礦山工程施工變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理與分析方法探討

周朝能，趙春生

（云南南方地勘工程總公司測(cè)繪院，云南 大理 671000）

變形監(jiān)測(cè)的目的是通過(guò)對(duì)變形體布設(shè)一定數(shù)量的具有代表性的形變監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并進(jìn)行多期重復(fù)觀測(cè)，從而獲得有關(guān)變形的規(guī)律，可以進(jìn)行提前預(yù)報(bào)。

1 變形監(jiān)測(cè)模式

變監(jiān)監(jiān)測(cè)模式主要就是相關(guān)作業(yè)人員采用監(jiān)測(cè)儀器針對(duì)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行采集，這一方法可以充分了解礦山工程施工的相關(guān)數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)的過(guò)程當(dāng)中，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)往往都是連續(xù)不斷的。在不同時(shí)間段，對(duì)分辨率要求也比較高，由于受到了連續(xù)性監(jiān)測(cè)模式的影響，通過(guò)采用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)相對(duì)定位、靜態(tài)相對(duì)定位的方式針對(duì)井下開(kāi)挖施工開(kāi)展變形監(jiān)測(cè)工作，精度較高，誤差小于1mm。

2 變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

（1）變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)處理。由于環(huán)境、儀器故障等因素的影響，測(cè)點(diǎn)數(shù)目增加、觀測(cè)數(shù)據(jù)量增加和人為操作失誤等問(wèn)題的存在，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)誤差的情況不可避免。粗差的出現(xiàn)會(huì)影響平差結(jié)果，導(dǎo)致數(shù)據(jù)失真，在此基礎(chǔ)上，導(dǎo)入變形預(yù)測(cè)模型進(jìn)行分析就會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤。因此，粗差定位與剔除是數(shù)據(jù)處理較為關(guān)鍵的一步。

（2）變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)挖掘。數(shù)據(jù)挖掘是從大量看似無(wú)規(guī)則的數(shù)據(jù)中通過(guò)算法找到其中隱藏信息的過(guò)程，主要包括監(jiān)督的分類(lèi)、預(yù)測(cè)和無(wú)監(jiān)督的聚類(lèi)、相關(guān)性分組等方法。在數(shù)據(jù)信息領(lǐng)域中，數(shù)據(jù)挖掘主要體現(xiàn)在空間預(yù)測(cè)和危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)等方面，數(shù)據(jù)種類(lèi)大多為水文與地質(zhì)等空間數(shù)據(jù)。蘊(yùn)含大量運(yùn)行狀態(tài)信息的多元變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫(kù)中，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)直接采用機(jī)器學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，發(fā)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的潛在規(guī)律與有用信息。

3 變形預(yù)測(cè)分析探討

（1）非線(xiàn)性模型主導(dǎo)。隨著應(yīng)用數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，在機(jī)器學(xué)習(xí)與人工智能領(lǐng)域廣泛運(yùn)用的非線(xiàn)性手段陸續(xù)被礦山工程施工變形預(yù)報(bào)與分析工作所引入，多模型耦合共同預(yù)測(cè)已頗有成效，基于不同改進(jìn)方向的混合智能算法預(yù)測(cè)模型也日益精進(jìn)。能夠較好地刻畫(huà)位移發(fā)展變化的同時(shí)，非線(xiàn)性混合智能算法模型還具有更優(yōu)的預(yù)測(cè)精度，因此為其奠定了變形預(yù)測(cè)模型的主導(dǎo)地位。

（2）深度學(xué)習(xí)。深度學(xué)習(xí)是人工智能領(lǐng)域極具發(fā)展前景的一個(gè)分支，它在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)，是一種機(jī)器學(xué)習(xí)方法，也是一種表示學(xué)習(xí)方法，最主要的模型是各種深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。其主要原理是通過(guò)構(gòu)建一個(gè)多層的表示學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)，使用一系列非線(xiàn)性變換操作把從原始數(shù)據(jù)中提取的簡(jiǎn)單初始特征進(jìn)行組合，從而得到更高層、更抽象的表示。在圖像識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別、自然語(yǔ)言處理方面，深度學(xué)習(xí)取得了巨大成功，這也引起了各個(gè)學(xué)科對(duì)這一新興學(xué)習(xí)方法的關(guān)注。在礦山工程施工領(lǐng)域等方面也都有著積極的嘗試。

4 施工監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施方法

（1）應(yīng)力監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施。結(jié)合礦山工程施工特點(diǎn)，應(yīng)力監(jiān)測(cè)采用適應(yīng)性強(qiáng)，且性能穩(wěn)定可靠的振弦傳感器，其監(jiān)測(cè)原理是:振弦頻率與弦拉力成正比，通過(guò)獲取弦的頻率數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算出結(jié)構(gòu)構(gòu)件的應(yīng)力。值得注意的是：監(jiān)測(cè)方案中監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置是以礦山工程施工過(guò)程模擬和方案制定者的經(jīng)驗(yàn)確定的，而現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況往往和前期計(jì)算假定有所區(qū)別，另外監(jiān)測(cè)方案無(wú)法確定傳感器的具體位置。因此確定傳感器安裝位置時(shí)應(yīng)以監(jiān)測(cè)方案為指導(dǎo)，并綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況，易于維護(hù)。

（2）跟蹤注漿。跟蹤注漿是在土層沉降處注入適量水泥或化學(xué)漿，起到補(bǔ)償?shù)貙拥淖饔?，從而減小沉降。

它是一種在井下巷道結(jié)構(gòu)已產(chǎn)生位移的補(bǔ)救措施，根據(jù)巷道可能發(fā)生大位移或已經(jīng)發(fā)生了部分位移，通過(guò)局部注漿增大巷道外側(cè)的荷載和改善土性，迫使其反向位移。

（3）豎向變形監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施。WHGC豎向變形監(jiān)測(cè)采用五角基座（配同型號(hào)的伸長(zhǎng)頭）、水準(zhǔn)儀和全站儀。其監(jiān)測(cè)原理是：利用施工單位提供的水平控制網(wǎng)點(diǎn)，通過(guò)全站儀將標(biāo)高引測(cè)到監(jiān)測(cè)礦層的引測(cè)點(diǎn)，再以引測(cè)點(diǎn)為基準(zhǔn)，通過(guò)水準(zhǔn)儀獲取監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的高程信息，從而計(jì)算出結(jié)構(gòu)的豎向位移。數(shù)據(jù)采集，WHGC豎向變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)人工測(cè)量方式進(jìn)行獲取。整個(gè)施工監(jiān)測(cè)過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行巡視檢查，確保監(jiān)測(cè)點(diǎn)處于穩(wěn)定狀態(tài)。

5 變形控制措施

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)全程服務(wù)，自動(dòng)采集數(shù)據(jù)上傳至云平臺(tái)，各部門(mén)可實(shí)時(shí)獲取礦層沉降、礦體傾斜等變形數(shù)據(jù)。同時(shí)全天候開(kāi)展人工監(jiān)測(cè)，每4h監(jiān)測(cè)1次，人工監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容包括：地面沉降、基坑沉降、地下水位、土體深部位移等。人工監(jiān)測(cè)與云監(jiān)測(cè)同時(shí)開(kāi)展，數(shù)據(jù)相互驗(yàn)證，多方面保證變形監(jiān)測(cè)的及時(shí)性和準(zhǔn)確性。

6 施工常用監(jiān)測(cè)內(nèi)容

（1）不均勻豎向變形監(jiān)測(cè)。在礦山工程施工過(guò)程中核心筒和外框巨柱不可避免的產(chǎn)生豎向變形及變形差。同時(shí)，WHGC各層構(gòu)件承受的荷載并不完全相同，不同層的構(gòu)件截面形式也有所不同，因此在設(shè)計(jì)和施工階段如果沒(méi)有考慮豎向變形的作用，會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響；結(jié)構(gòu)的連接梁和伸臂桁架因豎向變形差產(chǎn)生較大的附加應(yīng)力，從而降低結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。

（2）井下施工階段?？拥滓蛐遁d而產(chǎn)生的回彈變形還在繼續(xù)，基底附加應(yīng)力影響范圍較淺；隨著結(jié)構(gòu)加載，巖土土體產(chǎn)生的下壓變形與卸載回彈變形相抵消，整體變形速率非常小。礦體結(jié)構(gòu)逐漸上浮的趨勢(shì)逐漸穩(wěn)定，而向基坑方向產(chǎn)生位移的趨勢(shì)也會(huì)逐漸穩(wěn)定。

（3）全部施工的完成。全部施工完成以后，上部結(jié)構(gòu)變形逐漸完成，基坑內(nèi)力逐漸穩(wěn)定，地基土的變形僅為隨時(shí)間調(diào)整及蠕變部分，變形速率逐漸減緩。礦山工程整體結(jié)構(gòu)的豎向沉降和水平位移逐漸穩(wěn)定。

7 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，礦山工程施工數(shù)量與日俱增，為了切實(shí)保障礦山工程施工的整體質(zhì)量水平，技術(shù)人員需要強(qiáng)化對(duì)變形監(jiān)測(cè)工作的創(chuàng)新性研究，充分應(yīng)用現(xiàn)代技術(shù)是時(shí)代的發(fā)展趨勢(shì)，工作過(guò)程當(dāng)中應(yīng)取長(zhǎng)補(bǔ)短，保留原創(chuàng)性理論，運(yùn)用現(xiàn)代技術(shù)具有顯著的優(yōu)勢(shì)，在礦山工程施工變形監(jiān)測(cè)工作的過(guò)程當(dāng)中，能夠促使變形監(jiān)測(cè)工作強(qiáng)度降低，縮短監(jiān)測(cè)時(shí)間，使優(yōu)化技術(shù)方案和改善技術(shù)線(xiàn)路得以實(shí)現(xiàn)，同時(shí)，提高了監(jiān)測(cè)的水平和效率。