GNSS技術(shù)在礦山地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

[ 摘要 ]在我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)是一個(gè)重要項(xiàng)目。伴隨著采礦業(yè)的持續(xù)發(fā)展，采礦開(kāi)發(fā)力度不斷加大。不過(guò)在采礦活動(dòng)進(jìn)行過(guò)程中，也逐漸暴露出一些潛在的問(wèn)題。尤其是在安全方面，因礦山地質(zhì)環(huán)境較為復(fù)雜，地質(zhì)災(zāi)害時(shí)有發(fā)生，若沒(méi)有做好全面的安全監(jiān)測(cè)工作，極易發(fā)生一些風(fēng)險(xiǎn)事件，對(duì)采礦人員的生命安全構(gòu)成威脅，同時(shí)也增加了采礦業(yè)的危險(xiǎn)，不利于該行業(yè)的發(fā)展?；诖耍谖覈?guó)科技發(fā)達(dá)的時(shí)代下，相關(guān)單位應(yīng)加強(qiáng)礦山地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)力度，根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，對(duì)相應(yīng)的監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行合理使用，在充分發(fā)揮其技能優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，為采礦業(yè)的發(fā)展提供幫助。

[ 關(guān)鍵詞 ]采礦業(yè);監(jiān)測(cè)技術(shù);地質(zhì)環(huán)境;地質(zhì)災(zāi)害

中圖分類(lèi)號(hào)：P69

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2022.06.057

我國(guó)擁有遼闊的土地面積，并且自然資源豐富。礦山的開(kāi)采，是煤炭資源獲取的重要途徑。為了滿(mǎn)足人們對(duì)煤炭的需求，采礦項(xiàng)目數(shù)量不斷增多。為了達(dá)到安全開(kāi)采的目的，礦山地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)開(kāi)始得到重視，相關(guān)地質(zhì)工作者對(duì)此也展開(kāi)了更加深入的研究。通過(guò)對(duì)現(xiàn)階段礦山地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生情況進(jìn)行了解，礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范基本形成，相應(yīng)的地質(zhì)環(huán)境治理模式及技術(shù)方法也逐漸得到使用。其中，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）技術(shù)的應(yīng)用效果較為顯著，尤其是在滑坡地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)方面，人們的認(rèn)可度較好。與GPS定位技術(shù)相比較，GNSS技術(shù)的應(yīng)用更具針對(duì)性，在全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與區(qū)域增強(qiáng)系統(tǒng)的聯(lián)合作用下，能夠幫助監(jiān)測(cè)人員獲取有關(guān)礦山地質(zhì)的相關(guān)信息，通過(guò)數(shù)據(jù)的分析與處理實(shí)現(xiàn)礦山地質(zhì)災(zāi)害的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

1? ? 礦區(qū)山體變形監(jiān)測(cè)概述

地質(zhì)災(zāi)害的出現(xiàn)在多數(shù)情況下會(huì)導(dǎo)致山體變形的發(fā)生。為了對(duì)這種變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通常會(huì)選用兩種方式。一方面，將監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置在副井井筒錯(cuò)縫間距處;另一方面，通過(guò)對(duì)山體地質(zhì)的情況進(jìn)行調(diào)查，選擇容易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的地區(qū)，設(shè)立監(jiān)測(cè)點(diǎn)。為確保GNSS控制網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠得到有效的應(yīng)用，通常會(huì)涉及一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)、一個(gè)后視點(diǎn)的設(shè)立，一般在發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害山體外的地質(zhì)穩(wěn)定段確定位置。此外，還需對(duì)9個(gè)變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行合理選擇，以滿(mǎn)足GNSS技術(shù)監(jiān)測(cè)的要求[1]。

在礦區(qū)山體變形滑坡監(jiān)測(cè)過(guò)程中，除了GNSS控制網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用外，常見(jiàn)的方法還有地面大地測(cè)量、近景攝影測(cè)量等常規(guī)觀測(cè)方法。在早期地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，相應(yīng)的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員需要對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布局進(jìn)行合理規(guī)劃，在保障工作質(zhì)量的前提下，達(dá)到地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)的效果。盡管如此，對(duì)于現(xiàn)階段而言，關(guān)于礦區(qū)山體變形地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)，GNSS技術(shù)仍是最佳的選擇，相較于其他兩種監(jiān)測(cè)方法，應(yīng)用效果更為突出。其中，在大地測(cè)量常規(guī)觀測(cè)法應(yīng)用過(guò)程中，通常會(huì)涉及全站儀、水準(zhǔn)儀兩種主要設(shè)備的使用，雖然具有一定的功能特性，但在整體山體變形地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)中仍會(huì)暴露出一些問(wèn)題，主要是高程數(shù)據(jù)與人工采集監(jiān)測(cè)點(diǎn)二維方面存在的缺點(diǎn)[2]。在相關(guān)數(shù)據(jù)采集過(guò)程中可以發(fā)現(xiàn)，高程與數(shù)據(jù)平面兩者無(wú)法同步進(jìn)行，在這種情況下，數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性與完整性無(wú)法得到保障，同時(shí)安全性能降低，這對(duì)于山體變形地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)來(lái)說(shuō)，監(jiān)測(cè)質(zhì)量無(wú)法得到保證，因此該方法存在一定的缺陷。另外一種常規(guī)監(jiān)測(cè)方法——近景攝影測(cè)量在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中也會(huì)受到局限，關(guān)鍵在于攝影經(jīng)緯儀焦距與縱向距離的控制，在具體使用中會(huì)存在一定的誤差，導(dǎo)致數(shù)據(jù)獲取的精準(zhǔn)度不高。一般這種方法在粗精度觀測(cè)中比較適用。除此之外，在傳統(tǒng)礦區(qū)山體變形地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，相關(guān)技術(shù)設(shè)備的使用步驟較為復(fù)雜，實(shí)際操作起來(lái)具有一定的困難，并且還會(huì)涉及較多的人力與物力資源，外業(yè)工作量及投入經(jīng)費(fèi)增加。故有些時(shí)候地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)工作浮于表面，未得到真正落實(shí)[3]。如今，伴隨著人們安全意識(shí)的整體提高，針對(duì)礦山地質(zhì)災(zāi)害所引起的山體變形，相關(guān)監(jiān)測(cè)技術(shù)在不斷優(yōu)化與改進(jìn)，具有高動(dòng)態(tài)精度與靈活布網(wǎng)特點(diǎn)的GNSS觀測(cè)技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用，在礦山地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)中發(fā)揮出了較大的作用。

2? ? ?觀測(cè)法具體條件對(duì)比

關(guān)于礦山地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)方法的使用，早期存在多種方式。其中，大地測(cè)量法監(jiān)測(cè)技術(shù)在當(dāng)時(shí)使用頻率相對(duì)較高，是一種常見(jiàn)的監(jiān)測(cè)方法。通過(guò)對(duì)該技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行分析，較大的監(jiān)測(cè)范圍以及地區(qū)苛刻條件的克服是一大優(yōu)勢(shì)。另外，在大地測(cè)量監(jiān)測(cè)技術(shù)具體應(yīng)用過(guò)程中，憑借專(zhuān)業(yè)技術(shù)熱源，不僅能夠?qū)χ付ǖ貐^(qū)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，針對(duì)該地區(qū)以外的地質(zhì)情況，也能發(fā)揮出一定的監(jiān)測(cè)功能，具體是通過(guò)相關(guān)數(shù)據(jù)的獲取與分析完成相應(yīng)的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)過(guò)程。從所獲取的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)調(diào)查情況來(lái)看，具體數(shù)值的準(zhǔn)確程度較高，因此該技術(shù)對(duì)于山體地質(zhì)變形的監(jiān)測(cè)是具有一定應(yīng)用效果的[4]。不過(guò)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的使用，該技術(shù)也逐漸暴露出不足之處。因部分地區(qū)的外界條件較差，在長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)過(guò)程中，所獲取的數(shù)據(jù)數(shù)值會(huì)因此發(fā)生變化，從而造成一定的誤差，導(dǎo)致數(shù)據(jù)數(shù)值的實(shí)用性?xún)r(jià)值降低。除此之外，大地測(cè)量法監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用還會(huì)受到監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移變化的影響，使得監(jiān)測(cè)工作的質(zhì)量得不到保障。針對(duì)這種情況，專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員通常會(huì)改變策略，使用近景攝影測(cè)量法繼續(xù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。不過(guò)這種方法也并非最佳的選擇，其自身也會(huì)存在一些問(wèn)題，主要在于監(jiān)測(cè)地區(qū)距離的遠(yuǎn)近，當(dāng)距離過(guò)遠(yuǎn)時(shí)，所獲取數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性便無(wú)法得到保證，故地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)工作無(wú)法在真正意義上發(fā)揮作用，這對(duì)于災(zāi)害預(yù)防工作的實(shí)施也會(huì)帶來(lái)一定阻礙。基于此，在出現(xiàn)以上問(wèn)題時(shí)，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)提高重視，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并想辦法進(jìn)行解決。通常情況下，可以通過(guò)拉近攝像距離的方式來(lái)提高監(jiān)測(cè)數(shù)值的準(zhǔn)確度，從而確保地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)的效果[5]。

在當(dāng)前地質(zhì)災(zāi)害實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)中，GNSS監(jiān)測(cè)技術(shù)屬于比較先進(jìn)的一種技術(shù)手段，與以往使用的監(jiān)測(cè)方法相比較，不會(huì)出現(xiàn)之前所存在的問(wèn)題，并且使用優(yōu)勢(shì)更加明顯，監(jiān)測(cè)效果得到了大多數(shù)監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)的認(rèn)可。目前，許多監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)及單位已經(jīng)將GNSS技術(shù)應(yīng)用在了山體滑坡變形的監(jiān)測(cè)過(guò)程中，成為一項(xiàng)不可或缺的技術(shù)力量。合理使用GNSS技術(shù)，能夠在較長(zhǎng)時(shí)間對(duì)山體滑坡變形情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并且所獲取的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度較高，可以幫助技術(shù)人員在第一時(shí)間對(duì)山體情況進(jìn)行分析，以便提前做好地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防準(zhǔn)備[6]。另外，在GNSS技術(shù)的應(yīng)用下，還能夠?qū)Φ刭|(zhì)災(zāi)害點(diǎn)的位移變化情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，為技術(shù)人員提供更多真實(shí)有效的數(shù)據(jù)信息[7]。另外，GNSS技術(shù)對(duì)監(jiān)測(cè)設(shè)備的技術(shù)參數(shù)有一定的要求，需要對(duì)精度平面、高程進(jìn)行定位。針對(duì)這些數(shù)值上存在的偏差，在對(duì)其進(jìn)行參考時(shí)，不能夠?qū)⑵渥鳛槲ㄒ灰罁?jù)，具體還需要工作人員對(duì)山體地質(zhì)的實(shí)際情況進(jìn)行考察，綜合考量各方面因素的影響，在全面考慮后，對(duì)相關(guān)工作進(jìn)行調(diào)整。針對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的高發(fā)區(qū)域，在進(jìn)行監(jiān)測(cè)過(guò)程中，工作人員需要對(duì)監(jiān)測(cè)方案進(jìn)行合理規(guī)劃，保證其具備科學(xué)性和有效性。另外，在各項(xiàng)工作開(kāi)展過(guò)程中，需要對(duì)山體的實(shí)際情況有一個(gè)全面的了解，在此基礎(chǔ)上，對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置，完成地質(zhì)災(zāi)害實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)網(wǎng)的構(gòu)建。有了監(jiān)測(cè)網(wǎng)提供的幫助，相關(guān)工作人員便可對(duì)山體地質(zhì)情況進(jìn)行有效評(píng)估，在地質(zhì)災(zāi)害來(lái)臨前預(yù)測(cè)，提前做好安全防護(hù)，以確保作業(yè)人員的安全[8]。

另外，對(duì)于災(zāi)害易發(fā)區(qū)，在對(duì)監(jiān)測(cè)預(yù)防方案進(jìn)行擬定過(guò)程中，可以將多種方式相結(jié)合使用，至于觀測(cè)周期的確定，盡量與所使用的方法保持一致，從而達(dá)到良好的監(jiān)測(cè)效果[9]。

3? ? GNSS判斷地質(zhì)災(zāi)害的原理

GNSS監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建立，融入了物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)、北斗高精度衛(wèi)星監(jiān)測(cè)應(yīng)用技術(shù)，兩種技術(shù)相互結(jié)合，共同發(fā)揮出一定的作用。其中，在北斗高精度衛(wèi)星監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用下，需要在監(jiān)測(cè)區(qū)構(gòu)建一個(gè)穩(wěn)定點(diǎn)，一般選擇在遠(yuǎn)離地質(zhì)災(zāi)害的非變形區(qū)進(jìn)行設(shè)立。之后，在對(duì)北斗地面沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)、裂縫點(diǎn)進(jìn)行確定的情況下，完成GNSS參考基站的建立。根據(jù)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的要求，在形變監(jiān)測(cè)區(qū)需要布置監(jiān)測(cè)斷面，并完成n個(gè)GNSS監(jiān)測(cè)站的構(gòu)建，以便監(jiān)測(cè)到不穩(wěn)定斜坡的水平位移、地面沉降等情況。在無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的應(yīng)用下，可以幫助完成數(shù)據(jù)的傳輸，經(jīng)過(guò)深度學(xué)習(xí)，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，最終完成目標(biāo)點(diǎn)的解算，對(duì)參考基站與觀測(cè)站之間水平和高程的絕對(duì)位移進(jìn)行確定[10]。在此之后，長(zhǎng)時(shí)間建立監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)了解目標(biāo)點(diǎn)的變化情況，從而實(shí)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)。

4? ? ?GNSS技術(shù)在滑坡監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用探究

GNSS技術(shù)融入了現(xiàn)代多種高新技術(shù)，在礦山地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)中，主要用于山體滑坡的監(jiān)測(cè)。在具體使用過(guò)程中，地表位移監(jiān)測(cè)是該技術(shù)發(fā)揮作用的關(guān)鍵。按照該技術(shù)的使用要求，相關(guān)技術(shù)人員需要完成GNSS基墩的修建，之后按照具體的要求完成設(shè)備的安裝。具體內(nèi)容包括：準(zhǔn)備站桿和太陽(yáng)能板，將太陽(yáng)能板固定在站桿上面，將電源線(xiàn)引出，使用標(biāo)記進(jìn)行識(shí)別。待太陽(yáng)能板固定完成后，于基墩上固定站桿。對(duì)太陽(yáng)能電池板的傾斜面進(jìn)行調(diào)整，使其向正南方傾斜。將太陽(yáng)能板、風(fēng)機(jī)電源線(xiàn)與站桿進(jìn)行連接，于GNSS站桿上放入蓄電池，并在設(shè)備中安裝SIM卡，將GPRS天線(xiàn)進(jìn)行連接，一切安裝完成后，固定好天線(xiàn)罩。在相關(guān)技術(shù)人員的操作下，完成數(shù)據(jù)信息的輸入，對(duì)地質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)建。期間，針對(duì)各種先進(jìn)的儀器設(shè)備，工作人員需熟練掌握操作方法，對(duì)其進(jìn)行規(guī)范使用，投入地質(zhì)監(jiān)測(cè)工作中。在監(jiān)測(cè)過(guò)程中，技術(shù)人員還應(yīng)對(duì)氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)情況進(jìn)行了解，使用合理的區(qū)域監(jiān)測(cè)方法，在數(shù)據(jù)分析、預(yù)測(cè)評(píng)估過(guò)程中對(duì)地質(zhì)情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，并通過(guò)多媒體將有關(guān)信息進(jìn)行發(fā)布[11]。

5? ? GNSS技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)中的應(yīng)用

在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)過(guò)程中，地質(zhì)形變是主要的監(jiān)測(cè)對(duì)象。通過(guò)對(duì)其進(jìn)行分析，具體包括兩方面的監(jiān)測(cè)內(nèi)容，分別為內(nèi)部形變監(jiān)測(cè)、外部形變監(jiān)測(cè)。在傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法應(yīng)用中，一般會(huì)涉及多種監(jiān)測(cè)儀器，如：全站儀、測(cè)距儀、水準(zhǔn)儀等，這些儀器的使用雖然能夠發(fā)揮出一定的功能特性，但地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)工作內(nèi)容較為復(fù)雜，所涉及的工作量大，并且需要工作人員實(shí)地觀測(cè)，實(shí)際開(kāi)展起來(lái)具有一定的難度。除此之外，在具體監(jiān)測(cè)工作開(kāi)展中，所獲取的監(jiān)測(cè)信息還會(huì)受到地形條件的影響，不僅需要較長(zhǎng)的工作周期，還涉及較多的經(jīng)費(fèi)，從整體工作效率上來(lái)看普遍不高。而對(duì)于GNSS技術(shù)的應(yīng)用，測(cè)距定位可通過(guò)空中衛(wèi)星發(fā)射信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且融入靜態(tài)差分相對(duì)定位技術(shù)，技術(shù)的先進(jìn)與優(yōu)越使其應(yīng)用價(jià)值得到顯著提高[12]。與常規(guī)監(jiān)測(cè)技術(shù)相比較，在應(yīng)用GNSS技術(shù)下，員工在野外的工作量大大減少，并且不需要監(jiān)測(cè)站點(diǎn)之間相互通視，在無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的支持下，GNSS觀測(cè)數(shù)據(jù)能夠快速地上傳，經(jīng)過(guò)室內(nèi)數(shù)據(jù)處理中心的相關(guān)操作，即便是在遠(yuǎn)距離下也能夠?qū)崿F(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并且相關(guān)數(shù)據(jù)擁有較高的精準(zhǔn)度，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的功能[13]。

6? ? ?結(jié)語(yǔ)

礦山地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)對(duì)于我國(guó)采礦業(yè)的發(fā)展起著重要性作用，為避免因地質(zhì)災(zāi)害造成人員上的傷亡，我國(guó)相關(guān)部門(mén)應(yīng)正視這一問(wèn)題，加大礦山地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)與預(yù)防力度，尤其是地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)區(qū)，使用GNSS技術(shù)構(gòu)建地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，全面掌握礦山區(qū)域的地形及地質(zhì)情況，在地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生前，提前做好預(yù)防措施，將工作人員受到的傷害值將至最低，從而達(dá)到良好的應(yīng)用效果。

參考文獻(xiàn)

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[ 作者簡(jiǎn)介 ]龔小豐，女，重慶人，重慶市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局607地質(zhì)隊(duì)，高級(jí)工程師，本科，研究方向：地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)。