浅论新技术在露天矿沉降监测中的应用

黄强

摘要：露天开采是将采掘空间直接敞露于地表，为采出有用矿物，将矿体上覆的土岩及部分周围的岩石剥离掉，通过露天沟道线路系统把矿岩运至地表。测量工作伴随矿区勘探、开采设计、露天矿建设、生产以及报废的各个阶段，露天矿的沉降监测是露天矿开采中的一个重要阶段。就露天矿的沉降监测新技术，本文作了浅论。

关键词：露天矿；沉降监测；技术

露天矿开采工程中，安全问题随着矿山开发、水利建设、城市发展等项目的进行，往往是其中重要的环节，经常会形成有超百米的临时边坡或永久边坡。我国露天矿山规模宏大，最终设计边坡高度一般为300～500m，有的已经达700m，冶金部重点矿山大冶铁矿整个东露天采场上口尺寸为2250m*1000m，南北帮采深将分别达390m和420m，是典型的高陡深凹露天大型礦山。大小边坡失稳事件数目众多，小事故可以造成工期延误，财产、设备损失，大事故则可能造成人员伤亡，甚至改变设计初衷。

一、应用无人机技术进行监测

（一）无人机技术优势

第一，飞行高度低，成像分辨率高；第二，起降方式多样，成像机动灵活；第三，根据任务可搭载不同遥感设备，产品丰富多样；第四，经济成本低、成果输出快无人机可对多处完成一次性测量，如边坡、排土场、露天矿的地形、矿石堆尾矿、各种变形位移以及采空区塌落区等地，此外，还有采剥境界内各种管线、厂区建筑物、构筑物等。采用无人机的优势非常明显，首先大大提高露天矿测量的工作效率，其次，滑坡、机械设备、车辆作业等大量的安全隐患也得以避免。无人机精密、功能强大，而且自动测图，操作简单，能快速、高质量生成2D和3D航空数据。无人机可以捕获地面分辨率为3～30cm像素的图片。根据图像分辨率和飞行的航高，单次飞行的覆盖区域可达到1.5～10km2。

（二）应用于露天矿的作业步骤

第一，制定飞行任务。首先在Google earth露天矿测量飞行范围的选取，然后根据该范围进行飞行计划的制定。之后，再应用TrimbleAccess软件创建背景地图、定义任务区域和飞行参数。最后，根据风向确定起飞和降落点。

第二，完成飞行任务。其具体操作为：依据飞行流程，进行弹射架的架设，并将飞机弹射到空中。飞机只需要按照飞行计划完成飞行任务即可。

第三，收回飞机。

第四，导出数据，进行内业数据处理：根据数据成果进行露天矿的各种测量、等高线绘制、三维模型构建。计算各项工程量，进行采剥工程设计。

二、应用IBIS-M系统进行露天矿沉降监测

（一）关于差分干涉测量（D-InSAR）技术及其优势

利用差分干涉测量（D-InSAR）技术对地表进行大范围变形监测是当今微变监测领域的一项突破。IBIS系统是由意大利IDS公司与佛罗伦萨大学经过六年合作研发的微变形监测系统，该系统能够把很多传统仪器替代，一套设备能够完成多种传统仪器才能完成的任务。目前采用该设备主要应用在桥梁、高层建筑的动态和静态测量领域，大坝外形变形和山体滑坡的变形预警。

在澳大利亚某露天铁矿边坡监测和在我国某露天煤矿边坡监测的实验中表明，IBIS-M系统是一种全新非接触式的露天矿边坡监测设备，提供了有效、及时的安全性监测，这是一种从全局到局部的数据分析方式，这种方式为矿山的安全生产提供了更为可靠的监测结果以及强有力的保障，为后期预警工作打下坚实基础。IBIS-M系统可长期连续监测，覆盖范围广、监测精度高，在露天矿边坡方面监测预警方面有着非常成功的应用。

（二）差分干涉测量（D-InSAR）技术的应用

采用该技术进行边坡滑动监测时，监测区域被分割成很多二维的小单元（像元大小即为距离向和方位向分辨率），通过不同时刻采集的多幅SAR图像干涉测量，可以得到每个像元上的视线向形变量。在中国某露天矿边坡，采用意大利IBIS-B微波干涉仪开展了露天矿边坡监测试验。

设备距离监测边坡平均距离2050m，雷达波束宽度35°，安装在监测边坡对面一个稳定的区域，这样能够保证监测到整个坡体。在监测期间，为快速获得坡体精确的DEM，方便确定发生形变的区域，采用三维激光扫描仪，再把后期获得成果图像投影到DEM上；为了检核GB InSAR测量精度，在监测20h后，在坡体左上方有明显边坡位移的区域采用测量机器人观测，安置3个棱镜。测量时间为每隔2小时一次，直至实验结束。本次试验监测期间天气稳定，边坡植被覆盖率低，试验结果表明，该技术可以以非接触测量方式获得实时的边坡形变图像。

三、应用GPS定位技术进行监测

如今，GPS接收机设备价格逐步下降，GPS定位及数据处理技术也在不断发展和完善。为了适应这个形势，需要更好地运用GPS定位技术对边坡等地质灾害进行监测和预测。在应用GPS监测边坡变形时，基于监测网的精度指标、可靠性指标和灵敏度指标优化监测网。经验可知GPS一机多天线边坡自动监测系统可用于高边坡，与常规监测结果几乎是一致的。应用传统方法时，在观测条件困难而难于实施的场所，这样的监测具有全天候监测、自动化程度高的特点。有时候由于产生电磁干扰和多路径效应的影响，会给测量结果带来影响，露天矿边坡监测数据采集分析与预报模型形成突变，降低了定位数据的可靠性，影响定位精度。对测量数据进行粗差剔除可以提高GPS定位的可靠性和精度。边坡稳定监测系统由自动监控没备、现场机、传输网络、监控中心服务器四部分组成。GPS用于边坡监测，除了对观测设备有要求，也需注意数据处理方法，这也是其核心内容。在进行数据处理时，通过传输网络，监控中心服务器与现场机交换数据、发起指令、应答指令。为得到精度高和可靠性强的监测结果，应针对不同的监测环境和条件，选择科学合理的数据处理方法。

参考文献：

[1]于泓.IBIS-M系统在露天矿边坡监测的应用[D].中国地质大学（北京）.2012年

[2]于泓彭军还.IBIS-M系统在露天矿边坡监测的应用[J].采矿技术.2011.04期

[3]黄其欢张理想.基于GBInSAR技术的微变形监测系统及其在大坝变形监测中的应用[J].水利水电科技进展.2011.03期