GNSS技術在礦山地質災害監測中的應用

[ 摘要 ]在我國經濟發展中，礦產資源的開發是一個重要項目。伴隨著采礦業的持續發展，采礦開發力度不斷加大。不過在采礦活動進行過程中，也逐漸暴露出一些潛在的問題。尤其是在安全方面，因礦山地質環境較為復雜，地質災害時有發生，若沒有做好全面的安全監測工作，極易發生一些風險事件，對采礦人員的生命安全構成威脅，同時也增加了采礦業的危險，不利于該行業的發展。基于此，在我國科技發達的時代下，相關單位應加強礦山地質災害的監測力度，根據當地實際情況，對相應的監測技術進行合理使用，在充分發揮其技能優勢的同時，為采礦業的發展提供幫助。

[ 關鍵詞 ]采礦業;監測技術;地質環境;地質災害

中圖分類號：P69

文獻標識碼：A

DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2022.06.057

我國擁有遼闊的土地面積，并且自然資源豐富。礦山的開采，是煤炭資源獲取的重要途徑。為了滿足人們對煤炭的需求，采礦項目數量不斷增多。為了達到安全開采的目的，礦山地質災害的監測開始得到重視，相關地質工作者對此也展開了更加深入的研究。通過對現階段礦山地質災害的發生情況進行了解，礦山地質環境監測技術規范基本形成，相應的地質環境治理模式及技術方法也逐漸得到使用。其中，全球導航衛星系統（GNSS）技術的應用效果較為顯著，尤其是在滑坡地質災害的監測方面，人們的認可度較好。與GPS定位技術相比較，GNSS技術的應用更具針對性，在全球衛星導航系統與區域增強系統的聯合作用下，能夠幫助監測人員獲取有關礦山地質的相關信息，通過數據的分析與處理實現礦山地質災害的動態監測。

1? ? 礦區山體變形監測概述

地質災害的出現在多數情況下會導致山體變形的發生。為了對這種變化進行監測，通常會選用兩種方式。一方面，將監測點設置在副井井筒錯縫間距處;另一方面，通過對山體地質的情況進行調查，選擇容易發生地質災害的地區，設立監測點。為確保GNSS控制網監測系統能夠得到有效的應用，通常會涉及一個基準點、一個后視點的設立，一般在發生地質災害山體外的地質穩定段確定位置。此外，還需對9個變形監測點進行合理選擇，以滿足GNSS技術監測的要求[1]。

在礦區山體變形滑坡監測過程中，除了GNSS控制網監測系統的應用外，常見的方法還有地面大地測量、近景攝影測量等常規觀測方法。在早期地質災害監測技術應用過程中，相應的專業技術人員需要對監測點的布局進行合理規劃，在保障工作質量的前提下，達到地質災害監測的效果。盡管如此，對于現階段而言，關于礦區山體變形地質災害的監測，GNSS技術仍是最佳的選擇，相較于其他兩種監測方法，應用效果更為突出。其中，在大地測量常規觀測法應用過程中，通常會涉及全站儀、水準儀兩種主要設備的使用，雖然具有一定的功能特性，但在整體山體變形地質災害監測中仍會暴露出一些問題，主要是高程數據與人工采集監測點二維方面存在的缺點[2]。在相關數據采集過程中可以發現，高程與數據平面兩者無法同步進行，在這種情況下，數據采集的準確性與完整性無法得到保障，同時安全性能降低，這對于山體變形地質災害的監測來說，監測質量無法得到保證，因此該方法存在一定的缺陷。另外一種常規監測方法——近景攝影測量在實際應用過程中也會受到局限，關鍵在于攝影經緯儀焦距與縱向距離的控制，在具體使用中會存在一定的誤差，導致數據獲取的精準度不高。一般這種方法在粗精度觀測中比較適用。除此之外，在傳統礦區山體變形地質災害監測技術應用過程中，相關技術設備的使用步驟較為復雜，實際操作起來具有一定的困難，并且還會涉及較多的人力與物力資源，外業工作量及投入經費增加。故有些時候地質災害的監測工作浮于表面，未得到真正落實[3]。如今，伴隨著人們安全意識的整體提高，針對礦山地質災害所引起的山體變形，相關監測技術在不斷優化與改進，具有高動態精度與靈活布網特點的GNSS觀測技術得到廣泛的應用，在礦山地質災害監測中發揮出了較大的作用。

2? ? ?觀測法具體條件對比

關于礦山地質災害監測方法的使用，早期存在多種方式。其中，大地測量法監測技術在當時使用頻率相對較高，是一種常見的監測方法。通過對該技術的應用優點進行分析，較大的監測范圍以及地區苛刻條件的克服是一大優勢。另外，在大地測量監測技術具體應用過程中，憑借專業技術熱源，不僅能夠對指定地區進行監測，針對該地區以外的地質情況，也能發揮出一定的監測功能，具體是通過相關數據的獲取與分析完成相應的地質災害監測過程。從所獲取的監測數據調查情況來看，具體數值的準確程度較高，因此該技術對于山體地質變形的監測是具有一定應用效果的[4]。不過，經過長時間的使用，該技術也逐漸暴露出不足之處。因部分地區的外界條件較差，在長時間監測過程中，所獲取的數據數值會因此發生變化，從而造成一定的誤差，導致數據數值的實用性價值降低。除此之外，大地測量法監測技術的應用還會受到監測點位移變化的影響，使得監測工作的質量得不到保障。針對這種情況，專業技術人員通常會改變策略，使用近景攝影測量法繼續進行監測。不過這種方法也并非最佳的選擇，其自身也會存在一些問題，主要在于監測地區距離的遠近，當距離過遠時，所獲取數據的準確性便無法得到保證，故地質災害監測工作無法在真正意義上發揮作用，這對于災害預防工作的實施也會帶來一定阻礙。基于此，在出現以上問題時，相關技術人員應提高重視，及時發現問題并想辦法進行解決。通常情況下，可以通過拉近攝像距離的方式來提高監測數值的準確度，從而確保地質災害監測的效果[5]。

在當前地質災害實時監測中，GNSS監測技術屬于比較先進的一種技術手段，與以往使用的監測方法相比較，不會出現之前所存在的問題，并且使用優勢更加明顯，監測效果得到了大多數監測機構的認可。目前，許多監測機構及單位已經將GNSS技術應用在了山體滑坡變形的監測過程中，成為一項不可或缺的技術力量。合理使用GNSS技術，能夠在較長時間對山體滑坡變形情況進行監測，并且所獲取的監測數據準確度較高，可以幫助技術人員在第一時間對山體情況進行分析，以便提前做好地質災害預防準備[6]。另外，在GNSS技術的應用下，還能夠對地質災害點的位移變化情況進行監測，為技術人員提供更多真實有效的數據信息[7]。另外，GNSS技術對監測設備的技術參數有一定的要求，需要對精度平面、高程進行定位。針對這些數值上存在的偏差，在對其進行參考時，不能夠將其作為唯一依據，具體還需要工作人員對山體地質的實際情況進行考察，綜合考量各方面因素的影響，在全面考慮后，對相關工作進行調整。針對地質災害的高發區域，在進行監測過程中，工作人員需要對監測方案進行合理規劃，保證其具備科學性和有效性。另外，在各項工作開展過程中，需要對山體的實際情況有一個全面的了解，在此基礎上，對監測點進行設置，完成地質災害實時監測網的構建。有了監測網提供的幫助，相關工作人員便可對山體地質情況進行有效評估，在地質災害來臨前預測，提前做好安全防護，以確保作業人員的安全[8]。

另外，對于災害易發區，在對監測預防方案進行擬定過程中，可以將多種方式相結合使用，至于觀測周期的確定，盡量與所使用的方法保持一致，從而達到良好的監測效果[9]。

3? ? GNSS判斷地質災害的原理

GNSS監測系統的建立，融入了物聯網通信技術、北斗高精度衛星監測應用技術，兩種技術相互結合，共同發揮出一定的作用。其中，在北斗高精度衛星監測技術的應用下，需要在監測區構建一個穩定點，一般選擇在遠離地質災害的非變形區進行設立。之后，在對北斗地面沉降監測點、裂縫點進行確定的情況下，完成GNSS參考基站的建立。根據監測項目的要求，在形變監測區需要布置監測斷面，并完成n個GNSS監測站的構建，以便監測到不穩定斜坡的水平位移、地面沉降等情況。在無線通信技術的應用下，可以幫助完成數據的傳輸，經過深度學習，對原始數據進行分析，最終完成目標點的解算，對參考基站與觀測站之間水平和高程的絕對位移進行確定[10]。在此之后，長時間建立監測系統，可實時了解目標點的變化情況，從而實現地質災害的監測。

4? ? ?GNSS技術在滑坡監測中的應用探究

GNSS技術融入了現代多種高新技術，在礦山地質災害監測中，主要用于山體滑坡的監測。在具體使用過程中，地表位移監測是該技術發揮作用的關鍵。按照該技術的使用要求，相關技術人員需要完成GNSS基墩的修建，之后按照具體的要求完成設備的安裝。具體內容包括：準備站桿和太陽能板，將太陽能板固定在站桿上面，將電源線引出，使用標記進行識別。待太陽能板固定完成后，于基墩上固定站桿。對太陽能電池板的傾斜面進行調整，使其向正南方傾斜。將太陽能板、風機電源線與站桿進行連接，于GNSS站桿上放入蓄電池，并在設備中安裝SIM卡，將GPRS天線進行連接，一切安裝完成后，固定好天線罩。在相關技術人員的操作下，完成數據信息的輸入，對地質監測系統進行構建。期間，針對各種先進的儀器設備，工作人員需熟練掌握操作方法，對其進行規范使用，投入地質監測工作中。在監測過程中，技術人員還應對氣象風險預報情況進行了解，使用合理的區域監測方法，在數據分析、預測評估過程中對地質情況進行評價，并通過多媒體將有關信息進行發布[11]。

5? ? GNSS技術在地質災害預警系統中的應用

在地質災害監測過程中，地質形變是主要的監測對象。通過對其進行分析，具體包括兩方面的監測內容，分別為內部形變監測、外部形變監測。在傳統監測方法應用中，一般會涉及多種監測儀器，如：全站儀、測距儀、水準儀等，這些儀器的使用雖然能夠發揮出一定的功能特性，但地質災害監測工作內容較為復雜，所涉及的工作量大，并且需要工作人員實地觀測，實際開展起來具有一定的難度。除此之外，在具體監測工作開展中，所獲取的監測信息還會受到地形條件的影響，不僅需要較長的工作周期，還涉及較多的經費，從整體工作效率上來看普遍不高。而對于GNSS技術的應用，測距定位可通過空中衛星發射信號來實現，并且融入靜態差分相對定位技術，技術的先進與優越使其應用價值得到顯著提高[12]。與常規監測技術相比較，在應用GNSS技術下，員工在野外的工作量大大減少，并且不需要監測站點之間相互通視，在無線通信技術的支持下，GNSS觀測數據能夠快速地上傳，經過室內數據處理中心的相關操作，即便是在遠距離下也能夠實現地質災害的實時監測，并且相關數據擁有較高的精準度，實現自動化監測的功能[13]。

6? ? ?結語

礦山地質災害的監測對于我國采礦業的發展起著重要性作用，為避免因地質災害造成人員上的傷亡，我國相關部門應正視這一問題，加大礦山地質災害監測與預防力度，尤其是地質災害多發區，使用GNSS技術構建地質災害監測系統進行實時監測，全面掌握礦山區域的地形及地質情況，在地質災害發生前，提前做好預防措施，將工作人員受到的傷害值將至最低，從而達到良好的應用效果。

參考文獻

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[13]韓冰.華北現今地殼運動與構造變形的GNSS分析[D].武漢：中國地震局地震研究所，2020.

[ 作者簡介 ]龔小豐，女，重慶人，重慶市地質礦產勘查開發局607地質隊，高級工程師，本科，研究方向：地質災害監測。