摘要：介紹了GPS—RTK露天礦邊坡監(jiān)測系統(tǒng)基本情況，闡述了GPS—RTK技術(shù)監(jiān)測露天礦邊坡的過程及技術(shù)要點，根據(jù)GPS—RTK系統(tǒng)對露天礦邊坡監(jiān)測的記錄數(shù)據(jù)和變化趨勢提出了邊坡預(yù)警的準(zhǔn)則.

　　關(guān)鍵詞：露天礦，邊坡監(jiān)測，GPS—RTK技術(shù)，監(jiān)測過程

　　Abstract: This paper introduces the GPS - RTK open-pit slope monitoring system basic situation, elaborated GPS, RTK technology to monitor the open-pit slope process and technical key points, according to the GPS RTK system of surface mine slope monitoring recording data and change trend puts forward slope warning criteria.

　　Key words: open pit mine, slope monitoring, GPS - RTK technology, monitoring process

　　中圖分類號：TV547.5 文獻標(biāo)識碼：A 文章編碼：

　　礦產(chǎn)資源的開采方式多種多樣，露天開采就是其中的一種常見的采礦形式.露天開采的邊坡穩(wěn)定問題一直是困擾巖土工程界的一個關(guān)鍵問題.目前，有關(guān)露天開采邊坡穩(wěn)定問題的研究仍停留在實驗室研究和經(jīng)驗判斷法的水平上.要想正確、合理地從根本上研究露天開采的邊坡穩(wěn)定問題，就必須深入生產(chǎn)第一線

　　獲取大量的、廣泛的、全面的原型(實際)監(jiān)測數(shù)據(jù)，然后，通過系統(tǒng)的數(shù)學(xué)分析才能總結(jié)出某些切合實際的結(jié)論和研究成果.同樣，要對露天采礦的生產(chǎn)安全進行有效、實時的監(jiān)控和及時、科學(xué)的危險預(yù)警也必須對邊坡進行合理有效的監(jiān)測.

　　衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)(GPS)的出現(xiàn)為露天礦邊坡的實時監(jiān)測提供了理論上的可能，GPS—RTK技術(shù)的出現(xiàn)為露天礦邊坡的實時監(jiān)測奠定了必要的基礎(chǔ).近幾年，利用GPS—RTK技術(shù)實現(xiàn)了對露天礦邊坡的準(zhǔn)實時，準(zhǔn)動態(tài)三維監(jiān)測(gP GPS—RTK露天礦邊坡監(jiān)測系統(tǒng))取得了良好的效果.

　　1 GPS—RTK露天礦邊坡監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)成

　　1.1 系統(tǒng)配置

　　系統(tǒng)的硬件包括基站GPS接受機一臺套，流動站GPS接受機一臺套，系統(tǒng)的軟件包括GPS—RTK系統(tǒng)自身攜帶的衛(wèi)星信息接受及數(shù)據(jù)處理軟件以及自主開發(fā)的邊坡穩(wěn)定監(jiān)測數(shù)據(jù)處理與分析軟件.

　　為了克服監(jiān)測中的一些誤差，監(jiān)測時基站GPS接受機與流動站GPS接受機的接受天線均卸掉基座，流動站GPS接受機天線與固定的垂準(zhǔn)桿聯(lián)結(jié)(并且保證在歷次監(jiān)測中始終總用該垂準(zhǔn)桿)，這樣就可以消除基站天線高與流動站天線高測量誤差對監(jiān)測結(jié)果的影響，從而提高監(jiān)測的精度.

　　1.2 監(jiān)測現(xiàn)場的布置

　　整個監(jiān)測現(xiàn)場由一個監(jiān)測基站，三個校驗基站和若干個邊坡監(jiān)測點構(gòu)成.

　　監(jiān)測基站與校驗基站均應(yīng)遠離露天開采現(xiàn)場，根據(jù)筆者經(jīng)驗，監(jiān)測基站與校驗基站到露天開采現(xiàn)場的距離應(yīng)大于3km.監(jiān)測基站與校驗基站均應(yīng)設(shè)置鋼筋混凝土高墩式強制歸心標(biāo)志，同時應(yīng)滿足以下條件：

　　(1)設(shè)站處土質(zhì)要堅實，地質(zhì)結(jié)構(gòu)要高度穩(wěn)定;(2)地勢高，視野要開闊;(3)周圍不得有高度角大于100的障礙物;(4)周圍100m 范圍內(nèi)不得有強電磁干擾(比如無線電臺、高壓線、微波站、自動氣象臺等)，且不得有能導(dǎo)致多路徑效應(yīng)的GPS信號反射體(比如大面積水域、高大建筑物等).

　　校驗基站的作用是為了檢驗監(jiān)測基站的穩(wěn)定性，當(dāng)發(fā)現(xiàn)監(jiān)測基站不穩(wěn)定時可以根據(jù)校驗基站的基準(zhǔn)坐標(biāo)反求出監(jiān)測基站的真實坐標(biāo)，并據(jù)此對相對應(yīng)的邊坡監(jiān)測點的坐標(biāo)進行可寫的訂正(修正).

　　邊坡監(jiān)測點應(yīng)在實地灌埋內(nèi)鑲鋼筋頭的混凝土標(biāo)志，鋼筋頭的頂端應(yīng)加工有十字花，十字花的交點即代表監(jiān)測點(當(dāng)然，對于巖基邊坡也可以通過鉆孔灌埋鋼筋頭).邊坡監(jiān)測點包括礦坑外地表監(jiān)測點(設(shè)置范圍為礦坑外lkm 以內(nèi)，呈格網(wǎng)狀布置，相鄰點間距離以200 500m 為宜)，開采層坡面監(jiān)測點(沿開采層坡頂線和坡底線均勻布置，同一線上相鄰監(jiān)測點間的距離以100m左右為宜)及運輸?shù)辣O(jiān)測點(沿運輸?shù)肋吘壘鶆虿贾茫噜彵O(jiān)測點間的距離以50m 為宜).

　　2 GPS—RTK露天礦邊坡監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測過程

　　2.1 監(jiān)測基準(zhǔn)系統(tǒng)的選擇

　　監(jiān)測基準(zhǔn)系統(tǒng)的采用基于wGS一84橢球(即GPS橢球)的獨立平面直角坐標(biāo)系統(tǒng)和GPS大地高系統(tǒng)，以過礦坑中心的子午線為中央子午線，以過礦坑最大開挖深度的一半處的高程面為距離投影基準(zhǔn)面.

　　2.2 基礎(chǔ)信息采集

　　基礎(chǔ)信息采集只進行一次.

　　2.2.1 監(jiān)測基站三維坐標(biāo)(基準(zhǔn)坐標(biāo))的確定 將GPS—RTK基站接受安置在監(jiān)測基站上接受GPS衛(wèi)星信號獲得監(jiān)測基站的WGS一84(經(jīng)度L，緯度B，大地高^)，再根據(jù)選定的中央子午線及距離投影面將監(jiān)測基站W(wǎng)GS一84坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的獨立平面直角坐標(biāo)(x ，y)及GPS大地高h.

　　2.2.2 校驗基站三維坐標(biāo)(基準(zhǔn)坐標(biāo))的確定將GPS—RTK基站接受機安置在監(jiān)測基站上，輸入其三維坐標(biāo)、GPS天線高(輸入零)、衛(wèi)星截止高度角、數(shù)據(jù)采樣率、數(shù)據(jù)鏈通訊參數(shù)(包括通訊串口、波特率、起始位、數(shù)據(jù)位、停止位、奇偶校驗位等)然后將DGPS設(shè)置為輸出(out).

　　將流動接受機依次強制歸心安置在各校驗基站上按快速靜態(tài)測量(或靜態(tài)測量)模式獲得各校驗基站的三維坐標(biāo).當(dāng)然，測量時流動接受機也應(yīng)進行一些必要的設(shè)置[包括初始化、坐標(biāo)系數(shù)參數(shù)、與基站接受機相同的GPS衛(wèi)星數(shù)據(jù)接受控制參數(shù)、數(shù)據(jù)通訊參數(shù)、GPS天線高(輸入零)、DGPS設(shè)置為輸入(in)].

　　2.2.3 邊坡監(jiān)測點三維基準(zhǔn)坐標(biāo)的確定

　　同§2.2.2相似，將基站接受機安置在監(jiān)測站上設(shè)置好相應(yīng)參數(shù)，將流動接受機安裝在垂準(zhǔn)桿上依次在各邊坡監(jiān)測點上流動(流動接受機在每個邊坡監(jiān)測點上測量時也必須進行相應(yīng)的參數(shù)設(shè)計，方法同§2.2.2)，按RTK(Real Time Kinematic Technique)測量模式測出各邊坡監(jiān)測點的三維基準(zhǔn)坐標(biāo).RTK測量模式，流動接受機在每個邊坡監(jiān)測點上的停留時間不超過lmin.一個百余點的露天礦山，邊坡監(jiān)測點的三維基準(zhǔn)坐標(biāo)可以在1個工作日內(nèi)完成.

　　2.3 邊坡形變測量

　　邊坡形變測量是按一定的時間間隔進行的，當(dāng)邊坡形變活躍時應(yīng)縮短時間間隔，必要時可進行準(zhǔn)實時監(jiān)測和重點部位的強化實時監(jiān)測.

　　每次邊坡的形變測量的方法與過程同§2.2.3(即邊坡監(jiān)測點的三維基準(zhǔn)坐標(biāo)確定)，通過RTK測量獲得各邊坡監(jiān)測點的新三維坐標(biāo).

　　3 邊坡移動監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

　　根據(jù)邊坡移動監(jiān)測數(shù)據(jù)可繪制邊坡變形時程(或進/大)移動曲線，根據(jù)移動曲線粗略判斷邊坡移動趨勢，并據(jù)此對邊坡移動性做出初步判斷.圖1為某露天礦23#測點水平位移過程線，從圖1可見，水平位移隨邊坡的挖深呈現(xiàn)一種逐漸增大的趨勢，但水平位移有小幅回擺現(xiàn)象，這種回擺現(xiàn)象產(chǎn)生的原因往往是觀測誤差所致.

　　4 邊坡監(jiān)測的預(yù)警準(zhǔn)則

　　通過工程實踐與大量的工程實錄調(diào)查，筆者初步總結(jié)出了邊坡預(yù)警的基本準(zhǔn)則，當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時應(yīng)進行安全預(yù)警.

　　(1)邊坡平均移動量大于10mm/d;

　　(2)邊坡局部最大移動量大于20mm/d;

　　(3)邊坡局部最大累積移動量大于0.001H(H 為邊坡最大高度);

　　(4)邊坡周邊地形局部塌陷量大于5mm/d;

　　(5)邊坡周邊地形局部塌陷總量大于23cm;

　　(6)邊坡出現(xiàn)局部涌水.

　　5 結(jié)束語

　　GPS—RTK技術(shù)在露天礦邊坡監(jiān)測中有著良好的表現(xiàn)，它可以有效地實現(xiàn)露天礦邊坡三維監(jiān)測的準(zhǔn)實時化、準(zhǔn)動態(tài)化，可顯著地提高監(jiān)測效率.GPS—RTK 的最大優(yōu)點還表現(xiàn)在它沒有通視要求(即測量時不要求基站接受機與流動接受機相互看得見)，從而克服了地形因素對測量過程的影響，因此可以完成傳統(tǒng)測量手段難以完成或無法完成的工作.

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