姜琳

（應(yīng)急管理部信息研究院 北京市 100029）

露天礦邊坡通常是指一個(gè)臨時(shí)或永久的坡面，坡面的建設(shè)工程非常大，而且極易受周?chē)沫h(huán)境情況的作用，坡面的坡度也會(huì)在露天礦的工作過(guò)程中出項(xiàng)各種情況的改變。邊坡滑坡是露天煤礦生產(chǎn)過(guò)程中的主要災(zāi)害，可以導(dǎo)致生產(chǎn)間斷、人員傷亡和設(shè)備損傷的巨大損失。對(duì)坡面的穩(wěn)定性能進(jìn)行定期調(diào)查，并對(duì)坡面的變形情況進(jìn)行實(shí)時(shí)關(guān)注，利用信息化、智能化手段，建立良好的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)，在發(fā)現(xiàn)滑坡風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，及時(shí)采取有效的邊坡穩(wěn)定性控制措施，可以第一時(shí)間在最大程度上防止出現(xiàn)滑坡的危險(xiǎn)情況。

1 基于GNSS的露天礦邊坡變形監(jiān)測(cè)的現(xiàn)狀

露天礦坡面的變形情況檢查工作，一般包括了坡面的坡度變化檢查、坡面情況的定期觀察、坡面承受力的調(diào)查、抵抗振動(dòng)能力的檢查等全面的監(jiān)測(cè)工作。坡面的變化檢查重點(diǎn)分為地上的坡度變化檢查和地面下的變化檢查兩方面，其中地上坡度變化檢查工作包括了坡面移動(dòng)情況的檢查、土壤出現(xiàn)開(kāi)裂情況的檢查等。

在現(xiàn)階段的社會(huì)發(fā)展中，露天礦坡面變化情況的檢查工作中一般會(huì)使用GNSS 的檢查設(shè)施裝備來(lái)完成。像過(guò)去常用的坡度尺、水準(zhǔn)儀、定距儀等傳統(tǒng)的檢查測(cè)試儀器都存在共同的缺點(diǎn)，那就是這些傳統(tǒng)的檢查測(cè)試儀器在進(jìn)行坡面的坡度變化的檢查工作中有相當(dāng)大的可能會(huì)受到天氣情況和地質(zhì)條件等因素的作用，從而無(wú)法做到監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性，同時(shí)也不能保證監(jiān)測(cè)工作的效率，進(jìn)而無(wú)法實(shí)現(xiàn)工程施工過(guò)程中的需求。不過(guò)因?yàn)楝F(xiàn)階段信息水平的不斷提升，這些傳統(tǒng)的檢查設(shè)備也朝著智能化、高精度、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的方向進(jìn)行了開(kāi)發(fā)和完善，與此同時(shí)很多創(chuàng)新的檢查設(shè)備也逐漸在坡面的變化檢查工作中廣泛應(yīng)用，例如光線檢查、GNSS 檢查、利用聲波檢查等多種先進(jìn)的檢查方法，同時(shí)也將先進(jìn)的智能傳感器軟件、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)與信息收集體系使用到坡面的變化檢查工作中，采用多種監(jiān)測(cè)參數(shù)、多傳感器軟件尤為明顯，并采用信息智能管理方法和信息動(dòng)態(tài)控制方式，做到了第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)問(wèn)題以及確保問(wèn)題檢測(cè)結(jié)果的真實(shí)性，這些先進(jìn)的檢查方法和檢查設(shè)備都推動(dòng)了坡面變化情況的檢查想著更良好的方向發(fā)展。

2 基于GNSS的露天礦邊坡變形監(jiān)測(cè)背景和意義

就當(dāng)前的情況來(lái)看，我國(guó)大型露天礦在現(xiàn)場(chǎng)安全維護(hù)方面雖然表現(xiàn)出關(guān)注水平逐步提升的趨勢(shì)，但是依然面臨著較為多樣的安全問(wèn)題，特別是在礦區(qū)實(shí)際開(kāi)采深度不斷提升的背景下，受到爆破操作、邊坡巖體裂縫不確定發(fā)育等多種因素的影響，開(kāi)采期間發(fā)生邊坡位移、滑坡等問(wèn)題的可能性明顯提升。同時(shí)，由于開(kāi)采現(xiàn)場(chǎng)附近普遍存在著大量廢渣對(duì)堆砌（排土場(chǎng)），因此在遭遇降雨等情況時(shí)，存在著穩(wěn)定性下降的問(wèn)題?；谶@樣的情況，針對(duì)露天礦的邊坡實(shí)施變形情況的實(shí)時(shí)性監(jiān)測(cè)有著極高的現(xiàn)實(shí)意義，也是維護(hù)大型露天礦在現(xiàn)場(chǎng)安全性的必然選擇。

在以往的露天礦邊坡監(jiān)測(cè)工作中，更多使用全站儀測(cè)量（接觸式）、攝影測(cè)量（非接觸式），但是這些方法的實(shí)際監(jiān)測(cè)效率偏低、工作量相對(duì)較高，且無(wú)法在實(shí)際的監(jiān)測(cè)過(guò)程中保護(hù)相關(guān)工作人員的安全，難以滿(mǎn)足當(dāng)前對(duì)于露天礦邊坡位移監(jiān)測(cè)的現(xiàn)實(shí)需求，包括高精度監(jiān)測(cè)需求、自動(dòng)化監(jiān)測(cè)需求、智能化監(jiān)測(cè)需求等等。在地理空間信息科學(xué)迅速發(fā)現(xiàn)以及逐步廣泛應(yīng)用的大背景下，應(yīng)用GNSS 技術(shù)、GPS 技術(shù)展開(kāi)露天礦邊坡變形監(jiān)測(cè)逐步受到更多關(guān)注，這些技術(shù)為露天礦邊坡變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研發(fā)提供了更新、更先進(jìn)的技術(shù)支持。相比于傳統(tǒng)的基于單一GPS 技術(shù)的露天礦邊坡變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與工作模式相比，基于GNSS 技術(shù)的露天礦邊坡變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與工作模式有著更為明顯的應(yīng)用可靠性。特別是在露天礦開(kāi)采深度不斷增大的背景下，GNSS 技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)在監(jiān)測(cè)點(diǎn)衛(wèi)星信號(hào)接收條件嚴(yán)重受限情況下的導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)提供，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)露天礦邊坡變形監(jiān)測(cè)方法缺陷的彌補(bǔ)，確?？梢垣@取到精度更高的露天礦邊坡變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，同時(shí)也達(dá)到提升露天礦邊坡變形監(jiān)測(cè)工作安全性的效果?；贕NSS 技術(shù)的露天礦邊坡變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用有著較高的可操作性，依托GIS 開(kāi)發(fā)方法的利用，可以在露天礦邊坡變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)內(nèi)納入空間分析、可視化等經(jīng)典功能，為露天礦邊坡變形監(jiān)測(cè)工作的安全、高效展開(kāi)提供良好的軟件支持。總體而言，開(kāi)發(fā)并應(yīng)用基于GNSS 的露天礦邊坡變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)極為必要，為露天礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的實(shí)時(shí)性、自動(dòng)化監(jiān)測(cè)及預(yù)警的實(shí)現(xiàn)提供更多支持。

3 基于GNSS的露天礦邊坡變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

3.1 露天礦變邊坡變形監(jiān)測(cè)方案

在針對(duì)露天礦進(jìn)行邊坡變形情況的實(shí)時(shí)性監(jiān)測(cè)過(guò)程中，可以選擇GNSS 衛(wèi)星導(dǎo)航配合無(wú)線通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)處理技術(shù)、太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)等完成，促使邊坡變形實(shí)時(shí)監(jiān)控以及預(yù)警成為現(xiàn)實(shí)。依托GNSS 變形監(jiān)測(cè)方案實(shí)施露天礦邊坡變形監(jiān)測(cè)時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)三維坐標(biāo)毫米級(jí)測(cè)量，有著更為理想的測(cè)量精度；可以完成對(duì)垂直位移以及水平位移的全方位分析，包括位移速度歷時(shí)動(dòng)態(tài)、位移歷時(shí)動(dòng)態(tài)、加速歷時(shí)動(dòng)態(tài)、位移矢量等的分析，相應(yīng)數(shù)據(jù)結(jié)果的表現(xiàn)形式呈現(xiàn)出更為多元化的狀態(tài)，使得對(duì)于露天礦邊坡穩(wěn)定性的動(dòng)態(tài)化監(jiān)測(cè)與分析成為現(xiàn)實(shí)，同時(shí)也支持著對(duì)相應(yīng)邊坡穩(wěn)定性水平的分析；整個(gè)監(jiān)測(cè)過(guò)程表現(xiàn)出更為顯著的自動(dòng)化狀態(tài)，能夠完成24 小時(shí)的不間斷監(jiān)測(cè)，不需要投放更多的人力與物力即可實(shí)現(xiàn)對(duì)露天礦邊坡位移的監(jiān)測(cè)，相應(yīng)過(guò)程也不容易受到外界環(huán)境因素的影響，換言之，即便在的大風(fēng)、強(qiáng)降雨、降雪等惡劣氣候條件下，也依然可以自動(dòng)化完成全天候的邊坡位移監(jiān)測(cè)；參考點(diǎn)與監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間不需要引入通視，能夠直接完成對(duì)所設(shè)定監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)際三維坐標(biāo)值的測(cè)定，同時(shí)可以監(jiān)測(cè)邊坡內(nèi)部位移情況、地下水位變化情況等等，對(duì)于不同的監(jiān)測(cè)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間能夠?qū)崿F(xiàn)同步性測(cè)量；由于使用了連續(xù)監(jiān)測(cè)的方式，所以在發(fā)生臨界變化后能夠迅速鋪?zhàn)降较鄳?yīng)信息，并立即落實(shí)對(duì)滑坡等事故發(fā)生可能性的控制，從而達(dá)到規(guī)避更為嚴(yán)重問(wèn)題發(fā)生的效果；因?yàn)槭褂昧俗詣?dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，因此在實(shí)際的露天礦邊坡位移監(jiān)測(cè)期間可以依照前期設(shè)定的步驟操作落實(shí)限定閾值監(jiān)測(cè)、變化速率監(jiān)測(cè)等等，一旦發(fā)現(xiàn)超出預(yù)定閾值的情況，系統(tǒng)能夠在最短時(shí)間內(nèi)向相關(guān)工作人員發(fā)出報(bào)警信息，提示相關(guān)工作人員落實(shí)進(jìn)一步分析與處理。

現(xiàn)階段，露天礦邊坡位移監(jiān)測(cè)過(guò)程中還可以應(yīng)用邊坡成像雷達(dá)監(jiān)測(cè)方法，但是相比較而言，在技術(shù)成熟度、監(jiān)測(cè)形式、失穩(wěn)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、設(shè)備投資、維護(hù)等方面，GNSS 監(jiān)測(cè)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)更為明顯。以失穩(wěn)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、設(shè)備投資這兩項(xiàng)為切入點(diǎn)進(jìn)行具體說(shuō)明，對(duì)比結(jié)果如下：

（1）失穩(wěn)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。GNSS 監(jiān)測(cè)能夠應(yīng)用位移、位移速率、位移矢量等多種參數(shù)組合建模的形式完成對(duì)露天礦邊坡失穩(wěn)情況的預(yù)測(cè)以及預(yù)報(bào)，建模的靈活性以及多樣性更加明顯，在變形預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)方面能夠顯現(xiàn)出更高的可操作性；邊坡成像雷達(dá)監(jiān)測(cè)只能夠使用位移、位移速率建模，并以此完成對(duì)露天礦邊坡失穩(wěn)情況的預(yù)測(cè)以及預(yù)報(bào)，建模單一性更為明顯，一般在磷滑預(yù)報(bào)方面有著更高的適用性。

（2）設(shè)備投資。GNSS 監(jiān)測(cè)主要利用單點(diǎn)組網(wǎng)監(jiān)測(cè)模式，可以切實(shí)參考實(shí)際需求確定監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置以及數(shù)量，且能夠?qū)ΡO(jiān)測(cè)點(diǎn)落實(shí)靈活性移動(dòng)設(shè)置。對(duì)于單一監(jiān)測(cè)點(diǎn)而言，在相應(yīng)位置投放的設(shè)備一般保持在十萬(wàn)元以?xún)?nèi)，整體監(jiān)測(cè)期間所投入的設(shè)備投資額更低。邊坡成像雷達(dá)監(jiān)測(cè)需要應(yīng)用單臺(tái)設(shè)備實(shí)施分段集中掃描監(jiān)測(cè)，而單臺(tái)設(shè)備的投資額極高，普遍保持在700-800 萬(wàn)元左右，相比于GNSS 監(jiān)測(cè)，邊坡成像雷達(dá)監(jiān)測(cè)需要投入的設(shè)備成本更高。

3.2 露天礦邊坡變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.2.1 露天礦邊坡變形監(jiān)測(cè)原則

隨著中國(guó)自己研制的北斗二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展，技術(shù)手段更多和完善，尤其是在精密檢查、變化觀察等方面，大大系統(tǒng)地提高了信息系統(tǒng)的效率，大大系統(tǒng)地提高了成效，進(jìn)一步增強(qiáng)了信息系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，被普遍應(yīng)用于導(dǎo)航、定位等諸多應(yīng)用領(lǐng)域，特殊是在控制和監(jiān)控領(lǐng)域，更是發(fā)揮著不可替代的重要作用。而且正是由于其精準(zhǔn)、高效、全天候服務(wù)的優(yōu)勢(shì)，才促使人們將其應(yīng)用在大量的實(shí)際項(xiàng)目中，逐步取代了傳統(tǒng)的三角形、三邊、轉(zhuǎn)角等，普遍用于研究和實(shí)踐。并且取得了可喜的成績(jī)。目前，由于GNSS 技術(shù)的日益成熟完善，GNSS 自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于滑坡、工程、基礎(chǔ)設(shè)施、地震、環(huán)境工程等行業(yè)，并且取得了精良的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。GNSS 自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)儀器以其出色的性能已經(jīng)贏得了專(zhuān)家的廣泛贊譽(yù)。目前利用GNSS 技術(shù)作為監(jiān)測(cè)各種結(jié)構(gòu)參數(shù)變化的手段已廣泛應(yīng)用于各地。GNSS 主動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通常需要將基站和監(jiān)測(cè)站中的GNSS 原始主動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)直接自動(dòng)傳輸?shù)娇刂乒芾碇行模⒃诳刂乒芾碇行牡姆?wù)器設(shè)備中對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分解計(jì)算。

GNSS 邊坡變化主動(dòng)監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)采集通信、分析預(yù)警、設(shè)備自動(dòng)供電、設(shè)備避水等子系統(tǒng)模塊組成。GNSS 是集軟硬件于一體的邊坡變化主動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則是統(tǒng)一原則。根據(jù)露天礦山邊坡建設(shè)生產(chǎn)的詳細(xì)特點(diǎn)，為便于監(jiān)管，礦山建設(shè)生產(chǎn)過(guò)程中的監(jiān)測(cè)方式必需采用GNSS 監(jiān)測(cè)方式；實(shí)時(shí)性原則，現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集單元的響應(yīng)能力必須同時(shí)滿(mǎn)足數(shù)據(jù)采集和控制指令的時(shí)間條件；根據(jù)可靠性原則，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和安裝應(yīng)具有相當(dāng)?shù)目垢蓴_能力，應(yīng)滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)工作或運(yùn)行中的現(xiàn)場(chǎng)條件，并能長(zhǎng)期保險(xiǎn)牢靠。并且控制系統(tǒng)還應(yīng)配備多級(jí)防雷設(shè)備，有效防止過(guò)充電沖擊；整個(gè)邊坡變形自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性原則，主動(dòng)、準(zhǔn)時(shí)或遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)；現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)方便原則上系統(tǒng)還必需配備故障自診斷程序，可通過(guò)采集機(jī)屏幕顯示指定詳細(xì)故障位置，使系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員可簡(jiǎn)略地現(xiàn)場(chǎng)更換故障位置，立即進(jìn)行重置。采集系統(tǒng)的設(shè)備結(jié)構(gòu)都是標(biāo)準(zhǔn)的、模塊化的。a220 測(cè)試天線是與n7 配合使用的GNSS 測(cè)試天線。它設(shè)計(jì)為具有四個(gè)饋電點(diǎn)的天線右極化。體積小、重量輕，主要應(yīng)用于工程監(jiān)測(cè)、大地形變測(cè)量、工程監(jiān)測(cè)等行業(yè)。GNSS 天線罩系統(tǒng)采用ah30 型產(chǎn)品作為GNSS 工作頻段。天線罩玻璃鋼外殼壁厚為6 毫米，長(zhǎng)時(shí)間不變色褪色。露天礦通信系統(tǒng)主要采用無(wú)線集群技術(shù)，邊坡監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集通信與之相連。連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)與邊坡監(jiān)測(cè)站的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)采用無(wú)線網(wǎng)橋與串口服務(wù)器進(jìn)行通信。連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)和監(jiān)控中心通過(guò)有線方式與監(jiān)控中心相連。報(bào)警信息由短信模塊主動(dòng)發(fā)送。由于雷擊等潛在危害，邊坡觀測(cè)系統(tǒng)中的所有監(jiān)測(cè)站和通信系統(tǒng)都必需嚴(yán)厲考慮防雷保險(xiǎn)措施。因此，GNSS 天線系統(tǒng)和接收器周?chē)匦璋匆?guī)定安裝避雷針，距離邊坡監(jiān)控碼頭3 米至3.5 米。儀表必須設(shè)置避雷針。自動(dòng)控制中心全部采用零伏交流電，并采用不持續(xù)間斷電源作為備用電源。同時(shí)，不連續(xù)間斷電源還必須具有穩(wěn)壓功能。每個(gè)監(jiān)測(cè)站的GNSS 使用太陽(yáng)能為接收器系統(tǒng)供電。

3.2.2 露天礦邊坡變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能

坡面變形監(jiān)察系統(tǒng)主要由GNSS 的數(shù)據(jù)收集單元、數(shù)據(jù)通訊單元、信息處理和監(jiān)控單元以及避水系統(tǒng)、問(wèn)題預(yù)測(cè)系統(tǒng)等重要功能共同組成，而且這一系統(tǒng)中的各個(gè)組成部分被分成了軟件和硬件兩方面，所有的這些組成部分結(jié)合在一起共同構(gòu)成了一個(gè)整體。GNSS 邊坡監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要分為如下三個(gè)部分：

（1）數(shù)據(jù)的工作站軟件：進(jìn)行數(shù)據(jù)收集、上傳和本地保存的功能。

（2）處理服務(wù)器軟件：進(jìn)行信息采集、加工、處理、信息顯示、分析和報(bào)警等操作，本分析系統(tǒng)軟件主要使用專(zhuān)門(mén)的系統(tǒng)軟件。

（3）信息存儲(chǔ)：進(jìn)行信息保存和數(shù)據(jù)處理操作，為今后的統(tǒng)計(jì)分析與研究提供可信的參考信息。系統(tǒng)監(jiān)控中心是整個(gè)控制系統(tǒng)的最重要的組成部分。它由機(jī)房、中心網(wǎng)絡(luò)和軟件系統(tǒng)共同組成，同時(shí)具有信息處理、系統(tǒng)運(yùn)行控制和連接管理等綜合功能。變形監(jiān)督管理中心設(shè)置在露天礦調(diào)度室機(jī)房?jī)?nèi)，機(jī)房配備不允許間斷電源、數(shù)據(jù)處理服務(wù)器、專(zhuān)用光纖網(wǎng)口和無(wú)線數(shù)據(jù)接收器。

統(tǒng)計(jì)采集軟件可以實(shí)時(shí)主動(dòng)接收傳感器數(shù)據(jù)并將其存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，也同樣可以將傳感器設(shè)置的報(bào)警時(shí)間以及控制信息直接存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，而數(shù)據(jù)分析軟件可以比擬最新的系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息和控制。一旦傳感器超過(guò)限值，立即自動(dòng)啟動(dòng)聲光報(bào)警報(bào)警、短信報(bào)警功能、網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程報(bào)警功能等，可以實(shí)現(xiàn)多種方式同時(shí)報(bào)告警示問(wèn)題所在。

3.3 露天礦邊坡變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置

目前，已經(jīng)針對(duì)具體的地址環(huán)境選定了相應(yīng)的監(jiān)測(cè)對(duì)象、內(nèi)容、方式和儀器，建立了更加科學(xué)合理且高效的監(jiān)測(cè)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)剖面，已經(jīng)建立了較為理想的監(jiān)測(cè)方法。同時(shí)針對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，根據(jù)監(jiān)測(cè)對(duì)象實(shí)際狀況進(jìn)一步的優(yōu)化監(jiān)測(cè)方法，已經(jīng)建立了比較基本的監(jiān)測(cè)方法和工作方式。其中，用GNSS 觀測(cè)露天礦北邊坡的具體方案是：建設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)一個(gè)，GNSS 靜態(tài)觀測(cè)剖面共十條。由于變形監(jiān)測(cè)項(xiàng)目本身的特殊性，坐標(biāo)結(jié)果無(wú)須進(jìn)行正橢球換算，而是直接使用地球坐標(biāo)系，即將投影結(jié)果轉(zhuǎn)換成地球平面坐標(biāo)的，因此基準(zhǔn)點(diǎn)也無(wú)須進(jìn)行聯(lián)測(cè)，所以更不需要采用高精度的大地坐標(biāo)系，而由于監(jiān)測(cè)項(xiàng)目本身的對(duì)內(nèi)符合精度的要求很高，所以也只需要得基準(zhǔn)點(diǎn)的大地坐標(biāo)系，并保持穩(wěn)定即可。

由于GNSS 觀測(cè)數(shù)據(jù)的平差數(shù)據(jù)全部采用坐標(biāo)，從而摒棄了在BJ 五十四橢球下的歸算，所以不用需要再采用坐標(biāo)系變換、解算測(cè)量系數(shù)和尺度因素等，其計(jì)算結(jié)果將使所帶來(lái)的整個(gè)系統(tǒng)錯(cuò)誤也隨之完全消失；設(shè)定監(jiān)測(cè)起始時(shí)間，對(duì)監(jiān)測(cè)網(wǎng)實(shí)施全面覆蓋的無(wú)約束平差；依據(jù)地理要求選取基本相對(duì)穩(wěn)定的點(diǎn)位，當(dāng)作監(jiān)測(cè)基線點(diǎn)；在滑坡體上有標(biāo)志性的點(diǎn)位則選取當(dāng)作監(jiān)測(cè)點(diǎn)，標(biāo)記點(diǎn)全部使用混凝土強(qiáng)制對(duì)中監(jiān)測(cè)墩。將兩個(gè)基線點(diǎn)經(jīng)無(wú)約束平差后的大地坐標(biāo)系視作橢球基準(zhǔn)下的靜止坐標(biāo)系，監(jiān)測(cè)步驟中一直將其當(dāng)作基站位置，因而保證了整體監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性；使用十三度帶高斯投影，將大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)變?yōu)槠矫孀鴺?biāo)系，進(jìn)而求出NEU 各分?jǐn)?shù)，當(dāng)作一天數(shù)據(jù)的末尾一個(gè)點(diǎn)位坐標(biāo)成果；盡量確保兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)均參加了一天的數(shù)據(jù)解算工作，并控制在處理數(shù)據(jù)中的位置精度。如由于監(jiān)控要求、數(shù)據(jù)質(zhì)量等客觀因素導(dǎo)致的部分控制點(diǎn)準(zhǔn)確度超過(guò)上限值時(shí)，可棄用該點(diǎn)數(shù)；對(duì)于設(shè)置強(qiáng)制對(duì)中器的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，一次的天線高度屬于固定值，則可以考慮不輸入本次天線高度，但對(duì)于其它不設(shè)置強(qiáng)制對(duì)中器的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，如在一次的天線高度測(cè)試中天線高度改變時(shí)，則必須要輸入天線高度，如圖1 邊坡變形監(jiān)測(cè)方案。

圖1： 邊坡變形監(jiān)測(cè)方案

4 基于GNSS的露天礦邊坡穩(wěn)定性分析

4.1 影響露天礦邊坡穩(wěn)定性的因素

4.1.1 地下水的影響

根據(jù)礦坑中已揭示的巖層特征，含水層的位置相對(duì)設(shè)置在比較淺的地方，距離地面一般為零點(diǎn)九至五米，這部分的土壤顏色以棕褐紅為主，這部分的土壤較為疏松，容易散亂，且土壤縫隙比較大，非常容易受到雨水的影響，并且這一層土壤的保護(hù)層并不厚。地下水的影響主要體現(xiàn)在會(huì)對(duì)巖石主體的硬度造成一定的減弱，同時(shí)由于在孔隙、裂縫中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)浮力，而這種浮力會(huì)對(duì)巖石本身造成一定的壓力，從而導(dǎo)致了其抗剪性的能力減弱。

4.1.2 節(jié)理裂隙影響

很多地方的土層都是從豎直方向發(fā)展的，在地下水的浸泡和自然風(fēng)力的影響中，較淺的邊坡層收自然環(huán)境等各種因素的影響效果最明顯，最容易發(fā)生較為嚴(yán)重的變形現(xiàn)象。

4.1.3 弱層的影響

對(duì)于比較深層的邊坡層來(lái)說(shuō)，對(duì)其變形影響最大的原因就是弱層的環(huán)境，因?yàn)槿鯇泳哂械挠捕容^低且具有流動(dòng)性和多變性，因此其對(duì)邊坡造成的影響往往是最大的。

4.1.4 邊坡角的影響

邊坡的角度也是影響邊坡穩(wěn)定性能的原因之一，由于地理環(huán)境的不同，使得地質(zhì)條件也是各有不同，很難準(zhǔn)確把握不同地質(zhì)環(huán)境下的邊坡最合適的角度，也就很容易出現(xiàn)邊坡變形的情況。

4.1.5 邊坡暴露時(shí)間

邊坡的巖石主體會(huì)隨著時(shí)間的推移其穩(wěn)定性和硬度逐漸減弱，如果邊坡暴露在外面的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，就會(huì)造成邊坡巖石主體的硬度和受力能力快速降低，產(chǎn)生滑坡的概率因此加大。

4.2 基于GNSS下利用物理實(shí)驗(yàn)分析

基于露天礦邊坡穩(wěn)定性能評(píng)估分析實(shí)際需求，根據(jù)GNSS 基礎(chǔ)下的監(jiān)測(cè)出的指標(biāo)除參考以往監(jiān)測(cè)結(jié)果以外，對(duì)已經(jīng)開(kāi)采的新鮮邊坡表面和坑底砂巖進(jìn)行樣本采集檢測(cè)，還用對(duì)其承受重力的性能進(jìn)行檢測(cè)，以給出更加科學(xué)、可信度更高、更合理的坡面穩(wěn)定性數(shù)值。一般我們也可利用點(diǎn)載荷強(qiáng)度系數(shù)和單軸耐壓性能、單軸抗拉性能間的聯(lián)系，測(cè)算出巖石的單軸耐壓性能和單軸抗拉性能。在GNSS 基礎(chǔ)上，依據(jù)露天煤炭首采區(qū)挖掘場(chǎng)施工地質(zhì)學(xué)補(bǔ)充勘察檢驗(yàn)結(jié)果，經(jīng)分析方法可以得出推薦的邊坡穩(wěn)定性的硬度指數(shù)。

4.3 邊坡穩(wěn)定性分析

利用GNSS 監(jiān)測(cè)出的穩(wěn)定安全系數(shù)是邊坡穩(wěn)定性分析方法中的重要數(shù)據(jù)，是坡面施工的重點(diǎn)參照數(shù)值，是對(duì)完善坡面進(jìn)行設(shè)計(jì)與提高坡面工程的效果利益和安全性的重要保障?！睹旱V企業(yè)露天礦工程設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范》中明確給出了不同方法下邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)的使用范圍，見(jiàn)表1 邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)分析。

表1： 邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)分析

目前根據(jù)GNSS 基礎(chǔ)下的監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，邊坡不會(huì)發(fā)生較大規(guī)模的滑動(dòng)破壞，同時(shí)，坡面出現(xiàn)開(kāi)裂的情況很容易導(dǎo)致坡面土壤部分脫落以及坡面塌陷等容易危害生命安全的惡性情況的出現(xiàn)。排土場(chǎng)邊坡安全系數(shù)較高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于所選值安全儲(chǔ)備系數(shù)、邊坡穩(wěn)定性。

5 結(jié)論

綜上所述，盡管當(dāng)前的露天礦北坡尚處在勻速變化階段，但仍必須引發(fā)更高警覺(jué)。除了專(zhuān)業(yè)變形監(jiān)測(cè)工作以外，群防群測(cè)管理工作還必須進(jìn)行，力求將水文災(zāi)情和人類(lèi)生命財(cái)產(chǎn)損失減少到最少。另外，雨天監(jiān)控點(diǎn)位置變動(dòng)速度明顯增加，所以必須要在雨天加大監(jiān)測(cè)的力量，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)不安全的問(wèn)題，確保人類(lèi)的生命財(cái)產(chǎn)安全。