韓 健

（華北地質勘查局五一四地質大隊，河北 承德 067000）

我國的礦山作業(yè)，在監(jiān)測設備以及監(jiān)測技術不成熟的過去，是一項危險的工作，礦山邊坡極易出現滑坡變形等事故，造成了大量的人員傷亡。邊坡可分為兩種形式，一種為人工邊坡另一種為自然邊坡，這其中也包含崩滑體。邊坡發(fā)生滑坡現象是一種破壞失穩(wěn)，即為一種復雜的地質災害過程，由于礦山邊坡的地質內部結構較為復雜，并且礦層的結構物質也不同，因此，組成邊坡破壞具有不同的模式。然而，影響到邊坡的穩(wěn)定性因素，其具有復雜性、多樣性的特點。礦山邊坡事故發(fā)生不僅會威脅作業(yè)礦工的生命安全，同時對于生產單位也會造成重大的經濟損失，對于正常生產工作也是致命的影響。而如何避免礦山邊坡出現事故，首要的便是對礦山邊坡進行高精度的監(jiān)測，對礦山邊坡事故進行預測，在發(fā)現明顯事故發(fā)生風險時，及時撤出作業(yè)人員和工作器械，能最大程度上防止或避免事故造成人員傷亡和財產損失。要實現對事故的預測以及預防，對于礦山邊坡進行精確監(jiān)測是首要要求，如何實現對礦山邊坡的精確觀測呢？對于工程定位及監(jiān)測工作來說，首要前提是建立具有相當精度的基準網，而要對礦山邊坡進行精確監(jiān)測能使用的方法中，首要的方法便是對礦山工程所指定的基準網進行平差[1]。

1 邊坡監(jiān)測概述

1.1 邊坡監(jiān)測的重要意義

露天礦山邊坡變形的監(jiān)基準點選在，是可以直接影響到邊坡監(jiān)測數據的可靠性。這就要求邊坡的基準點穩(wěn)定性，并盡可能不受到其他的不利因素影響。另外，在進行邊坡基準點選擇時，不但要考慮到露天礦山邊坡的變形的需求，還要對整個礦區(qū)的邊坡需要進行全面調查，要將監(jiān)測點建設在較為穩(wěn)定的地質層上。避免邊坡事故便是對工作人員以及工程財產設施的重要保護，所以，對礦山邊坡穩(wěn)定性的提高是多年來工程負責部門關注的重點，使用科學、精確的方法對礦山邊坡進行監(jiān)測，是對事故誘因進行檢查、排除的重要幫助。而在誘發(fā)礦山邊坡出現滑坡事故的誘因中，礦山邊坡出現的滑動以及內部施工造成的結構運動能夠被有效監(jiān)測并為采取危險消除措施提供幫助，對于邊坡的各種變形威脅，以及變形趨勢進行監(jiān)測和預告，對于事故的各項誘因進行分析排查，最大程度上對事故發(fā)生條件進行分析并及時報告在事故發(fā)生前避免事故發(fā)生，對于礦山生產安全、工作人員生命安全、工程單位財產損失都是極大地保護。

1.2 影響邊坡穩(wěn)定的主要因素

引發(fā)事故發(fā)生的誘因很多，包括礦山本地的地質條件，礦山內部的地質運動，以及氣候天氣等因素容易造成邊坡出現變形、滑動等情況；在礦山的生產作業(yè)中，生產作業(yè)有時會因工作需求對礦山邊坡進行作業(yè)，會影響邊坡穩(wěn)定性，誘發(fā)事故發(fā)生。

2 變形監(jiān)測基準網的設計與實施

2.1 測量規(guī)范依據

在執(zhí)行礦山邊坡監(jiān)測工作時需要嚴格執(zhí)行以下規(guī)范。首先，整個施工過程必要嚴格遵守并執(zhí)行國標《工程測量規(guī)范》的標準，確保其測量精度可以滿足水平位移，滿足三等變形的測量要求。在相關基準點位中出現的誤差，是制定相關基礎及標準數據的依據。觀測工作的開展需要有以下前提，在礦山工程中需要設定3個穩(wěn)定性能得到保證的點位作為監(jiān)測工作基準網設定的基準點，基準點需要保持穩(wěn)定，所以設定時需要對基準點設定位置的穩(wěn)定性進行勘測，而通視條件良好或需要進行測試的工程項目較少情況下，可以不用設置工作基點，在設置好的基準點上，直接將記住點設定成變形觀測點即可。

2.2 變形監(jiān)測基準網的質量標準

變形監(jiān)測基準網的設置，為了使網絡擁有更高的的質量，在設置時會對其進行設計優(yōu)化，在設置前需要設定一個可參照標準來判定該方案是否滿足變形監(jiān)測基準網執(zhí)行工作的要求。在目前的工作實踐中設計網絡時參考的受影響要素涵蓋了網絡的精度、可靠性以及靈敏度等等。

2.3 變形觀測點的布設

變形觀測點的布設一般要求根據條件盡可能將點位設置在現有的具有變形趨勢的點位，或容易發(fā)生變形情況的點位。在發(fā)生變形或移動情況后，并且有較大的移動幅度的情況時，可以在周圍布置增設基準點位，這樣可以更加準確的找到礦山邊坡發(fā)生的滑坡現象，及范圍。

在通過變相范圍的變形觀測點進行觀測時，可利用GPSRTK技術，進行點位設置，將設置各個位置的監(jiān)測點放在實際的位置上。

2.4 基準網網型的確定

本次監(jiān)測內容以大孤山礦山邊坡為例，以該地區(qū)的現場條件以及對設備，以及在精度要求的情況下，在網型上進行選擇。邊角網與GPS網都具有各自的優(yōu)勢特點，邊角網因其特殊的連接方式，保證了網絡的幾何強度，相對應的網絡的可靠性，可以更好得到保證，而外部工作的工作量和布設成本都能有效降低，所以在大孤山地區(qū)礦山邊坡的監(jiān)測工作選擇了邊角網。觀測作業(yè)模式采取傳統(tǒng)模式，經典靜態(tài)定位作業(yè)模式為基本標準數據，在進行研究工作時，所用的模擬實驗工作設備型號為：美國Trimble GPS5700 3臺套，改設備儀器的精度斜向局里為（10+2×10-6mm）·D。為了滿足礦山坡度精準點的作業(yè)滿足要求，觀測過程中需要在每個點位上架設兩次以上。由于礦山地形的不同，礦山邊坡的坡度相對較為陡峭，在部分地區(qū)進行GPS靜態(tài)觀測，所傳輸到的地質定位信息的衛(wèi)星數量較少，接受信息條件較差，為了接收到精確的定位信息，每個站點觀測時間需要保持兩個小時以上[2]。

3 觀測方法設計

3.1 平面觀測方法

所觀測到的平面測量方法，是利用靜態(tài)GPS測量法，在此基礎上，進行基礎導線性分布，形成一個較為合理的導線網，在進行網絡擴展時，要進行兩次觀測。這時要選用固定的工作人員進行現場觀測，另外，要進行內業(yè)計算，按照規(guī)定的日起流程、路線進行適當的觀測，當所觀測的基準點受到現場一定條件的制約時，就要加入改正數值。

圖1 大孤山地區(qū)鐵礦西北邊坡基準網示意圖

3.2 沉降觀測方法

高程控制測量方法是利用二等水測量方法，采用了往返觀測方式，或者是利用單程雙側站的測量方式。水準測量如果采用往返觀測方法時，其觀測可以分為以下幾種方式：

往測奇數站BFFB，偶數站FBBF。

返測奇數站FBBF，偶數站BFFB。

在利用精密的水準測量方法時，同時要進行觀測，構成一種閉合環(huán)，并選擇固定的并且責任心較強的相關工作人員，對觀測到的數據進行整理，記錄觀測成果數據；將原本固定所使用的基準點按規(guī)定日期進行監(jiān)測，同時，將方法及履行方式進行詳細觀測。另外，礦山邊坡的沉降點必須要選用點成觀測，并構成閉合環(huán)，將首次所觀測到的數據進行一次往返傳輸，受到周圍環(huán)境條件的制約要選用單程觀測構成閉合環(huán)，將首次觀測到的數據，進行一次往返，并受到現場條件的限制，不能做到前后視距相等，因此，所測的高差要加入i角影響的改正[3]。

3.3 建立回歸數學模型

回歸分析方法是變形監(jiān)測數據的一種傳統(tǒng)及常用的方法之一。變量之間具有一些不確定性因素及依賴關系，同時也可以利用回歸來進行分析，這里所運用的回歸分析則是一種數理的統(tǒng)計方法。在進行相應的數學表達方式要對其進行一定的精度評估嗎，這樣就可以對位置的矢量進行預測，研究其變化的規(guī)律，從而確定指導的科學決策指令。根據所建立出的回歸方案，可以對變形現象進行一定的分析。調用相關的數據，建立回歸模型，在Matlab統(tǒng)計工具箱中使用命令regress（）實現多元線性回歸，調用格式為：b=regress（y，x）或[b，bint，r，rint，stats]=regess（y，xalpha）其中：①y表示一個n－1的因變量數據矩陣。②x是np矩陣，自變量x和一列具有相同行數，值是1的矩陣的組合。如：對含常數項的一元回歸模型，可將x變?yōu)閚－2矩陣，其中第一列全為1。③alpha顯著性水平（缺省時設定為0.05），輸出向量b回歸系數估計值（并且第一個值表示常數，第二個值表示回歸系數）。④bint為b的置信區(qū)間。⑤r、rint為殘差及其置信區(qū)間。⑥stats是用于檢驗回歸模型的統(tǒng)計量，有四個數值，第一個是，其中r是相關系數；第二個是F統(tǒng)計量值；第三個是與統(tǒng)計量對應的概率P，當時拒絕，回歸模型成立；第四個是誤差方差估計值。

4 基準網的平差

4.1 間接平差法

間接平差法即具有多個未知量或然值需要確定時，通過量與量之間無聯(lián)系的獨立量作為組成用未知量表達測量的函數關系、列出誤差方程式，采用最小二乘法原理將質量的最或然值的求出的評測方法，是得出平差時最常采用的計算方法，因其數學模型制作相對簡單在評定平差值及函數精度時相對便利所以較為常用[4]。

在應用到基準網的平差計算中，通過對X點的選擇，使其觀測值具有一定的獨立未知量，并作為一定的計算參數，再將所選擇的X參數與函數，利用不同觀測值進行表達，同時建立起函數的數學模型，代入最小的二乘原理，利用求自由極值的方式，解除所選擇的參數，求出不同觀測值的平差值。

4.2 實現MATLAB間接平差程序設計

由于觀測時選擇的網絡為邊角網，并且在觀測后通過計算得到了未知邊距離以及方位，之后需要對邊角網進行平差，在各種平差方法的選擇上，仍采用間接平差法建立其數學模型。選擇的理由包括間接調整的以下優(yōu)點。其次，選擇的參數往往是調整后需要的最終結果。

5 結語

礦山作業(yè)中，礦山邊坡的變形誘因分析需要十分繁雜的過程且得到的結果并不能保證精確性，在建立符合礦山具體情況的變形模型是重要的分析步驟。傳統(tǒng)的單一預測模型無法滿足工程的各方面要求，Matlab能夠彌補傳統(tǒng)方式上的的諸多弊端，加上近年來廣泛應用的GPS全球定位系統(tǒng)網絡和數字水準儀等高科技裝備，不僅解決了傳統(tǒng)模式下網絡布置困難，布置網絡成本較高且耗時耗力，并且對精度的要求偏高的各方面弊端，同時能夠發(fā)揮Matlab的迅速且簡便的計算方式，在效率極高的同時還能夠保障計算得到的數據精度優(yōu)秀，在面對大型工程時處理數量龐大的且復雜的測量數據等各方面優(yōu)勢，為監(jiān)測者帶來立體直觀的監(jiān)測模型和數據，在防范礦山邊坡出現安全隱患時，以及針對引發(fā)事故的誘因防范方面能夠提供準確科學的依據和預測，既是為工程開展時提供數據上的安全保障，也是避免了出現事故帶來的生命財產安全損失，保障了我國礦業(yè)的安全發(fā)展。