浅析GPS测量技术在提依尔金矿露天边坡监测中的应用

张 健

（托里县金福黄金矿业有限责任公司，新疆 克拉玛依 834000）

1 项目概况

根据初步设计，提依尔金矿露天开采深度228m，其中凹陷露天开采深度204m，最终边坡角45°，台阶高度12m，并段后24m。对该露天金矿边坡分为5个区域，即A、B、C、D、E区。对该金矿露采边坡进行位移监测主要分为地表位移监测和深部位移监测，详见图1。

图1 边坡监测点布置示意图

2 边坡监测方案选择

近年来，随着我国科技不断进步，测绘技术的不断发展，在露天矿边坡监测技术上，不管是从测量仪器设备、监测方法，还是劳动强度等方面都有较大提高。露天矿边坡监测方法由常规测量到利用卫星进行实时动态监测等，具有精度高、可信度高、效率高、降低劳动强度等特点。露天矿边坡监测的工程实践主要有传统常规地面测量方法和GPS监测方法[1]。综合考虑矿山监测的目的（边坡危险预警）以及经济效益，该矿选择GPS监测方法进行水平位移监测垂直位移监测[2]。

（1）GPS测量系统介绍。全球定位系统（Global Positioning System-GPS）是美国国防部于1970年代末研发和维护的新一代卫星导航定位系统，20世纪末进入民用领域。目前GPS已广泛应用于诸多领域。

（2）GPS组成。一般来说，用于监测露天矿山边坡变形的GPS自动监测系统由数据采集、数据传输和数据处理三大部分组成。

（3）露天边坡监测采用GPS测量的优势。①高精度监测。实践证明，变形监测典型精度要求达到1mm或相对精度达到10-6。将基准点布设在变形影响区域外稳固可靠的地方，精度不受影响。②监测时间短。随着GPS系统的不断完善，软件的不断更新，目前20Km以内相对定位仅需15～20min，快速静态相对定位测量时，当每个流动站与基准站相距15Km以内时，流动站观测时间只需1～2分钟。③方便监测。GPS架设一次，可以对所有边坡监测点进行监测。④布点灵活。布点时，不受太多条件约束，无需点间通视，只需测点上空没有遮挡即可。⑤操作简单，仪器轻便。随着GPS技术不断升级换代，系统操作越来越简单，有的已达“傻瓜化”的程度；仪器越变越轻，越变越小，采用蓝牙连接方式减少了很多连接线。⑥全天候作业。监测受气候条件影响较小，可24小时进行监测。

（4）GPS定位的误差源。GPS定位中出现的各种误差从误差来源来说大体可分为三类：与GPS卫星有关的误差、与信号传输有关的误差和与接收机有关的误差。

（5）GPS测量仪器设备。为保证测量精度，我们选择的GPS设备是南方GPS（1+2）S86T2013型号，即每台套一个基站，二个流动站。

3 监测方案

3.1 边坡变形监测网的布设

露天矿变形监测网一般分为两级布设，即为首级控制网和工作控制网，工作控制网亦称监测网。对于露天矿边坡监测，基准点应选在远离滑坡区，地质条件稳定的区域，并保持首级控制网型简单。当然，获取高精度的基准点坐标仍然是非常必要的。首级控制网的布设应根据露天矿最终境界的形状基准点应均匀分布在地质条件稳定，易于长期保存的地方。点位与监测点一般在2km～3km以内。基准网点的基线向量的中误差σ≤1ppm·D。单体网（监测点）一般根据滑坡体的地质条件、特征以及稳定状态按照监测剖面设置6个～12个监测点。观测时每个测点都应与基准点（2～3）直接联测。GPS定位测量技术采用大地高程系统，它可以直接测定监测点在WGS-84中的大地高程，而大地高程系统是以椭球为基准面的高程系统。在滑坡监测中，一般只需测出监测点的大地高的精确变化，就能计算出它的高程位移量，从而反映滑坡高程形变情况，因此只要保证GPS基线的高精度，就能进行GPS高程形变监测。

3.2 监测点布设

根据边坡稳定性研究报告，边坡监测工作由两个GPS基准点作为计算起始点。基准点采用基本标石，标石中心应刻有清晰的十字线，直径小于0.5mm的中心点。监测点设于平台上，位置参见图1，埋石标准与基准点一致。基准点采用GPS静态测量的方法与矿区周围国家高等级GPS点进行联测，联测点数不少于3点，保证坐标传递精度。

该矿外业采用快速静态测量方法对监测点进行测量，即在2个基准点上各安置一台GPS接收机进行连续观测，另一台GPS接收机作为移动站，在各监测点上移动，三台仪器组成三角网，观测时间在40分钟/次，内业采用GNSS数据处理软件对观测量进行处理，解算出各监测点平面坐标及高程。

3.3 监测要求

首级控制网按照GPS测量D级作业要求进行测量，监测点按照GPS测量E级作业要求进行测量。每个监测点应保证测量不少于2次，其他应按照相关规范执行。

3.4 监测频率

变形监测的频率取决于变形量的大小、速率以及观测的目的。变形监测的频率的大小应能反映出边坡体的变形规律，并且按照单位时间内位移变形量的大小而定。

调整边坡监测频率。①因季节调整：雨季到来降水量增大，容易降低边坡稳定性，春季时，冰雪融化，水沿着裂隙流向深部，也容易降低边坡稳定性，因此，在降雨繁多的雨季及冰雪融化的春季应适当增加观测次数或者缩短监测周期。②随开采深度调整：露天矿开采随深度的增加，给边坡带来的不稳定性也就增大，在接近设计界线时，应适当加密监测点及增加水平及垂直方向的监测次数。③因风化时长调整：露天矿自上而下开采，上部台阶边坡揭露早，风化时间长，边坡的稳定性随之下降，因此，上部台阶应缩短监测周期。④基于边坡的实际稳定状况。在进行边坡位移监测的同时，应加强边坡的管理与巡视，通过对边坡的宏观变形破坏现象调查（如裂缝），来调整位移监测周期，以便准确掌握边坡的稳定状态，对边坡可能出现的危险状况及时做出预报。

因此，确定一般情况下监测频率为1次/15天，同时应根据位移速率做适当调整。雨季适当增加监测频率，雨雪前后应进行对比观测。当某些监测点位的位移变形速率非常大时，为持续获得位移变形过程，监测频率应调整为1次/天。

4 结语

露天矿山边坡监测是露天矿日常工作的一项重要内容，露天矿山最大的安全隐患就是露天边坡，及时掌握露天矿边坡变形规律是确保露天矿安全生产的重要保障。矿山应成立露天边坡管理部门，要严格按照相关规定执行，保证企业正常生产经营。