GNSS技术在矿山地质灾害监测中的应用

[ 摘要 ]在我国经济发展中，矿产资源的开发是一个重要项目。伴随着采矿业的持续发展，采矿开发力度不断加大。不过在采矿活动进行过程中，也逐渐暴露出一些潜在的问题。尤其是在安全方面，因矿山地质环境较为复杂，地质灾害时有发生，若没有做好全面的安全监测工作，极易发生一些风险事件，对采矿人员的生命安全构成威胁，同时也增加了采矿业的危险，不利于该行业的发展。基于此，在我国科技发达的时代下，相关单位应加强矿山地质灾害的监测力度，根据当地实际情况，对相应的监测技术进行合理使用，在充分发挥其技能优势的同时，为采矿业的发展提供帮助。

[ 关键词 ]采矿业;监测技术;地质环境;地质灾害

中图分类号：P69

文献标识码：A

DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2022.06.057

我国拥有辽阔的土地面积，并且自然资源丰富。矿山的开采，是煤炭资源获取的重要途径。为了满足人们对煤炭的需求，采矿项目数量不断增多。为了达到安全开采的目的，矿山地质灾害的监测开始得到重视，相关地质工作者对此也展开了更加深入的研究。通过对现阶段矿山地质灾害的发生情况进行了解，矿山地质环境监测技术规范基本形成，相应的地质环境治理模式及技术方法也逐渐得到使用。其中，全球导航卫星系统（GNSS）技术的应用效果较为显著，尤其是在滑坡地质灾害的监测方面，人们的认可度较好。与GPS定位技术相比较，GNSS技术的应用更具针对性，在全球卫星导航系统与区域增强系统的联合作用下，能够帮助监测人员获取有关矿山地质的相关信息，通过数据的分析与处理实现矿山地质灾害的动态监测。

1    矿区山体变形监测概述

地质灾害的出现在多数情况下会导致山体变形的发生。为了对这种变化进行监测，通常会选用两种方式。一方面，将监测点设置在副井井筒错缝间距处;另一方面，通过对山体地质的情况进行调查，选择容易发生地质灾害的地区，设立监测点。为确保GNSS控制网监测系统能够得到有效的应用，通常会涉及一个基准点、一个后视点的设立，一般在发生地质灾害山体外的地质稳定段确定位置。此外，还需对9个变形监测点进行合理选择，以满足GNSS技术监测的要求[1]。

在矿区山体变形滑坡监测过程中，除了GNSS控制网监测系统的应用外，常见的方法还有地面大地测量、近景摄影测量等常规观测方法。在早期地质灾害监测技术应用过程中，相应的专业技术人员需要对监测点的布局进行合理规划，在保障工作质量的前提下，达到地质灾害监测的效果。尽管如此，对于现阶段而言，关于矿区山体变形地质灾害的监测，GNSS技术仍是最佳的选择，相较于其他两种监测方法，应用效果更为突出。其中，在大地测量常规观测法应用过程中，通常会涉及全站仪、水准仪两种主要设备的使用，虽然具有一定的功能特性，但在整体山体变形地质灾害监测中仍会暴露出一些问题，主要是高程数据与人工采集监测点二维方面存在的缺点[2]。在相关数据采集过程中可以发现，高程与数据平面两者无法同步进行，在这种情况下，数据采集的准确性与完整性无法得到保障，同时安全性能降低，这对于山体变形地质灾害的监测来说，监测质量无法得到保证，因此该方法存在一定的缺陷。另外一种常规监测方法——近景摄影测量在实际应用过程中也会受到局限，关键在于摄影经纬仪焦距与纵向距离的控制，在具体使用中会存在一定的误差，导致数据获取的精准度不高。一般这种方法在粗精度观测中比较适用。除此之外，在传统矿区山体变形地质灾害监测技术应用过程中，相关技术设备的使用步骤较为复杂，实际操作起来具有一定的困难，并且还会涉及较多的人力与物力资源，外业工作量及投入经费增加。故有些时候地质灾害的监测工作浮于表面，未得到真正落实[3]。如今，伴随着人们安全意识的整体提高，针对矿山地质灾害所引起的山体变形，相关监测技术在不断优化与改进，具有高动态精度与灵活布网特点的GNSS观测技术得到广泛的应用，在矿山地质灾害监测中发挥出了较大的作用。

2     观测法具体条件对比

关于矿山地质灾害监测方法的使用，早期存在多种方式。其中，大地测量法监测技术在当时使用频率相对较高，是一种常见的监测方法。通过对该技术的应用优点进行分析，较大的监测范围以及地区苛刻条件的克服是一大优势。另外，在大地测量监测技术具体应用过程中，凭借专业技术热源，不仅能够对指定地区进行监测，针对该地区以外的地质情况，也能发挥出一定的监测功能，具体是通过相关数据的获取与分析完成相应的地质灾害监测过程。从所获取的监测数据调查情况来看，具体数值的准确程度较高，因此该技术对于山体地质变形的监测是具有一定应用效果的[4]。不过，经过长时间的使用，该技术也逐渐暴露出不足之处。因部分地区的外界条件较差，在长时间监测过程中，所获取的数据数值会因此发生变化，从而造成一定的误差，导致数据数值的实用性价值降低。除此之外，大地测量法监测技术的应用还会受到监测点位移变化的影响，使得监测工作的质量得不到保障。针对这种情况，专业技术人员通常会改变策略，使用近景摄影测量法继续进行监测。不过这种方法也并非最佳的选择，其自身也会存在一些问题，主要在于监测地区距离的远近，当距离过远时，所获取数据的准确性便无法得到保证，故地质灾害监测工作无法在真正意义上发挥作用，这对于灾害预防工作的实施也会带来一定阻碍。基于此，在出现以上问题时，相关技术人员应提高重视，及时发现问题并想办法进行解决。通常情况下，可以通过拉近摄像距离的方式来提高监测数值的准确度，从而确保地质灾害监测的效果[5]。

在当前地质灾害实时监测中，GNSS监测技术属于比较先进的一种技术手段，与以往使用的监测方法相比较，不会出现之前所存在的问题，并且使用优势更加明显，监测效果得到了大多数监测机构的认可。目前，许多监测机构及单位已经将GNSS技术应用在了山体滑坡变形的监测过程中，成为一项不可或缺的技术力量。合理使用GNSS技术，能够在较长时间对山体滑坡变形情况进行监测，并且所获取的监测数据准确度较高，可以帮助技术人员在第一时间对山体情况进行分析，以便提前做好地质灾害预防准备[6]。另外，在GNSS技术的应用下，还能够对地质灾害点的位移变化情况进行监测，为技术人员提供更多真实有效的数据信息[7]。另外，GNSS技术对监测设备的技术参数有一定的要求，需要对精度平面、高程进行定位。针对这些数值上存在的偏差，在对其进行参考时，不能够将其作为唯一依据，具体还需要工作人员对山体地质的实际情况进行考察，综合考量各方面因素的影响，在全面考虑后，对相关工作进行调整。针对地质灾害的高发区域，在进行监测过程中，工作人员需要对監测方案进行合理规划，保证其具备科学性和有效性。另外，在各项工作开展过程中，需要对山体的实际情况有一个全面的了解，在此基础上，对监测点进行设置，完成地质灾害实时监测网的构建。有了监测网提供的帮助，相关工作人员便可对山体地质情况进行有效评估，在地质灾害来临前预测，提前做好安全防护，以确保作业人员的安全[8]。

另外，对于灾害易发区，在对监测预防方案进行拟定过程中，可以将多种方式相结合使用，至于观测周期的确定，尽量与所使用的方法保持一致，从而达到良好的监测效果[9]。

3    GNSS判断地质灾害的原理

GNSS监测系统的建立，融入了物联网通信技术、北斗高精度卫星监测应用技术，两种技术相互结合，共同发挥出一定的作用。其中，在北斗高精度卫星监测技术的应用下，需要在监测区构建一个稳定点，一般选择在远离地质灾害的非变形区进行设立。之后，在对北斗地面沉降监测点、裂缝点进行确定的情况下，完成GNSS参考基站的建立。根据监测项目的要求，在形变监测区需要布置监测断面，并完成n个GNSS监测站的构建，以便监测到不稳定斜坡的水平位移、地面沉降等情况。在无线通信技术的应用下，可以帮助完成数据的传输，经过深度学习，对原始数据进行分析，最终完成目标点的解算，对参考基站与观测站之间水平和高程的绝对位移进行确定[10]。在此之后，长时间建立监测系统，可实时了解目标点的变化情况，从而实现地质灾害的监测。

4     GNSS技术在滑坡监测中的应用探究

GNSS技术融入了现代多种高新技术，在矿山地质灾害监测中，主要用于山体滑坡的监测。在具体使用过程中，地表位移监测是该技术发挥作用的关键。按照该技术的使用要求，相关技术人员需要完成GNSS基墩的修建，之后按照具体的要求完成设备的安装。具体内容包括：准备站杆和太阳能板，将太阳能板固定在站杆上面，将电源线引出，使用标记进行识别。待太阳能板固定完成后，于基墩上固定站杆。对太阳能电池板的倾斜面进行调整，使其向正南方倾斜。将太阳能板、风机电源线与站杆进行连接，于GNSS站杆上放入蓄电池，并在设备中安装SIM卡，将GPRS天线进行连接，一切安装完成后，固定好天线罩。在相关技术人员的操作下，完成数据信息的输入，对地质监测系统进行构建。期间，针对各种先进的仪器设备，工作人员需熟练掌握操作方法，对其进行规范使用，投入地质监测工作中。在监测过程中，技术人员还应对气象风险预报情况进行了解，使用合理的区域监测方法，在数据分析、预测评估过程中对地质情况进行评价，并通过多媒体将有关信息进行发布[11]。

5    GNSS技术在地质灾害预警系统中的应用

在地质灾害监测过程中，地质形变是主要的监测对象。通过对其进行分析，具体包括两方面的监测内容，分别为内部形变监测、外部形变监测。在传统监测方法应用中，一般会涉及多种监测仪器，如：全站仪、测距仪、水准仪等，这些仪器的使用虽然能够发挥出一定的功能特性，但地质灾害监测工作内容较为复杂，所涉及的工作量大，并且需要工作人员实地观测，实际开展起来具有一定的难度。除此之外，在具体监测工作开展中，所获取的监测信息还会受到地形条件的影响，不仅需要较长的工作周期，还涉及较多的经费，从整体工作效率上来看普遍不高。而对于GNSS技术的应用，测距定位可通过空中卫星发射信号来实现，并且融入静态差分相对定位技术，技术的先进与优越使其应用价值得到显著提高[12]。与常规监测技术相比较，在应用GNSS技术下，员工在野外的工作量大大减少，并且不需要监测站点之间相互通视，在无线通信技术的支持下，GNSS观测数据能够快速地上传，经过室内数据处理中心的相关操作，即便是在远距离下也能够实现地质灾害的实时监测，并且相关数据拥有较高的精准度，实现自动化监测的功能[13]。

6     结语

矿山地质灾害的监测对于我国采矿业的发展起着重要性作用，为避免因地质灾害造成人员上的伤亡，我国相关部门应正视这一问题，加大矿山地质灾害监测与预防力度，尤其是地质灾害多发区，使用GNSS技术构建地质灾害监测系统进行实时监测，全面掌握矿山区域的地形及地质情况，在地质灾害发生前，提前做好预防措施，将工作人员受到的伤害值将至最低，从而达到良好的应用效果。

参考文献

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[2]何杰.GNSS定位技术在地质灾害监测中的应用[D].成都：西南交通大学，2017.

[3]刘韬.GNSS技术在滑坡稳定性监测中的应用研究与实例分析[D].成都：成都理工大学，2015.

[4]喻小.基于GNSS监测的滑坡预测模型及预警判据初步研究[D].成都：成都理工大学，2020.

[5]岳聪.基于GNSS技术的黄土滑坡变形监测数据分析及预测方法研究[D].西安：长安大学，2020.

[6]张新伟，徐兴全，刘俊明等.GNSS监测数据在滑坡预警中的处理与应用——以王家台滑坡为例[J].城市地质，2021，16（03）：294-300.

[7]张政.GNSS地质灾害实时监测数据处理研究[D].西安：长安大学，2018.

[8]张勤，黄观文，杨成生.地质灾害监测预警中的精密空间对地观测技术[J]. 测绘学报，2017，46（10）：1300-1307.

[9]衣冠民.基于GNSS的地质灾害监测研究[D].上海：上海工程技术大学，2016.

[10]吴忠银.滑坡灾害中GNSS自动化监测预警系统技术浅析[J].西部资源，2021（05）：197-200.

[11]万凌川.GNSS实时相对定位技术及其在滑坡监测中的应用研究[D].西安：长安大学，2018.

[12]刘清爽.GNSS与多传感器组合在地质灾害综合监测中的应用[D].成都：西南交通大學，2017.

[13]韩冰.华北现今地壳运动与构造变形的GNSS分析[D].武汉：中国地震局地震研究所，2020.

[ 作者简介 ]龚小丰，女，重庆人，重庆市地质矿产勘查开发局607地质队，高级工程师，本科，研究方向：地质灾害监测。