淺析GPS測量技術在提依爾金礦露天邊坡監測中的應用

張 健

（托里縣金福黃金礦業有限責任公司，新疆 克拉瑪依 834000）

1 項目概況

根據初步設計，提依爾金礦露天開采深度228m，其中凹陷露天開采深度204m，最終邊坡角45°，臺階高度12m，并段后24m。對該露天金礦邊坡分為5個區域，即A、B、C、D、E區。對該金礦露采邊坡進行位移監測主要分為地表位移監測和深部位移監測，詳見圖1。

圖1 邊坡監測點布置示意圖

2 邊坡監測方案選擇

近年來，隨著我國科技不斷進步，測繪技術的不斷發展，在露天礦邊坡監測技術上，不管是從測量儀器設備、監測方法，還是勞動強度等方面都有較大提高。露天礦邊坡監測方法由常規測量到利用衛星進行實時動態監測等，具有精度高、可信度高、效率高、降低勞動強度等特點。露天礦邊坡監測的工程實踐主要有傳統常規地面測量方法和GPS監測方法[1]。綜合考慮礦山監測的目的（邊坡危險預警）以及經濟效益，該礦選擇GPS監測方法進行水平位移監測垂直位移監測[2]。

（1）GPS測量系統介紹。全球定位系統（Global Positioning System-GPS）是美國國防部于1970年代末研發和維護的新一代衛星導航定位系統，20世紀末進入民用領域。目前GPS已廣泛應用于諸多領域。

（2）GPS組成。一般來說，用于監測露天礦山邊坡變形的GPS自動監測系統由數據采集、數據傳輸和數據處理三大部分組成。

（3）露天邊坡監測采用GPS測量的優勢。①高精度監測。實踐證明，變形監測典型精度要求達到1mm或相對精度達到10-6。將基準點布設在變形影響區域外穩固可靠的地方，精度不受影響。②監測時間短。隨著GPS系統的不斷完善，軟件的不斷更新，目前20Km以內相對定位僅需15～20min，快速靜態相對定位測量時，當每個流動站與基準站相距15Km以內時，流動站觀測時間只需1～2分鐘。③方便監測。GPS架設一次，可以對所有邊坡監測點進行監測。④布點靈活。布點時，不受太多條件約束，無需點間通視，只需測點上空沒有遮擋即可。⑤操作簡單，儀器輕便。隨著GPS技術不斷升級換代，系統操作越來越簡單，有的已達“傻瓜化”的程度；儀器越變越輕，越變越小，采用藍牙連接方式減少了很多連接線。⑥全天候作業。監測受氣候條件影響較小，可24小時進行監測。

（4）GPS定位的誤差源。GPS定位中出現的各種誤差從誤差來源來說大體可分為三類：與GPS衛星有關的誤差、與信號傳輸有關的誤差和與接收機有關的誤差。

（5）GPS測量儀器設備。為保證測量精度，我們選擇的GPS設備是南方GPS（1+2）S86T2013型號，即每臺套一個基站，二個流動站。

3 監測方案

3.1 邊坡變形監測網的布設

露天礦變形監測網一般分為兩級布設，即為首級控制網和工作控制網，工作控制網亦稱監測網。對于露天礦邊坡監測，基準點應選在遠離滑坡區，地質條件穩定的區域，并保持首級控制網型簡單。當然，獲取高精度的基準點坐標仍然是非常必要的。首級控制網的布設應根據露天礦最終境界的形狀基準點應均勻分布在地質條件穩定，易于長期保存的地方。點位與監測點一般在2km～3km以內。基準網點的基線向量的中誤差σ≤1ppm·D。單體網（監測點）一般根據滑坡體的地質條件、特征以及穩定狀態按照監測剖面設置6個～12個監測點。觀測時每個測點都應與基準點（2～3）直接聯測。GPS定位測量技術采用大地高程系統，它可以直接測定監測點在WGS-84中的大地高程，而大地高程系統是以橢球為基準面的高程系統。在滑坡監測中，一般只需測出監測點的大地高的精確變化，就能計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，就能進行GPS高程形變監測。

3.2 監測點布設

根據邊坡穩定性研究報告，邊坡監測工作由兩個GPS基準點作為計算起始點。基準點采用基本標石，標石中心應刻有清晰的十字線，直徑小于0.5mm的中心點。監測點設于平臺上，位置參見圖1，埋石標準與基準點一致。基準點采用GPS靜態測量的方法與礦區周圍國家高等級GPS點進行聯測，聯測點數不少于3點，保證坐標傳遞精度。

該礦外業采用快速靜態測量方法對監測點進行測量，即在2個基準點上各安置一臺GPS接收機進行連續觀測，另一臺GPS接收機作為移動站，在各監測點上移動，三臺儀器組成三角網，觀測時間在40分鐘/次，內業采用GNSS數據處理軟件對觀測量進行處理，解算出各監測點平面坐標及高程。

3.3 監測要求

首級控制網按照GPS測量D級作業要求進行測量，監測點按照GPS測量E級作業要求進行測量。每個監測點應保證測量不少于2次，其他應按照相關規范執行。

3.4 監測頻率

變形監測的頻率取決于變形量的大小、速率以及觀測的目的。變形監測的頻率的大小應能反映出邊坡體的變形規律，并且按照單位時間內位移變形量的大小而定。

調整邊坡監測頻率。①因季節調整：雨季到來降水量增大，容易降低邊坡穩定性，春季時，冰雪融化，水沿著裂隙流向深部，也容易降低邊坡穩定性，因此，在降雨繁多的雨季及冰雪融化的春季應適當增加觀測次數或者縮短監測周期。②隨開采深度調整：露天礦開采隨深度的增加，給邊坡帶來的不穩定性也就增大，在接近設計界線時，應適當加密監測點及增加水平及垂直方向的監測次數。③因風化時長調整：露天礦自上而下開采，上部臺階邊坡揭露早，風化時間長，邊坡的穩定性隨之下降，因此，上部臺階應縮短監測周期。④基于邊坡的實際穩定狀況。在進行邊坡位移監測的同時，應加強邊坡的管理與巡視，通過對邊坡的宏觀變形破壞現象調查（如裂縫），來調整位移監測周期，以便準確掌握邊坡的穩定狀態，對邊坡可能出現的危險狀況及時做出預報。

因此，確定一般情況下監測頻率為1次/15天，同時應根據位移速率做適當調整。雨季適當增加監測頻率，雨雪前后應進行對比觀測。當某些監測點位的位移變形速率非常大時，為持續獲得位移變形過程，監測頻率應調整為1次/天。

4 結語

露天礦山邊坡監測是露天礦日常工作的一項重要內容，露天礦山最大的安全隱患就是露天邊坡，及時掌握露天礦邊坡變形規律是確保露天礦安全生產的重要保障。礦山應成立露天邊坡管理部門，要嚴格按照相關規定執行，保證企業正常生產經營。