浅析露天煤矿边坡监测实施方案

浅析露天煤矿边坡监测实施方案
摘要：霍林河露天矿是我国煤炭工业优先发展的战略，露天矿的规模得到了迅速的扩大和发展，三地五矿的生产能力逐年提高，矿山测量工作量也呈倍增加，露天矿采区边坡和排土场边坡滑坡等地质灾害频繁发生，不仅扰乱了露天矿正常生产秩序，而且作业人员的安全也受到了严重的威胁。

为了很好地完成公司下达的各项工作任务，保证露天矿生产正常有序开展，探讨研究了露天煤矿边坡位移监测实施方案。

关键词：全站仪;GPS;雷达;边坡位移监测
霍林河露天矿采区、排土场区相对比较大，滑坡区域也比较多，且受道路、卫星信号、滑坡区域的密集程度、区域通视条件的影响，传统且单一的监测方式已不能保证生产安全。

见于此，对露天煤矿边坡监测区域实施以下几套方案。

1、通视条件好并且区域在2KM左右的采用全站仪进行监测
1.1边坡观测站设计
1）边坡观测站由多条观测线组成，其观测线数目根据地质、采矿条件和观测目的来确定。

观测线应沿预计最大移动方向和大致垂直于露于矿边坡走向布设，设在稳定性差、存在松动岩层等地段。

2）每条观测线由位于同一直线上的控制点和观测点组成。

控制点布设在滑坡区域外较稳定的地表或边坡上或直接用露天矿的基本控制点，观测点设置在滑体上和各种境界线上。

每条观测线至少设两个控制点，设置一个控制点时，要各其它基本控制点通视，观测点间距一般为50-100m，具本视露天矿的深度、台阶的高度和宽度面定，在一个台阶上至少设两个测点，其中一个靠边坡顶，另外一个靠近坡脚，每个平台上均应设置观测点，且测点位置应考虑到观测方便与观测人员安全，在露天矿的各种境界线上也设点。

1.2移动期建站、观测
根据仪器的说明书或仪器检验结果对仪器的有关参数进行设置，如温度、气压、棱镜常数等，保证每一次测量时的参数与首次一致，且为同一台仪器进行连续观测。

在观测线上立棱镜，仪器瞄准，按测量键，回车记录即可，测量迅速、
方便。

1.3观测数据处理
在全站仪里面打开项目，根据每个点的点号，提取数据。

可以根据需要把数据记录下来，利用计算机和各种软件进行计算、画图，计算测点的下沉值，每次高程与第一次高程之差。

水平变形、移动向量、移动方位可用有关软件计算或在有关图上取量取。

1.4观测图绘制
根据以上的整理结果，可以绘制观测区有关图，可根据采剥工程平面图及高程点绘制观测线垂直下沉曲线图、观测点水平移动与水平变形曲线图，根据观测线的水平距离及计算结果绘制观测点在垂直面内的移动向量图。

2、布点区域零散、通视条件不好采用GPS进行边坡监测
2.1应用范围
随着霍林河露天矿生产能力的逐年增大，采区与排土场面积也在不断增大，出现滑坡的区域相对比较不固定，采用GPS相对较好，比较方便。

2.2监测点图上设计
本次监测采用地表监测，主要是监测整个排土场及边坡表层的滑动情况，根据矿区的现状，结合矿区平面图，在南矿、北矿、扎哈淖尔露天矿的采区及排土场不稳定区域布设了很多监测点。

2.3监测网优化
图上布设完毕，采用RTK技术，把设计的各监测点放样到实际位置。

根据现场的实际情况，考虑到监测点及GPS选点的具体要求，对网形进行了优化。

主要体现在以下几个方面：
1）所布设监测点尽量垂直于边坡方向，最大可能地体现边坡位移量的变化。

2）所布设监测点尽量位于边坡的坡顶及坡底，并相应布设。

3）布设的监测点要尽量行走方便，不容易被破坏的位置。

这样，有助于后期的连续工作顺利进行。

4）所布的监测点要便于仪器操作，视场内障碍物的高度不大于15度，远离大功率无线电发射源及高压线和微波无线电信号传送通道等。

2.4RTK技术简介与原理
RTK定位技术就是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，是GPS应用的一种较新的技术，使用更高速和更小型的计算机，并将其安装于GPS接收机内，在外作业时可以即可以即时提供厘米级别的定位解。

RTK定位技术一般包括三个部分，即基准站、流动站、数据链。

基准站将已知WGS-84坐标和观测数据实时用电台传递给流动站，在流动站实时时行差分处理，得到基准站和流动站基线向量，从而得到流动站的WGS-84坐标，通过坐标参数转换成流动站的平面坐标和高程。

2.5 RTK技术的应用与精度分析
观测结束后，平差所得各点坐标作为本次监测的原始数据。

每隔一定时间采用RTK技术对各点进行观测。

具体做法为：在一个稳定的、不会发生滑坡的点上架设基准站，用流动站分别在各个监测点上采集数据，与原始数据进行比较，得出各监测点的位置变化情况，通过专业软件进行数据处理就可以了解滑坡体的变化情况，从而达到了对滑坡体进行监测的目的。

此种方法可以做到实时、快速和准确。

精度分析：一般来说，影响RTK成果精度的因素主要是GPS观测共有误差源，还受基线解算精度、基准站的点位精度、坐标系转换精度的影响。

GPS的动态精度为：平面精度10mm、高程精度20mm，加上其它误差因素的影响，平面和高程精度均可控制在30mm之内，所以RTK可以满足边坡监测精度的需要。

该法在实测过程中，能实时检验质量控制指标，因而能实时提供经检验的成果资料，保证了矿区的生产安全;在困难地区尤其是采用常规仪器无法满足精度要求的地区，使用该法非常有效;GPS静态观测技术和RTK技术的结合在位移监测和地质灾害监测方面，精度高、实时、快速、便捷。

3、激光成像雷达
3.1激光雷达的原理
激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。

从工作原理上讲，与微波雷达没有根本的区别，向目标发射探测信号，然后将接收到的从目标反射回来的信号与发射信号进行比较，作适当的处理后，就可获得目标的有关信息：目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数，从而对目标进行探测、跟踪和识别。

3.2激光成像雷达的系统方案
参照不同的标准，激光成像雷达有好多种分类方法，如相干探测与非相干探测激光成像雷达;可见光、短波红外、中长波红外及长波红外激光成像雷达;单元探测器激光扫描成像雷达与陈列探测的非扫描凝视成像雷达等。

这里所说的是扫描激光成像雷达。

3.3扫描激光成像雷达
扫描激光成像雷达是以激光束快速扫描目标，通过单元探测器接收各部分的回波信息，从而获取目标三维图像。

通过探测扫描信号的回波信号，经过处理器处理，最后形成图像，将成像系统和测距、测速系统结合，就可以获得更精确的目标特性。

3.4激光雷达的优点
1）分辨率高，具有很高的角度、距离、速度和图像分辨率，因而能探测飞行路径中截面积小的障碍物如电线、电线杆等;具有地形跟随和障碍物回避的能力，有利于低空入侵，特别是在夜晚和坏气象的条件下。

2）图像稳定。

激光雷达图像所记录的是目标的三维本性，不受昼夜、季节、气候、温度、照度变化以及各种干扰的影响。

根据稳定的激光雷达三维图像所预测的目标特征和所发展的目标识别算法软件，真实、准确和可靠，可靠地自动识别目标，能提供目标的三维图像，同时提供目标的距离和速度数据。

3.5 应用区域
霍林河露天矿采区周边滑坡情况明显，属于滑坡的密集区域，此方案较适合类似该区域滑坡监测，这套监测方案的实施，可以对滑坡区域实时进行监测，能通过三维影像获取滑坡体的移动情况，能很好地保证露天矿的生产安全。

4、结论
通过对以上三种监测方案的分析，可以看出，在不同的区域及观测条件下，每种监测方法都可采用，各种边坡监测方式都有其自身的优缺点。

全站仪可以应用于通视条件好且区域在2KM左右的滑坡区域;滑坡的区域相对比较不固定且通视条件不好，易采用GPS相对较好，比较方便;滑坡区域相对比较集中，易采用雷达监测的方法，能更好地保证霍林河露天矿生产安全。

5、参考文献
[1]常春，周德培.露天边坡稳定性分析集成智能系统[J].
[2]姜晨光，贺勇，蔡伟，等.GPS-RTK技术监测露天矿边坡的研究与实践[J].现代测绘.
[3]卫建东.现代变形监测技术的发展现状与展望[J].测绘科学，2007，（7-6）
[4]胡长健，梁新美，许成功.论GPS变形监测技术的现状与发展趋势[J]测绘科学，2006，(05)
[5]谢谟文，蔡美峰.信息边坡工程学的理论与实践[M].北京：科学出版社，2005.
[6]徐绍铨，等.GPS测量原理及应用[M].武汉大学出版社，2001.。