淺論新技術在露天礦沉降監測中的應用

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把礦巖運至地表。測量工作伴隨礦區勘探、開采設計、露天礦建設、生產以及報廢的各個階段，露天礦的沉降監測是露天礦開采中的一個重要階段。就露天礦的沉降監測新技術，本文作了淺論。

關鍵詞：露天礦；沉降監測；技術

露天礦開采工程中，安全問題隨著礦山開發、水利建設、城市發展等項目的進行，往往是其中重要的環節，經常會形成有超百米的臨時邊坡或永久邊坡。我國露天礦山規模宏大，最終設計邊坡高度一般為300～500m，有的已經達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390m和420m，是典型的高陡深凹露天大型礦山。大小邊坡失穩事件數目眾多，小事故可以造成工期延誤，財產、設備損失，大事故則可能造成人員傷亡，甚至改變設計初衷。

一、應用無人機技術進行監測

（一）無人機技術優勢

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，根據任務可搭載不同遙感設備，產品豐富多樣；第四，經濟成本低、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塌落區等地，此外，還有采剝境界內各種管線、廠區建筑物、構筑物等。采用無人機的優勢非常明顯，首先大大提高露天礦測量的工作效率，其次，滑坡、機械設備、車輛作業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、高質量生成2D和3D航空數據。無人機可以捕獲地面分辨率為3～30cm像素的圖片。根據圖像分辨率和飛行的航高，單次飛行的覆蓋區域可達到1.5～10km2。

（二）應用于露天礦的作業步驟

第一，制定飛行任務。首先在Google earth露天礦測量飛行范圍的選取，然后根據該范圍進行飛行計劃的制定。之后，再應用TrimbleAccess軟件創建背景地圖、定義任務區域和飛行參數。最后，根據風向確定起飛和降落點。

第二，完成飛行任務。其具體操作為：依據飛行流程，進行彈射架的架設，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即可。

第三，收回飛機。

第四，導出數據，進行內業數據處理：根據數據成果進行露天礦的各種測量、等高線繪制、三維模型構建。計算各項工程量，進行采剝工程設計。

二、應用IBIS-M系統進行露天礦沉降監測

（一）關于差分干涉測量（D-InSAR）技術及其優勢

利用差分干涉測量（D-InSAR）技術對地表進行大范圍變形監測是當今微變監測領域的一項突破。IBIS系統是由意大利IDS公司與佛羅倫薩大學經過六年合作研發的微變形監測系統，該系統能夠把很多傳統儀器替代，一套設備能夠完成多種傳統儀器才能完成的任務。目前采用該設備主要應用在橋梁、高層建筑的動態和靜態測量領域，大壩外形變形和山體滑坡的變形預警。

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

（二）差分干涉測量（D-InSAR）技術的應用

采用該技術進行邊坡滑動監測時，監測區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測試驗。

設備距離監測邊坡平均距離2050m，雷達波束寬度35°，安裝在監測邊坡對面一個穩定的區域，這樣能夠保證監測到整個坡體。在監測期間，為快速獲得坡體精確的DEM，方便確定發生形變的區域，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，在監測20h后，在坡體左上方有明顯邊坡位移的區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，直至實驗結束。本次試驗監測期間天氣穩定，邊坡植被覆蓋率低，試驗結果表明，該技術可以以非接觸測量方式獲得實時的邊坡形變圖像。

三、應用GPS定位技術進行監測

如今，GPS接收機設備價格逐步下降，GPS定位及數據處理技術也在不斷發展和完善。為了適應這個形勢，需要更好地運用GPS定位技術對邊坡等地質災害進行監測和預測。在應用GPS監測邊坡變形時，基于監測網的精度指標、可靠性指標和靈敏度指標優化監測網。經驗可知GPS一機多天線邊坡自動監測系統可用于高邊坡，與常規監測結果幾乎是一致的。應用傳統方法時，在觀測條件困難而難于實施的場所，這樣的監測具有全天候監測、自動化程度高的特點。有時候由于產生電磁干擾和多路徑效應的影響，會給測量結果帶來影響，露天礦邊坡監測數據采集分析與預報模型形成突變，降低了定位數據的可靠性，影響定位精度。對測量數據進行粗差剔除可以提高GPS定位的可靠性和精度。邊坡穩定監測系統由自動監控沒備、現場機、傳輸網絡、監控中心服務器四部分組成。GPS用于邊坡監測，除了對觀測設備有要求，也需注意數據處理方法，這也是其核心內容。在進行數據處理時，通過傳輸網絡，監控中心服務器與現場機交換數據、發起指令、應答指令。為得到精度高和可靠性強的監測結果，應針對不同的監測環境和條件，選擇科學合理的數據處理方法。

參考文獻：

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