礦山邊坡變形監測中GPS技術的運用

江 晨

（安徽省地質礦產勘查局324地質隊，安徽 池州 247100）

1 礦山邊坡變形監測的意義

我國礦產資源豐富，現有礦產儲藏種類多達數百種，能夠全面推動社會經濟的發展。各地為了增加產量，過度擴大礦產生產規模，由此所帶來的問題會極大影響邊坡穩定性。

在邊坡工程建設期間需要監測邊坡工程安全，其作用主要表現在以下方面：第一，能夠對邊坡施工和邊坡穩定性進行評價，并且做好相關預測報告，掌握滑坡體演變過程，及時了解和掌握崩塌與滑坡災害特征信息。第二，為避免滑坡和滑動能夠提供支持，能夠對滑坡邊界條件，滑動方向和危害程度進行預測和預報，全面減輕和防止災害損失問題。第三，能夠已經出現滑動破壞和加固處理后滑坡問題進行監測，監測結果能夠對滑坡處理效果尺度進行評價[1]。

2 礦山邊坡變形監測任務和內容

（1）監測任務。第一，提供邊坡發生惡性滑坡報警，這樣能夠確保施工人員和設備的安全，在變形穩定時能夠將警報解除掉，便于后期生產。第二，可以提供可靠性的監測文件資料，這樣能夠對不穩定邊坡變形情況進行識別，便于制定減災和防災措施[2]。第三，提供礦山邊坡信息，這樣能夠便于山礦整采和挖掘，還能夠對設計方案進行修改調整。

邊坡監測主要是為了觀測可能會出現滑坡危險的邊坡，能夠明確滑動性和規模，并且能夠對滑坡情況進行準確預報。

（2）礦山邊坡變形監測內容。第一，選定變形監測基準點。礦山邊坡變形監測基準點選擇能夠對GPS監測數據的可靠性造成極大影響，這就要求確保GPS監測基準點可靠，不會受到其它因素影響。第二，設計GPS變形監測網：GPS變形監測網主要是借助GPS技術監測礦山邊坡變形情況，并且按照不同監測目的選擇適宜的監測網和基點坐標。第三，GPS監測和坐標轉換：在野外作業時需要采集數據，并且使用單頻GPS接收機，其中除了在監測基點布設接收機，這樣能夠實現連續不間斷觀測，其他接收機則應當布設在各相應監測點中。GPS監測系統所常用的數據形式為經緯度和高程。在監測邊坡變形情況時不需要轉換坐標，對在不同時間觀測結果進行比對分析能夠計算出相應位移量。

3 邊坡變形監測實施

在布置觀測點時需要優先選擇以下地段：巖層節理發育，風化帶以及破碎帶等地質條件比較復雜的地段；服務年限長且形成較高邊坡的地段。觀測線的布設數量主要與滑坡范圍的邊坡巖石力學性質，滑坡范圍以及地質條件復雜程度具有較大關聯性。通常情況下，需要在沿預計最大滑動速度方向和滑體中央位置布設一條，在以上位置兩側再布設數條。當滑體存在特殊性部位時應當設置獨立的觀測點進行監測。

對于水準基點來說，不需要將其建立在高程控制系統中，可以非移動區的不同臺階上進行建立，并且確保不同觀測點不少于三個。在觀測期間需要在同級水準基點間進行監測。為了確保工作點礦區的高程值統一，可以使用外水準方式聯合測量各組水準基點。

4 礦區邊坡變形監測實例分析

（1）監測礦區介紹。某礦區位于該省X鎮境內，與市區的距離為38km左右。初步設計將該礦區作為地區采礦場進行建設。

（2）礦區邊坡GPS監測網系統。使用GPS技術進行位移監測通常具備兩種方案：方案一：第一種方案是在監測點上建立無人值守GPS觀測系統，利用軟件控制能夠實現變形分析預測和實時監測效果。

第二種方案是使用多臺GPS接收機，定期觀測監測點情況，在對監測數據處理之后可以分析和預報變形情況。第一種方案可以實現實時監測分析，具有較高的自動化效果。第二種方案雖然在自動化程度以及勞動強度方面都不如第一種方案，但是監測成本比較低，如果存在多個監測點，會充分凸顯出監測優勢。所以應用GPS監測該礦區邊坡變形情況時需要采用第二種方案，這樣能夠降低監測系統的成本。

圖1 設計方案圖

（3）邊坡平面位移監測網。優化設計邊坡安全監測網以及開展首次監測時，首先需要分析增強網型結構的優化設計，并且分析到高精度測量儀器的現狀發展情況，在平面位移監測中共設置8個監測點，圖1為設計方案圖。

（4）參數化選擇與對比分析。第一，高度截止角對比。使用20°和25°高度截止角，并且利用專業軟件開展基線解算。利用GPS和常規邊角網觀測值比較結果，認為選擇20°高度截止角的效果最佳。第二，對比分析時段長度：此次研究對所觀測到的數據進行比較分析，將高速截止角設定在20°，并且分解為3h，6h和12h，使用專業計算軟件對不同時間所監測的數據進行解釋和計算，通過分析基線影響能夠看出，在觀測時間為3h時就能夠滿足相關要求，在觀測時間為6h和12h時，礦區邊坡變形參數觀測值無明顯差別。第三，起算點坐標精度。以基準點的單點定位坐標作為起算點。使用相關專業軟件解釋和計算精密基線，通過對比分析聯測精確的地心坐標結果，得出以下結論：起算點聯測精確的地心坐標能夠提升基線解釋計算的精度，其對結果的影響比較大。第四，估計流層參數。選擇對流層參數估計和無對流層參數估計方法，通過專業軟件解釋和計算精密基線，通過分析不同基線精度影響之后可以發現，無對流層參數估計解算結果明顯優于對流層參數估計結果。

5 結語

本文通過對某礦區邊坡變形情況的監測分析，了解了導致礦區邊坡變形的各影響因素，在此基礎之上，設計了監測控制網，通過對比分析驗證了GPS技術在礦區邊坡變形監測中的應用價值，明確了最佳觀測參數，希望可以對生產實踐起到參考作用。