cè)成本比較低，如果存在多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，會(huì)充分凸顯出監(jiān)測(cè)優(yōu)勢(shì)。所以應(yīng)用GPS監(jiān)測(cè)該礦區(qū)邊坡變形情況時(shí)需要采用第二種方案，這樣能夠降低監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的成本。

圖1 設(shè)計(jì)方案圖

（3）邊坡平面位移監(jiān)測(cè)網(wǎng)。優(yōu)化設(shè)計(jì)邊坡安全監(jiān)測(cè)網(wǎng)以及開展首次監(jiān)測(cè)時(shí)，首先需要分析增強(qiáng)網(wǎng)型結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，并且分析到高精度測(cè)量?jī)x器的現(xiàn)狀發(fā)展情況，在平面位移監(jiān)測(cè)中共設(shè)置8個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，圖1為設(shè)計(jì)方案圖。

（4）參數(shù)化選擇與對(duì)比分析。第一，高度截止角對(duì)比。使用20°和25°高度截止角，并且利用專業(yè)軟件開展基線解算。利用GPS和常規(guī)邊角網(wǎng)觀測(cè)值比較結(jié)果，認(rèn)為選擇20°高度截止角的效果最佳。第二，對(duì)比分析時(shí)段長(zhǎng)度：此次研究對(duì)所觀測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，將高速截止角設(shè)定在20°，并且分解為3h，6h和12h，使用專業(yè)計(jì)算軟件對(duì)不同時(shí)間所監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋和計(jì)算，通過分析基線影響能夠看出，在觀測(cè)時(shí)間為3h時(shí)就能夠滿足相關(guān)要求，在觀測(cè)時(shí)間為6h和12h時(shí)，礦區(qū)邊坡變形參數(shù)觀測(cè)值無明顯差別。第三，起算點(diǎn)坐標(biāo)精度。以基準(zhǔn)點(diǎn)的單點(diǎn)定位坐標(biāo)作為起算點(diǎn)。使用相關(guān)專業(yè)軟件解釋和計(jì)算精密基線，通過對(duì)比分析聯(lián)測(cè)精確的地心坐標(biāo)結(jié)果，得出以下結(jié)論：起算點(diǎn)聯(lián)測(cè)精確的地心坐標(biāo)能夠提升基線解釋計(jì)算的精度，其對(duì)結(jié)果的影響比較大。第四，估計(jì)流層參數(shù)。選擇對(duì)流層參數(shù)估計(jì)和無對(duì)流層參數(shù)估計(jì)方法，通過專業(yè)軟件解釋和計(jì)算精密基線，通過分析不同基線精度影響之后可以發(fā)現(xiàn)，無對(duì)流層參數(shù)估計(jì)解算結(jié)果明顯優(yōu)于對(duì)流層參數(shù)估計(jì)結(jié)果。

5 結(jié)語

本文通過對(duì)某礦區(qū)邊坡變形情況的監(jiān)測(cè)分析，了解了導(dǎo)致礦區(qū)邊坡變形的各影響因素，在此基礎(chǔ)之上，設(shè)計(jì)了監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)，通過對(duì)比分析驗(yàn)證了GPS技術(shù)在礦區(qū)邊坡變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用價(jià)值，明確了最佳觀測(cè)參數(shù)，希望可以對(duì)生產(chǎn)實(shí)踐起到參考作用。