GPS技術在地形復雜礦山變形監測中的應用

李 歡，張小龍

（甘肅省地質礦產勘查開發局第四地質礦產勘查院，甘肅 酒泉 735000）

地下開礦活動必然會使礦區地面失去一定的穩定性。應用全站儀、水準儀測定地面變形程度的傳統方法，處理地形比較復雜、地表上植物繁茂的礦區地形數據，處理速度較慢、成本過高。GPS技術憑借著低成本、高準確性以及高效率等諸多優勢，被有效應用到地形非常復雜的礦區變形監測工作當中，并且獲得了準確的監測效果。

1 礦山變形監測工作開展的價值說明

礦山生產過程中存在諸多風險，如果缺少管控，很可能會出現礦山坍塌事故，導致相關生產人員的人身安全無法獲得保障；讓礦山企業蒙受巨大的經濟損失。所以，做好礦山變形監測工作非常必要，且具有以下幾方面的實踐價值。①礦山變形監測能夠科學評價施工安全性，及時進行變形預警，使相關工作者提前了解礦區崩塌、滑坡等狀況，制定出合理的防控對策，降低安全事故的發生幾率。②礦山變形監測能夠有效規避礦山地形產生滑坡、蠕變等現象，從源頭上消除了安全隱患。③礦山變形監測能夠使有關決策人員獲取到準確的參考數據，編制出科學的施工策略。④礦山變形監測工作的實施，能夠增強礦區地形加固與維護的效果，增加安全性，而且幫助企業獲得了更多的經濟收益[1]。

2 礦山變形監測工作的任務與相關內容概述

（1）變形監測工作任務的說明。①進行礦山惡性滑坡報警，使相關施工設備與人員的安全獲得有效保障；當地形處于穩定的狀態時，可以解除警報，有利于生產工作的順利進行。②形成具有一定參考價值且真實的地形監測資料，以便準確識別出礦山變形狀況，及時進行防治處理。③借采集和整理礦山信息及時改進開采策略。礦山變形監測工作的宗旨在于監測到產生滑坡的邊坡，深入了解其滑動規模，同時準確預報滑坡。

（2）變形監測工作的相關內容。①合理選取礦山變形監測的基準點。此項工作關系到GPS監測數據信息的準確性，所以，應避免被不同因素干擾。②科學設計GPS變形監測網。合理運用GPS技術，監測礦區各個監測對象，明確具體的監測網絡、基點坐標。③進行GPS監測坐標轉換借助單頻GPS接收機設備采集相關數據信息，借助單頻GPS接收機設備進行連續觀測，而其他接收機設備可以被布置到不同的監測點當中[2]。

3 礦山變形監測過程中GPS技術的運用策略

（1）明確礦山變形監測的基準點。運用GPS技術的過程中，應該明確礦山變形監測的基準點，具體有下述幾個方面的要求：①選取基準點時，應該盡量規避山體、障礙物的干擾，有效提高觀測站測定數據的精準性。②基準點選取的區間不大，需要根據現階段礦山變形區域合理設置。有關工作者應該事先深入勘察該地區的地質環境，科學判定此區域的地質結構是否穩定、安全。③設置變形監測基準點時，應該將底層較為穩定的區域作為基準點的首選位置。

（2）做好礦山變形監測網的設計工作。在礦山變形監測工作中，設計變形監測網十分重要，直接關系到最后監測結果的精準性，應滿足下述幾點要求：①設計變形監測網時，設計工作者應該綜合考慮變形監測的目標與企業的具體狀況，將各個等級的監測網與基準點坐標當作首選；②變形監測點具體應該和礦山的邊坡相垂直。

（3）注重變形監測時的坐標轉換管理。GPS監測系統一般運用WGS-84坐標系，將經緯度與高程作為數據形式，無需轉換坐標，對比各個時間段測定結果即可獲取到對應的差值與位移量。對從前用普通測定方式得到的結果進行分析與評價時，應該把GPS測點當成地質測繪圖的管控點，把原有坐標系統轉換為礦區地方坐標系，并且構建二者的關系，評價變形狀況，完成礦山變形監測的工作任務。

4 GPS技術在地形復雜礦山變形監測中的具體應用案例分析

4.1 礦區概況

此次研究以某某礦區為例，該礦區地處xx省xxx市地區，距礦銅廠礦區1.6km。

4.2 礦區GPS監測網系統的應用

合理運用GPS技術實施位移情況的監測，通常包括下述兩項措施：其一為在對應的監測點上，科學構建GPS監測系統。其二為借助GPS接收機設備，定期監測礦區地質變化，科學分析經過處理之后的數據。第一類措施達到了實時監測的效果，發揮出自動化的優勢，不過因為各個監測點均安設了GPS接收機設備，提高了監測系統的費用。第二類措施的自動化水平較差，需要更多的勞動力，不過費用較低，在監測點很多的情況下，優勢十分顯著。最終明確應用第二類措施，節省費用。此礦區的GPS監測網設置了2個～3個基準點和眾多的監測點，構建出一個變形監測控制網，如圖1所示。

圖1 礦區變形GPS監測系統的結構圖

4.3 礦山變形平面位移的監測網分析

在礦山安全監測網設計過程中，需要根據普通測量儀器設備的應用狀況考慮相應的網型結構。平面位移的監測網一共有8個點，相應的編號為I01～I08，由此構成了三個大地四邊形，如圖2所示，明確了最后的設計策略。

圖2 礦區監測網的設計圖

4.4 科學選取參數，完成對比和分析任務

（1）對比高度截止角。應用相關軟件計算15°、20°、25°的高度截止角的監測效果。對比 GPS 監測網和常規邊角網的監測數值，明確20°的高度截止角能夠獲得最佳監測值。

（2）對比時段的長度。選定高度截止角為20°，將監測的12h相關數據依次分解為3h、6h、12h。借助相關軟件進行數據解算。由計算結果得知，3h的監測能夠達到相關規定。

（3）起算點坐標的精度分析。將基準點I01的單點定位坐標作為主要的起算點，并且借助相關軟件完成解算基線，對比地心坐標結果可以獲知，起算點聯測地心坐標能夠提高基線解算的準確性。

（4）準確估計對流層參數。科學選擇對流層參數、無對流層參數的估計方式，借助相關軟件完成解算基線的任務。從中不難獲知，相較于對流層參數估計結果，無對流層參數更佳。

5 結語

為了保證礦山作業的有序進行，應該強化變形監測管理，科學運用GPS技術完成對基準點的選取、監測網的合理設計等監測任務，在提升礦山變形監測工作效率的同時，提升監測效果。