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　　GNSS 邊坡監(jiān)測系統(tǒng)在露天礦邊坡穩(wěn)定性預(yù)警中的實(shí)踐

　　一、露天礦邊坡監(jiān)測的特殊性與挑戰(zhàn)

　　露天礦作為典型的大型人工開挖工程，其邊坡具有高度大、范圍廣、地質(zhì)條件復(fù)雜的特點(diǎn)，且受爆破作業(yè)、礦石開采、降雨滲透等因素影響，邊坡巖體易發(fā)生漸進(jìn)式變形，一旦失穩(wěn)將引發(fā)滑坡災(zāi)害，不僅會導(dǎo)致設(shè)備損毀、生產(chǎn)中斷，更可能造成重大人員傷亡。與公路、鐵路邊坡相比，露天礦邊坡監(jiān)測面臨三大核心挑戰(zhàn)：一是邊坡動態(tài)變化頻繁，爆破震動會導(dǎo)致巖體瞬時位移，需監(jiān)測系統(tǒng)具備高采樣率以捕捉瞬時變形;二是作業(yè)環(huán)境惡劣，粉塵濃度高、電磁干擾強(qiáng)，對監(jiān)測設(shè)備的抗干擾能力要求嚴(yán)苛;三是監(jiān)測范圍廣，單個露天礦邊坡長度常達(dá)數(shù)千米，需實(shí)現(xiàn)大范圍、高密度的監(jiān)測覆蓋，傳統(tǒng)人工測量手段難以滿足實(shí)時性與連續(xù)性需求。

　　在此背景下，GNSS 邊坡監(jiān)測系統(tǒng)憑借全天候、高精度、實(shí)時連續(xù)的技術(shù)優(yōu)勢，成為露天礦邊坡穩(wěn)定性預(yù)警的核心技術(shù)手段，可有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)監(jiān)測方法的短板，為露天礦安全生產(chǎn)提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。

　　二、露天礦 GNSS 邊坡監(jiān)測系統(tǒng)的定制化設(shè)計(jì)

　　針對露天礦的特殊需求，GNSS 邊坡監(jiān)測系統(tǒng)需進(jìn)行定制化開發(fā)，重點(diǎn)圍繞硬件選型、布設(shè)方案與預(yù)警機(jī)制三方面構(gòu)建：

　　(一)抗干擾硬件架構(gòu)

　　硬件系統(tǒng)采用 “多模 GNSS 接收機(jī) + 高增益抗干擾天線 + 工業(yè)級數(shù)據(jù)傳輸終端" 的配置。接收機(jī)支持北斗、GPS、伽利略多系統(tǒng)融合定位，采樣率提升至 10Hz~20Hz，可精準(zhǔn)捕捉爆破引發(fā)的瞬時微位移;天線選用防塵、防腐蝕的高增益扼流圈天線，搭配金屬屏蔽罩減少電磁干擾，確保在粉塵彌漫、機(jī)械轟鳴的礦場環(huán)境中穩(wěn)定接收信號;數(shù)據(jù)傳輸終端采用 “5G + 工業(yè)以太網(wǎng)" 雙模傳輸，5G 網(wǎng)絡(luò)滿足偏遠(yuǎn)礦區(qū)的數(shù)據(jù)實(shí)時回傳需求，工業(yè)以太網(wǎng)則實(shí)現(xiàn)與礦山生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)的無縫對接，便于數(shù)據(jù)共享與協(xié)同決策。此外，設(shè)備供電采用 “太陽能 + 鋰電池 + 柴油發(fā)電機(jī)備份" 模式，適應(yīng)露天礦無穩(wěn)定市電、晝夜溫差大的環(huán)境，保障系統(tǒng)全年連續(xù)運(yùn)行。

　　(二)分層式布設(shè)方案

　　結(jié)合露天礦邊坡 “臺階式" 開挖特征，采用 “基準(zhǔn)站 + 監(jiān)測站 + 復(fù)核站" 的分層布設(shè)方案：在礦場周邊穩(wěn)定基巖區(qū)域布設(shè) 1~2 個基準(zhǔn)站，用于提供高精度差分定位基準(zhǔn)，消除電離層、對流層延遲誤差;在邊坡各臺階平臺、坡頂及坡腳關(guān)鍵區(qū)域，按 50~100 米間距布設(shè)監(jiān)測站，重點(diǎn)覆蓋爆破作業(yè)區(qū)、地下水富集區(qū)等風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn);在邊坡中部變形敏感區(qū)域增設(shè)復(fù)核站，采用雙機(jī)備份模式，避免單點(diǎn)設(shè)備故障導(dǎo)致的數(shù)據(jù)缺失。布設(shè)過程中，所有設(shè)備均安裝在 3 米高的鋼結(jié)構(gòu)支架上，避開礦用卡車通行路線與爆破影響范圍，同時配備防雷接地裝置，抵御露天礦常見的雷雨天氣干擾。

　　(三)分級預(yù)警機(jī)制

　　基于露天礦邊坡變形規(guī)律，建立 “三級預(yù)警" 機(jī)制：一級預(yù)警(藍(lán)色)對應(yīng)邊坡日均變形速率 0.5mm~1mm，系統(tǒng)自動推送提醒信息至礦場安全管理部門，啟動加密監(jiān)測;二級預(yù)警(橙色)對應(yīng)日均變形速率 1mm~3mm，觸發(fā)聲光報(bào)警，調(diào)度中心通知作業(yè)區(qū)域人員、設(shè)備撤離至安全區(qū)域，并暫停爆破作業(yè);三級預(yù)警(紅色)對應(yīng)日均變形速率超 3mm 或單次爆破后位移超 5mm，立即啟動應(yīng)急響應(yīng)預(yù)案，封閉邊坡作業(yè)面，組織全面排查與加固處理。預(yù)警閾值通過礦場歷史變形數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬計(jì)算確定，確保預(yù)警的科學(xué)性與準(zhǔn)確性。

　　三、實(shí)踐應(yīng)用案例：某大型露天鐵礦的監(jiān)測實(shí)踐

　　以我國北方某大型露天鐵礦為例，該礦邊坡最大高度達(dá) 120 米，共分為 8 個開采臺階，歷曾發(fā)生 3 次小型滑坡事故，嚴(yán)重影響生產(chǎn)進(jìn)度。2023 年，該礦引入 GNSS 邊坡監(jiān)測系統(tǒng)，布設(shè) 1 個基準(zhǔn)站、22 個監(jiān)測站與 3 個復(fù)核站，實(shí)現(xiàn)全邊坡覆蓋監(jiān)測，監(jiān)測周期為 12 個月。

　　系統(tǒng)運(yùn)行期間展現(xiàn)出顯著實(shí)踐效果：一是監(jiān)測精度與穩(wěn)定性達(dá)標(biāo)，水平位移精度 ±2mm，垂直位移精度 ±3mm，數(shù)據(jù)有效率達(dá) 99.2%，即使在爆破作業(yè)時段，設(shè)備仍能穩(wěn)定采集數(shù)據(jù)，成功捕捉到爆破后邊坡 0.8mm~1.2mm 的瞬時位移;二是提前預(yù)警邊坡風(fēng)險(xiǎn)，運(yùn)行第 8 個月，15 號監(jiān)測站(位于第 5 臺階爆破區(qū)附近)日均變形速率從 0.6mm/d 升至 2.1mm/d，系統(tǒng)觸發(fā)二級預(yù)警，礦方立即暫停該區(qū)域作業(yè)，組織地質(zhì)人員現(xiàn)場核查，發(fā)現(xiàn)臺階巖體出現(xiàn) 2 條長度約 5 米的橫向裂縫;三是指導(dǎo)應(yīng)急處置，基于系統(tǒng)提供的變形趨勢數(shù)據(jù)，礦方采用 “錨桿 + 錨索 + 噴漿" 的聯(lián)合加固方案，加固后 15 號監(jiān)測站變形速率回落至 0.3mm/d 以下，邊坡恢復(fù)穩(wěn)定，避免了一次可能造成千萬元損失的滑坡事故。

　　此外，系統(tǒng)還與礦場生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)聯(lián)動，當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)異常時，調(diào)度系統(tǒng)自動調(diào)整開采計(jì)劃，減少對高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的擾動，實(shí)現(xiàn) “監(jiān)測 - 預(yù)警 - 處置" 的閉環(huán)管理，全年該礦邊坡事故發(fā)生率同比下降 100%，開采作業(yè)效率提升 8%。

　　四、實(shí)踐中的問題與優(yōu)化方向

　　盡管 GNSS 邊坡監(jiān)測系統(tǒng)在露天礦實(shí)踐中成效顯著，但仍存在兩方面不足：一是天氣下信號穩(wěn)定性待提升，冬季暴雪覆蓋天線時，會導(dǎo)致信號遮擋，數(shù)據(jù)中斷時長最長達(dá) 4 小時;二是多源數(shù)據(jù)融合不足，當(dāng)前系統(tǒng)僅依賴 GNSS 數(shù)據(jù)，未與邊坡滲壓監(jiān)測、應(yīng)力監(jiān)測數(shù)據(jù)聯(lián)動，難以全面評估邊坡穩(wěn)定性。

　　未來優(yōu)化可從兩方面推進(jìn)：一是升級硬件防護(hù)，為天線加裝自動除雪裝置與加熱系統(tǒng)，避免冰雪遮擋，同時研發(fā)粉塵自動清潔功能，減少粉塵對信號接收的影響;二是構(gòu)建多源數(shù)據(jù)融合平臺，整合 GNSS 位移數(shù)據(jù)、滲壓數(shù)據(jù)、應(yīng)力數(shù)據(jù)，引入機(jī)器學(xué)習(xí)算法建立綜合穩(wěn)定性評估模型，進(jìn)一步提升預(yù)警的準(zhǔn)確性與前瞻性，助力露天礦邊坡安全管理向 “主動預(yù)防" 轉(zhuǎn)型。

　　五、實(shí)踐總結(jié)

　　GNSS 邊坡監(jiān)測系統(tǒng)通過定制化設(shè)計(jì)，能夠有效適配露天礦惡劣的作業(yè)環(huán)境與復(fù)雜的監(jiān)測需求，在穩(wěn)定性預(yù)警中發(fā)揮 “監(jiān)測精準(zhǔn)、預(yù)警及時、處置高效" 的核心作用。上述露天礦實(shí)踐案例證明，該系統(tǒng)不僅能降低邊坡災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，更能保障生產(chǎn)連續(xù)性，為露天礦安全生產(chǎn)提供可靠的技術(shù)保障，具備在全國大型露天礦推廣應(yīng)用的價(jià)值。