GPS在露天礦邊坡變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

1、第25卷2009年第4期7月鈾礦地質(zhì)Uranium GeologyVol 125J ul 1No 142009GPS 在露天礦邊坡變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用朱煜峰1,朱國(guó)根2,潘家永1,王飛3(11東華理工大學(xué),江西撫州344000;21中核撫州金安鈾業(yè)有限公司,江西撫州344300;31中鐵十局十公司,江蘇無(wú)錫214011摘要依據(jù)GPS 系統(tǒng)定位精度高,不受氣候、晝夜等影響的特點(diǎn),結(jié)合我國(guó)某大型露天鈾礦邊坡的實(shí)際情況,介紹了GPS 露天礦邊坡監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基本情況,并對(duì)GPS 在露天礦邊坡監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行了探討。關(guān)鍵詞GPS ;邊坡;變形監(jiān)測(cè)文章編號(hào)100020658(20090420253204中圖分類

2、號(hào)V24;TD76文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(40874010;江西省數(shù)字國(guó)土重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放研究基金資助項(xiàng)目(DLLJ200912;核資源與環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室東華理工大學(xué)資助項(xiàng)目(081213。收稿日期2008204228改回日期200821029作者簡(jiǎn)介朱煜峰(19812,男,講師,碩士研究生,現(xiàn)在東華理工大學(xué)地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院從事測(cè)繪教學(xué)科研工作。E 2mail :yfzhu ecit 1edu 1cn1引言露天礦山和廢石堆邊坡管理是安全生產(chǎn)管理的重點(diǎn)之一,一旦發(fā)生滑坡等地質(zhì)災(zāi)害將給社會(huì)、礦山工程建設(shè)和生產(chǎn)帶來(lái)極大影響,甚至造成生命財(cái)產(chǎn)的巨大損失1。近幾年,國(guó)內(nèi)外

3、許多礦山利用GPS 2R T K (GPS 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)露天礦邊坡的準(zhǔn)實(shí)時(shí)、準(zhǔn)動(dòng)態(tài)三維監(jiān)測(cè),取得了良好的效果。筆者通過(guò)對(duì)某露天鈾礦邊坡的理論分析和現(xiàn)場(chǎng)考察,提出利用GPS 2R T K 技術(shù)對(duì)該露天礦邊坡進(jìn)行變形監(jiān)測(cè),達(dá)到及時(shí)、高效、準(zhǔn)確預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害事故發(fā)生的目的,實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)工作方式向現(xiàn)代化管理的根本性轉(zhuǎn)變。2GPS 露天鈾礦邊坡監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成211系統(tǒng)配置全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS 由空間段、控制段(地面段和用戶段3部分組成?？臻g部分為GPS 的衛(wèi)星群,有24顆衛(wèi)星在6個(gè)不同的軌道上運(yùn)行。GPS 工作衛(wèi)星的地面監(jiān)控系統(tǒng)包括1個(gè)主控站、3個(gè)注入站和5個(gè)監(jiān)測(cè)站?？刂撇糠衷O(shè)置在美國(guó)科羅拉多

4、州斯普林斯市,由美國(guó)空軍管理2。控制站監(jiān)控衛(wèi)星的運(yùn)行,處理無(wú)線電信號(hào)以保證所要求的精度。用戶系統(tǒng)的硬件包括基站GPS 接收機(jī)一臺(tái)套、流動(dòng)站GPS 接收機(jī)一臺(tái)套,系統(tǒng)軟件包括GPS 2R T K 系統(tǒng)自身攜帶的衛(wèi)星信息接收及數(shù)據(jù)處理軟件以及自主開發(fā)的邊坡穩(wěn)定監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理與分析軟件(圖1。為了克服監(jiān)254鈾礦地質(zhì)第25卷測(cè)中的系統(tǒng)誤差,監(jiān)測(cè)時(shí)基站GPS 接收機(jī)與流動(dòng)站GPS 接收機(jī)的接收天線均應(yīng)卸掉基座,將流動(dòng)站GPS 接收機(jī)天線與固定的垂準(zhǔn)桿連接,以消除基站天線高與流動(dòng)站天線高測(cè)量誤差對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果的影響,從而提高監(jiān)測(cè)精度。 圖1GPS 露天礦山邊坡自動(dòng)變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig 11GPS syst

5、em for automatic monitoring t he deformation of slide slope in open pit mine212動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建立21211GPS 監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)的確定觀測(cè)基點(diǎn)必須定期進(jìn)行檢驗(yàn),確定其可能出現(xiàn)的位移,監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移量必須代表礦山巖體邊坡的位移量。選擇監(jiān)測(cè)點(diǎn)點(diǎn)位時(shí),必須考慮測(cè)量方便和監(jiān)測(cè)人員的安全3。按規(guī)范要求,測(cè)量精度應(yīng)符合以下規(guī)定:對(duì)巖質(zhì)邊坡監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移測(cè)量中誤差,水平方向?yàn)?#177;4mm ;垂直方向?yàn)?#177;2mm ;對(duì)軟質(zhì)邊坡水平方向誤差為±6mm ,垂直方向誤差為±3mm ;對(duì)風(fēng)化巖邊坡,水平方向誤

6、差為±10mm ,垂直方向誤差為±5mm 。對(duì)于硬巖、軟巖和風(fēng)化巖邊坡,監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水平(或垂直位移分別大于14、20和30mm 時(shí),可認(rèn)定為滑坡期開始,應(yīng)進(jìn)行全面監(jiān)測(cè);觀測(cè)周期應(yīng)根據(jù)邊坡分級(jí)、變形活躍程度等方面綜合確定4。試驗(yàn)地點(diǎn)選在某露天鈾礦。該礦采用露天與豎井聯(lián)合開采方式,露天礦已經(jīng)結(jié)束了開采,屬于深凹帶狀露天開采礦山,礦坑沿走向長(zhǎng)約2km ,寬約500m ,開采深度為25777m ,開采梯段高10m ,每隔5個(gè)梯段留一個(gè)永久保安臺(tái)階。根據(jù)邊坡地質(zhì)條件和環(huán)境要求,將該邊坡分為3級(jí)。級(jí)邊坡:位于采場(chǎng)南、東邊幫盡頭。邊坡巖體主要由各種千糜變質(zhì)巖組成,斷裂構(gòu)造比較發(fā)育,有3條斷

7、層基本上為順坡斷層,時(shí)有小型滑塌現(xiàn)象發(fā)生,對(duì)邊坡穩(wěn)定性十分不利。另外該邊坡和底部有地下貫通的充填井、通風(fēng)井,一旦該部位塌方將直接危及到地下礦山的正常生產(chǎn)和安全,對(duì)此部位應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)監(jiān)測(cè),進(jìn)行一級(jí)維護(hù)。級(jí)邊坡:位于采場(chǎng)南偏西部位,為采場(chǎng)垂直高度最大的邊坡,邊坡總垂高超過(guò)180m ,但邊坡巖體為流紋英安巖,相對(duì)比較穩(wěn)定。邊坡下設(shè)有露天礦坑排水泵房、變電站等。級(jí)邊坡:位于采場(chǎng)北東端幫,為采場(chǎng)轉(zhuǎn)折端,呈半圓形邊坡,垂直高度相對(duì)較小,保安臺(tái)階平臺(tái)較寬,邊坡總體穩(wěn)定性相對(duì)較好。另外一區(qū)位于采場(chǎng)北西邊幫,巖體結(jié)構(gòu)以塊狀結(jié)構(gòu)為主,破壞模式受結(jié)構(gòu)面及其組第4期朱煜峰,等:GPS在露天礦邊坡變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用255合

8、控制?？紤]到這兩個(gè)區(qū)段邊坡無(wú)重要設(shè)施,自穩(wěn)定性相對(duì)較好,將其設(shè)為級(jí)監(jiān)控邊坡。監(jiān)測(cè)網(wǎng)的布置形式:可分為正方格網(wǎng)、任意方格網(wǎng)、十字交叉網(wǎng)、射線網(wǎng)和基線交點(diǎn)網(wǎng)等5種5。采用何種監(jiān)測(cè)網(wǎng)要根據(jù)觀測(cè)區(qū)的地形條件確定。21212露天礦邊坡GPS基線向量網(wǎng)的布設(shè)根據(jù)該露天礦邊坡現(xiàn)狀,擬布設(shè)14個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)及2個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn),共16個(gè)點(diǎn)。按每點(diǎn)設(shè)站兩次;4臺(tái)接收機(jī)同時(shí)觀測(cè),可得到滿足精度的最少觀測(cè)時(shí)段數(shù)為8;總基線數(shù)為48;必要基線數(shù)為15;獨(dú)立基線數(shù)為24。213動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)過(guò)程由于靜態(tài)觀測(cè)精度高,一般GPS形變監(jiān)測(cè)均采用雙頻靜態(tài)定位方式。該礦如果采用4臺(tái)Leica接收機(jī)進(jìn)行同步觀測(cè),至少有一臺(tái)應(yīng)架設(shè)在基準(zhǔn)站上,另外3臺(tái)在

9、待測(cè)點(diǎn)或另一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)上流動(dòng)觀測(cè),最后求出流動(dòng)站相對(duì)于基準(zhǔn)站的相對(duì)關(guān)系,以及每個(gè)流動(dòng)站的三維空間坐標(biāo)。由于靜態(tài)雙頻接收機(jī)的精度達(dá)到3 mm+1pp m,0和基準(zhǔn)點(diǎn)之間的距離不大于2 km,在此前提下完全可以將衡量測(cè)量精度的中誤差控制在45mm之間。一般監(jiān)測(cè)點(diǎn)為1個(gè)觀測(cè)時(shí)段,段長(zhǎng)為1 h,對(duì)重要監(jiān)測(cè)點(diǎn)觀測(cè)的時(shí)段為2h,且要求2個(gè)或2個(gè)以上的觀測(cè)時(shí)段。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可自動(dòng)處理,計(jì)算相應(yīng)的基線向量,并調(diào)出相位雙差參差圖,仔細(xì)觀察和研究其變化,對(duì)于波動(dòng)起伏超過(guò)限差要求的應(yīng)進(jìn)行重新測(cè)量。初步擬定2周為一個(gè)監(jiān)測(cè)周期,在監(jiān)測(cè)過(guò)程中,不斷根據(jù)上一時(shí)段監(jiān)測(cè)結(jié)果和邊坡穩(wěn)定程度,分析確定下一時(shí)段監(jiān)測(cè)周期。根據(jù)該露天礦邊坡位

10、置的重要性和危險(xiǎn)程度,可進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)或階段性間斷觀測(cè)。整個(gè)系統(tǒng)的接收機(jī)將觀測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂浦行倪M(jìn)行處理、分析、貯存。整個(gè)系統(tǒng)全自動(dòng),應(yīng)用廣播星歷12h GPS觀測(cè)資料,解算監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水平和垂直精度均小于115mm,6h GPS觀測(cè)資料,解算監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水平和垂直精度小于1mm。3GPS應(yīng)用于露天礦山邊坡變形監(jiān)測(cè)中的優(yōu)勢(shì)通過(guò)理論分析,GPS2R T K技術(shù)現(xiàn)階段完全可以滿足露天礦山的邊坡變形監(jiān)測(cè),它具有以下明顯的優(yōu)勢(shì):(1監(jiān)測(cè)精度高。應(yīng)用實(shí)踐證明:在50 km以內(nèi)時(shí),GPS邊長(zhǎng)相對(duì)定位精度可達(dá)10-6,將監(jiān)測(cè)基點(diǎn)選擇在遠(yuǎn)離露天礦山開挖范圍的穩(wěn)定參考基準(zhǔn)點(diǎn)上,能保證較高的測(cè)量精度。(2監(jiān)測(cè)時(shí)間短。隨著G

11、PS系統(tǒng)的不斷完善與軟件的不斷更新,目前20km以內(nèi)相對(duì)靜態(tài)定位僅需1520min;對(duì)于快速靜態(tài)相對(duì)定位測(cè)量,當(dāng)每個(gè)流動(dòng)站與基準(zhǔn)站相距15km以內(nèi)時(shí),流動(dòng)站觀測(cè)時(shí)間只需1 2min;用于動(dòng)態(tài)相對(duì)定位測(cè)量時(shí),流動(dòng)站出發(fā)時(shí)觀測(cè)12min,然后可隨時(shí)定位,每站觀測(cè)只需幾秒種。(3監(jiān)測(cè)范圍廣?？蓪?duì)較大的礦區(qū)范圍進(jìn)行批量監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)。(4監(jiān)測(cè)站間無(wú)需通視。GPS測(cè)量不需要測(cè)站之間相互通視,只需測(cè)站上空開闊即可。因此采用該法監(jiān)測(cè)不僅監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)靈活,而且可節(jié)省大量的造標(biāo)費(fèi)用。(5獲得監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移信息的三維變化。(6氣候條件對(duì)觀測(cè)影響較小,可進(jìn)行連續(xù)觀測(cè);GPS外業(yè)及內(nèi)業(yè)作業(yè)簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)自動(dòng)處理。GPS測(cè)量手段在

12、很大程度上克服了地形因素對(duì)測(cè)量過(guò)程的影響,因此可以完成傳統(tǒng)測(cè)量手段難以完成或無(wú)法完成的監(jiān)測(cè)工作。4結(jié)束語(yǔ)目前,隨著GPS測(cè)量技術(shù)的不斷完善與測(cè)量精度的不斷提高,GPS設(shè)備價(jià)格的不斷降低,以及GPS自身不受氣候及晝夜影響的優(yōu)勢(shì),必將使GPS2R T K技術(shù)在我國(guó)防災(zāi)治災(zāi)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。本文結(jié)合露天礦256鈾礦地質(zhì)第25卷的實(shí)際情況,對(duì)GPS2R T K技術(shù)變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在邊坡中的應(yīng)用進(jìn)行了深入的分析和探討,并對(duì)該系統(tǒng)應(yīng)用于露天礦的優(yōu)勢(shì)做了闡述,旨在對(duì)GPS2R T K技術(shù)推廣應(yīng)用,促進(jìn)礦山傳統(tǒng)技術(shù)的改造,以達(dá)到提高對(duì)露天礦山邊坡管理和預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的目的。參考文獻(xiàn)1李紅中1邊坡變形監(jiān)測(cè)技

13、術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)J.中國(guó)水運(yùn),20081(1:545512徐紹銓,等1GPS測(cè)量原理及應(yīng)用M.武漢:武漢大學(xué)出版社,200113羅旭,等1GPS在露天礦的應(yīng)用研究與探討J.露天采礦技術(shù),20031(2:313314夏訓(xùn)清,等1GPS邊坡變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理與精度分析J.中國(guó)礦業(yè),20061(1:65671 5苗勝軍,等1深凹露天礦GPS邊坡變形監(jiān)測(cè)J.北京科技大學(xué)學(xué)報(bào),20061(6:5155181The application of GPS to the deformation monitoringof side slope in open2pit uranium minesZHU Yu2fen

14、g1,ZHU Guo2gen2,PAN Jia2yong1,WAN G Fei3(11East China I nstit ute of Technolog y,Fuz hou,344000;21Fu Zhou J i n2A nUrani um I ndust ry L i mited Com pany,Fuz hou,J iang x i344000China;31China rail w ay lot h B ureau Grou p CO,L T D W u xi,J i angsu21401,Chi naAbstract:GPS has t he characters,such as

15、 higher accuracy,not influenced by weat her and day time. According to act ual circumstance of a open pit uranium mine in China1This paper introduces a system to monit t he deformation of side sloping and it s detail application in a open pit mine1K ey w ords:GPS;side slope;deformation monitoring(上接

16、第239頁(yè),Continued f rom page239Lithology identif ication based on artif icial neural net w orksL I Ji2an,ZHAO J un2hui(Research I nstit ute N o1203,CN N C,X iany ang,S haanxi712000,ChinaAbstract:Starting wit h the mechanism and characteristics of neural networks,t he aut hors discussed t he fisibility and superior to identify t he lit hology wit h artificial neural networks1Lit hology identification of t he t hird lit hological member(t he main set of uranium ore body occuringof Shihongtan uranium deposit wit h t his met hods are consistent w