礦山工程施工變形監測數據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繪院，云南 大理 671000）

變形監測的目的是通過對變形體布設一定數量的具有代表性的形變監測點，并進行多期重復觀測，從而獲得有關變形的規律，可以進行提前預報。

1 變形監測模式

變監監測模式主要就是相關作業人員采用監測儀器針對監控數據進行采集，這一方法可以充分了解礦山工程施工的相關數據，監測的過程當中，監測數據往往都是連續不斷的。在不同時間段，對分辨率要求也比較高，由于受到了連續性監測模式的影響，通過采用實時動態相對定位、靜態相對定位的方式針對井下開挖施工開展變形監測工作，精度較高，誤差小于1mm。

2 變形監測數據

（1）變形監測數據預處理。由于環境、儀器故障等因素的影響，測點數目增加、觀測數據量增加和人為操作失誤等問題的存在，監測數據出現誤差的情況不可避免。粗差的出現會影響平差結果，導致數據失真，在此基礎上，導入變形預測模型進行分析就會發生錯誤。因此，粗差定位與剔除是數據處理較為關鍵的一步。

（2）變形監測數據挖掘。數據挖掘是從大量看似無規則的數據中通過算法找到其中隱藏信息的過程，主要包括監督的分類、預測和無監督的聚類、相關性分組等方法。在數據信息領域中，數據挖掘主要體現在空間預測和危險性評價等方面，數據種類大多為水文與地質等空間數據。蘊含大量運行狀態信息的多元變形監測數據存儲于結構化數據庫中，通過對數據庫直接采用機器學習的數據挖掘技術，發現監測數據的潛在規律與有用信息。

3 變形預測分析探討

（1）非線性模型主導。隨著應用數學與計算機技術的發展，在機器學習與人工智能領域廣泛運用的非線性手段陸續被礦山工程施工變形預報與分析工作所引入，多模型耦合共同預測已頗有成效，基于不同改進方向的混合智能算法預測模型也日益精進。能夠較好地刻畫位移發展變化的同時，非線性混合智能算法模型還具有更優的預測精度，因此為其奠定了變形預測模型的主導地位。

（2）深度學習。深度學習是人工智能領域極具發展前景的一個分支，它在人工神經網絡的基礎上發展而來，是一種機器學習方法，也是一種表示學習方法，最主要的模型是各種深度神經網絡。其主要原理是通過構建一個多層的表示學習結構，使用一系列非線性變換操作把從原始數據中提取的簡單初始特征進行組合，從而得到更高層、更抽象的表示。在圖像識別、語音識別、自然語言處理方面，深度學習取得了巨大成功，這也引起了各個學科對這一新興學習方法的關注。在礦山工程施工領域等方面也都有著積極的嘗試。

4 施工監測現場實施方法

（1）應力監測現場實施。結合礦山工程施工特點，應力監測采用適應性強，且性能穩定可靠的振弦傳感器，其監測原理是:振弦頻率與弦拉力成正比，通過獲取弦的頻率數據來計算出結構構件的應力。值得注意的是：監測方案中監測點位置是以礦山工程施工過程模擬和方案制定者的經驗確定的，而現場實際施工情況往往和前期計算假定有所區別，另外監測方案無法確定傳感器的具體位置。因此確定傳感器安裝位置時應以監測方案為指導，并綜合考慮現場實際施工情況，易于維護。

（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漿，起到補償地層的作用，從而減小沉降。

它是一種在井下巷道結構已產生位移的補救措施，根據巷道可能發生大位移或已經發生了部分位移，通過局部注漿增大巷道外側的荷載和改善土性，迫使其反向位移。

（3）豎向變形監測現場實施。WHGC豎向變形監測采用五角基座（配同型號的伸長頭）、水準儀和全站儀。其監測原理是：利用施工單位提供的水平控制網點，通過全站儀將標高引測到監測礦層的引測點，再以引測點為基準，通過水準儀獲取監測點位的高程信息，從而計算出結構的豎向位移。數據采集，WHGC豎向變形監測數據通過人工測量方式進行獲取。整個施工監測過程中，應加強對監測點進行巡視檢查，確保監測點處于穩定狀態。

5 變形控制措施

監測系統全程服務，自動采集數據上傳至云平臺，各部門可實時獲取礦層沉降、礦體傾斜等變形數據。同時全天候開展人工監測，每4h監測1次，人工監測的主要內容包括：地面沉降、基坑沉降、地下水位、土體深部位移等。人工監測與云監測同時開展，數據相互驗證，多方面保證變形監測的及時性和準確性。

6 施工常用監測內容

（1）不均勻豎向變形監測。在礦山工程施工過程中核心筒和外框巨柱不可避免的產生豎向變形及變形差。同時，WHGC各層構件承受的荷載并不完全相同，不同層的構件截面形式也有所不同，因此在設計和施工階段如果沒有考慮豎向變形的作用，會對結構產生不利影響；結構的連接梁和伸臂桁架因豎向變形差產生較大的附加應力，從而降低結構的安全性和穩定性。

（2）井下施工階段。坑底因卸載而產生的回彈變形還在繼續，基底附加應力影響范圍較淺；隨著結構加載，巖土土體產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。礦體結構逐漸上浮的趨勢逐漸穩定，而向基坑方向產生位移的趨勢也會逐漸穩定。

（3）全部施工的完成。全部施工完成以后，上部結構變形逐漸完成，基坑內力逐漸穩定，地基土的變形僅為隨時間調整及蠕變部分，變形速率逐漸減緩。礦山工程整體結構的豎向沉降和水平位移逐漸穩定。

7 結語

綜上所述，礦山工程施工數量與日俱增，為了切實保障礦山工程施工的整體質量水平，技術人員需要強化對變形監測工作的創新性研究，充分應用現代技術是時代的發展趨勢，工作過程當中應取長補短，保留原創性理論，運用現代技術具有顯著的優勢，在礦山工程施工變形監測工作的過程當中，能夠促使變形監測工作強度降低，縮短監測時間，使優化技術方案和改善技術線路得以實現，同時，提高了監測的水平和效率。