紫金山B块边坡GNSS在线安全监测实践

紫金山B块边坡GNSS在线安全监测实践

刘国元

（紫金矿业集团股份有限公司   福建上杭   364200）

摘要：大型矿山往往存在大型人工堆筑不稳定边坡，为了实时了解边坡的安全稳定状况，需要采取边坡安全监测技术对边坡进行监测，其中GNSS在线监测被广泛应用于不稳定边坡的实时安全监测，从而为决策者提供边坡安全运行数据支撑，以便将灾害程度降到最低。

关键字：紫金山B块边坡；GNSS在线监测；边坡安全监测；

0引言

大型矿山由于采矿和选矿生产的需要，往往会产生大型的废弃矿碴，形成不稳定边坡。这种边坡由于是人工堆筑而成，边坡内部由松散的矿石堆筑而成，遇到雨水易在边坡的内部形成空洞，进而容易形成泥石流等地质灾害的发生。

1紫金山B块边坡

紫金山B块边坡位于紫金山金铜矿的东南边上，属于该矿的东南矿段。边坡上方是矿山露开采场，边坡下方为进矿公路以及迳美行政村民居，属于重要生活生产设施。B块边坡是紫金山金铜矿早期开采时的金矿碴堆弃场，总堆筑量2500万方左右，边坡两边为原山体，堆筑的边坡位于两侧山体的沟谷中。边坡坡顶示高为687m，坡底标高为448m，边坡高差为239m，坡比度1:2.29，边坡于2003年开始进行生态恢复治理，坡面设置有人字沟，每20米高差设置一个平台，平台内侧设置有排水沟，边坡两侧沿山体均设置有水沟。边坡和平台均种植有马尾松和节节草等植物，到2017年时，边坡绿化生态治理已初见成效，卫星影像图显示，几乎与两边原山体无异，其2017年卫星影像图如图1所示。

图1紫金山B边坡卫星影像示意图

2边坡在线监测

目前，边坡安全监测技术按监测方式分为人工监测和在线监测。人工监测主要用于小型边坡，在线监测主要应用于大型不稳定边坡。人工监测主要有GNSS定位法和全站仪三角高程测量法，在线监测主要有GNSS定位法和雷达监测法。其中，人工监测中的全站仪三角高程测量法和在线监测中的雷达监测法需要工作站与边坡各监测点需要通视。由于不稳定边一般是需要工程治理或生态恢复治理，因此全站仪三角高程测量法主要应用于工程治理（如锚喷）的边坡，而雷达监测法一般用于大型矿山的排土场边坡和采场最终边坡。对于一般的绿化生态恢复治理的边坡，采用GNSS定位法进行在线监测，该方法不需要通视条件即可以进行。

3点位布设

相比于GNSS人工监测，GNSS在线监测成本较高，需要的设备多，系统需要经常性地进行维护。因此，监测点一般布设在变形特征点或具有几何代表性的位置上，不宜过多，节省投资。紫金山B块边坡为沿原沟谷长条形分布，几何形状清晰，在边坡顶、中、底部分别布设1个监测点，共3个监测点，在一个剖面线上分别相隔两个台阶上面布设，命名为A0-1、A0-2、A0-3三个监测点，如下图2所示。由于紫金山已建立了CORS参考站，可以利用该参考站作为在线监测系统的基准点，无需再设立单独的基准点，节省投资，系统也更为稳定，减少系统维护。

图2紫金山B块边坡GNSS在线监测点位布设图

4监测点施工

在线监测点施工需要在点位布设图中取坐标，得到坐标后在现场进行定点放样，做好标记后再进行施工作业。紫金山B块边坡根据实际情况，供电系统采用的是太阳能供电系统，设置有栅栏和避雷系统，监测桩立柱采用的是钢材加工而成，其施工后效果如图3所示。

图3紫金山B块边坡GNSS在线监测点效果图

5在线监测软件

在线监测软件为B/S模式，用户可以通过PC连接互联网就可以查看系统，也可以通过手机上的APP查看系统运行情况。在线监测系统可以分为表面位移监测、数据导入、系统管理三个主菜单，其中表面位移监测又分为位移变化趋势图、断面曲线图、速度、散点图、平面矢量图、数据列表、报警查询、周/月报表、任意时间报表等。用户可以根据需求对系统功能进行操作，选择需要的数据进行搜索、查询、导入、导出、报警查询等。此外，系统还接入了现场声光报警、手机短信报警、邮件报警等功能。用户可以第一时间对报警信息进行查看，从而在最短的时间内做出决策，为减少灾害带来的损失降到最小。软件主界面如下图4所示。

图4紫金山B块边坡GNSS在线监测软件主界面示意图

6应用评价

基于单基站CORS的GNSS在线监测系统在大型矿山具有很好的可拓展性，用户可以根据需求对不同类型的边坡进行GNSS在线监测点布设，通过1+N模式实现多点共用一个基准点，不必每个边坡都进行设置基准点。紫金山B块边坡由于是由废弃的矿碴堆筑而成，由于边坡陡，面积大，无法实现人工巡检，而设置GNSS在线监测就可以实时了解边坡的安全运行情况，通过对监测数据的管理和分析，预测边坡变形趋势，从而达到对边坡进行超前管理的目的，及时采取更加安全的工程治理措施，如锚杆、锚索等工程治理措施。

在实际应用中，由于GNSS在线监测受多路径效应的影响，监测数据往往会出现非正常误报警，在可以看到整个边坡的地方设置高清摄像头，当监测数据出现报警时可以及时通过远程摄像头对现场进行巡检和查看，如边坡未发生明显的滑坡便可以解除报警。在边坡确实发生了滑坡时，也可以利用该高清摄像头进行现场查看，了解现场的实时情况，为调度指挥提供决策信息，及时为抢险指挥部提供前方最新状况，将灾害影响程度降到最低。

7结尾语

    随着我国北斗导航系统的不断进步和发展，逐步在国民经济的各行各业中得到应用，为用户提供更加高效和高精度的位置服务。矿业开发过程中是对自然山体中的含有矿物成分的岩土体进行选矿作业，提炼出人们需要的矿物质，剩下的矿碴往往堆积在一起，形成不稳定的人工边坡。这些边坡由于体积大且无法通视，用传统的光学测绘方法不法进行安全监测，必须采用GNSS卫星定位的方法进行安全监测，通过矿区已建立的单基站CORS作为基准点，实现差分数据短基线处理，提高测量精度，利用通讯线路将数据实时进行传输和管理，最后利用专业的软件对成果数据进行输出和分析，得到用户想要的结果，从而实现对矿山人为堆积体边坡的实时监测。

8参考文献

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作者简介：

刘国元（1984-），男，福建省上杭人，工程师。主要从事大坝边坡安全监测、矿区地质灾害防治技术等研究工作。