浅谈单基站CORS在矿山堆浸场边坡稳定性安全监测中的设计与实现

浅谈单基站 CORS在矿山堆浸场边坡稳定性安全监测中的设计与实现

陆慧萍

（中化地质矿山总局广西地质勘查院， 530001）

摘要：矿山堆浸场边坡稳定性安全监测是采矿过程安全管理的重要任务之一。相较于传统的安全监测方法，基于GPS的单基站CORS系统，有可能成为监测矿山堆浸场等区域地表位移的一种经济有效的方法。据此出发，研究提出一种单基站CORS设计，并论述了单基站CORS的实现步骤和监测要点。实践证明，单基站CORS可应用于矿山堆浸场边坡位移监测，精度达到厘米级。

关键词：单基站CORS系统；矿山堆浸场；边坡稳定性；安全监测；系统应用

1. 引言

生物湿法冶金广泛应用于还原性生物浸出、稀土元素提取的生物处理、工业和电子废物的生物浸出以及多金属矿石提取方面。生物湿法冶金的重点是倾倒、堆放和浸出。^[1]其中，倾倒和堆放环节采取堆浸场的方式，在一些大型矿山中，堆浸场不仅规模大、数量多，而且边坡稳定性较差，易发生堆积体滑坡等灾害，影响矿山的正常开采和现场作业人员的人身财产安全。为此，需要对矿山堆浸场进行安全监测。传统监测方法不仅成本高，而且机动性不足，无法满足矿山堆浸场的安全监测需要。^[2]在此背景下，单基站CORS系统的出现，为矿山堆浸场边坡稳定性的安全监测指明了方向，提升安全监测水平。

2. 单基站CORS在矿山堆浸场边坡稳定性安全监测中的作用

随着社会发展和技术进步，人类的生产生活对矿产资源的依赖程度越来越深，国家新建各类大型和超大型矿山，以满足对矿产资源的需求。因而矿山堆浸场的数量和规模不断增加，矿山安全管理工作更加严峻。在大面积强降雨、排水管网失效、地震、颗粒堆积等多因素作用下，堆浸场上层泥灰层的质量不断恶化，且堆浸场层内孔隙压力逐渐增加，最终降低矿山堆浸场边坡稳定性能，导致滑坡、泥石流等地质灾害，严重威胁矿山的生产安全。

针对以上情况，采用位移监测方法在评估边坡稳定性方面发挥着重要作用。位移监测方法可采用全站仪视准线测小角法、全站仪三维坐标法等，旨在监测堆浸场边坡稳定情况，以便采取恰当应急处理措施。这些监测方法的优点是它们能够提供高精度的实时位移情况，缺点是仅能测量有限区域内地面某些点的位移，如需测量整个区域的位移，则需要配备大量设备，这将提高矿山成本且效率较低。^[4]因此传统的安全监测方法或因造价过高，导致矿山成本增加，降低矿山盈利；或受自身所限，无法提供全面监测，最终导致矿山堆浸场边坡稳定性安全监测无法落在实处。

基于单基站CORS系统的矿山边坡安全监测方法，其成本低、机动灵活、可复制和扩展性好，非常适用于大型矿山的堆浸场边坡稳定性安全监测，是监测广泛区域位移的方法之一。单基站CORS仅使用一套永久性连续运行参考站即可提供大范围地表位移分布情况，而无需在地表安装任何其他设备。单基站CORS系统通过GPS设备收集同一区域不同时间段的地表位移情况，并通过生成高分辨率图像创建地面地形图。单基站CORS系统同时又是一个服务器，可以在祛除地形图中的干扰信息后测量与地表之间的距离变化，在3-30m的空间范围内监测地表的位移分布情况。

3. 单基站CORS在矿山堆浸场边坡稳定性安全监测中的应用

3.1系统原理

单基站CORS系统的监测数据是平方根，误差为5.645TECU，标准差为1.834TECU，范围为6.443TECU，相关系数很小，约为0.17。总体而言，在单站预报方面表现出较高的智能性，无需为每个监测点设置独立的单站。^[6]图1显示了单基站CORS系统原理。

图1单基站CORS系统原理图

如图1所示，单基站CORS系统只有一个连续运行参考站，能够实现全年365天每天24小时连续不间断地运行，全面取代常规大地测量控制网。用户只需一台GNSS接收机即可进行毫米级、厘米级、分米级、米级的实时快速定位或事后定位，完成各项GNSS测量、定位、变形监测和放样作业。

3.2系统应用

外业测量前须设备是否能正常工作。利用铜线连接ＲＴＫ主机与监测桩的强制对中基座，连接时需注意连接杆与基座、连接杆与ＲＴＫ主机的连接螺丝必须拧紧，拧紧后不能随意移动主机直至监测完成。利用蓝牙功能将手薄与ＲＴＫ主机建立连接，并与单基站CORS建立通讯，在手簿提示登录成功、显示有固定值后方可进行监测，以保证数据精度。

此次所设计的单基站CORS安全监测系统可应用于高度大于150m、底倾角为14°N/165°E、坡度为20°的矿山堆浸场。本文中矿山堆浸场堆积体主要由砂岩和粘土岩组成，多处有泥浆和石桩，粘土硬度8MPa，剖析结果表明，晶粒尺寸向基部逐渐增大。根据现场调查发现，堆浸场有滑坡迹象。在堆浸场顶部和中部之间观察到圆形破坏，高约300m，距顶部45m，下降10m；在底部发现了持续流动的清水渗流，但滑坡没有明显的扰动，外部荷载也没有变化。而该矿山地下水由降雨及其渗流补给，与降雨强度成正比，甚至在降雨24h后渗流增加，因此该堆浸场极有可能发生滑坡。基于人工和裸眼测压计的测量结果，本次在排水条件下对地下水位进行建模，监测矿山堆浸场边坡位移情况。具体的监测数据变化如图2所示。

图2矿山堆浸场边坡稳定性监测变化曲线

根据图2所示结果，第2、5、6周期的均方根误差大于其他周期。这些时期的垂直基线长度大于200m，这意味着垂直基线长度也是单基站CORS系统获得更好结果的重要参数。与GPS结果相比，更新后的单基站CORS系统可以提供均方根误差小于10mm的良好结果。因此，建议选择垂直基线较短的数据，以保证监测结果为厘米级精度。

4. 结论

综上所述，单基站CORS系统在矿山堆浸场边坡位移监测中，具有较高的适用性。所设计的单基站CORS系统，可以通过现场更新来克服误差影响，位移误差将保持在10–20mm内。与传统的安全监测方法相比，使用单基站CORS系统可以提供均方根误差小于10mm的良好结果。如果监测要求厘米级精度，建议选择垂直基线较短的数据。总体来说，采用单基站CORS系统是矿山堆浸场边坡位移监测的有效解决方案之一。当然，在将单基站CORS系统应用于矿山堆浸场边坡位移监测之前，检查和更新非常重要。

参考文献

[1]李畅.不同定位模式下北斗单基站CORS定位精度分析[J].测绘与空间地理信息，2021，44(S1):114-116.

[2]赖华平，王训军.徕卡GR30单基站CORS网建立及应用[J].铜业工程，2020(06):24-26+50.

[3]张少鹏，柏林，孙小荣，朱海宁.单基站CORS坐标参考基准升级与精度分析[J].测绘与空间地理信息，2020，43(11):169-172.

[4]黄书捷.基于TEQC与QCVIEW32的单基站CORS数据质量分析[J].长春工程学院学报(自然科学版)，2020，21(03):75-77.

[5]张立川，石剑锋，刘林红，ThanZawMin，梁新星，赵声贵，盛汝国.某生物堆浸场无人机适航管理体系和作业流程[J].云南冶金，2020，49(03):131-140.

[6]张立川，刘林红，梁新星，赵声贵，吴程赟，盛汝国.无人机影像采集与DSM/DEM模型在铜堆浸场的应用[J].云南冶金，2019，48(06):82-88.