GNSS边坡监测系统在露天矿边坡稳定性预警中的实践

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　　GNSS 边坡监测系统在露天矿边坡稳定性预警中的实践

　　一、露天矿边坡监测的特殊性与挑战

　　露天矿作为典型的大型人工开挖工程，其边坡具有高度大、范围广、地质条件复杂的特点，且受爆破作业、矿石开采、降雨渗透等因素影响，边坡岩体易发生渐进式变形，一旦失稳将引发滑坡灾害，不仅会导致设备损毁、生产中断，更可能造成重大人员伤亡。与公路、铁路边坡相比，露天矿边坡监测面临三大核心挑战：一是边坡动态变化频繁，爆破震动会导致岩体瞬时位移，需监测系统具备高采样率以捕捉瞬时变形;二是作业环境恶劣，粉尘浓度高、电磁干扰强，对监测设备的抗干扰能力要求严苛;三是监测范围广，单个露天矿边坡长度常达数千米，需实现大范围、高密度的监测覆盖，传统人工测量手段难以满足实时性与连续性需求。

　　在此背景下，GNSS 边坡监测系统凭借全天候、高精度、实时连续的技术优势，成为露天矿边坡稳定性预警的核心技术手段，可有效弥补传统监测方法的短板，为露天矿安全生产提供关键技术支撑。

　　二、露天矿 GNSS 边坡监测系统的定制化设计

　　针对露天矿的特殊需求，GNSS 边坡监测系统需进行定制化开发，重点围绕硬件选型、布设方案与预警机制三方面构建：

　　(一)抗干扰硬件架构

　　硬件系统采用 “多模 GNSS 接收机 + 高增益抗干扰天线 + 工业级数据传输终端" 的配置。接收机支持北斗、GPS、伽利略多系统融合定位，采样率提升至 10Hz~20Hz，可精准捕捉爆破引发的瞬时微位移;天线选用防尘、防腐蚀的高增益扼流圈天线，搭配金属屏蔽罩减少电磁干扰，确保在粉尘弥漫、机械轰鸣的矿场环境中稳定接收信号;数据传输终端采用 “5G + 工业以太网" 双模传输，5G 网络满足偏远矿区的数据实时回传需求，工业以太网则实现与矿山生产调度系统的无缝对接，便于数据共享与协同决策。此外，设备供电采用 “太阳能 + 锂电池 + 柴油发电机备份" 模式，适应露天矿无稳定市电、昼夜温差大的环境，保障系统全年连续运行。

　　(二)分层式布设方案

　　结合露天矿边坡 “台阶式" 开挖特征，采用 “基准站 + 监测站 + 复核站" 的分层布设方案：在矿场周边稳定基岩区域布设 1~2 个基准站，用于提供高精度差分定位基准，消除电离层、对流层延迟误差;在边坡各台阶平台、坡顶及坡脚关键区域，按 50~100 米间距布设监测站，重点覆盖爆破作业区、地下水富集区等风险点;在边坡中部变形敏感区域增设复核站，采用双机备份模式，避免单点设备故障导致的数据缺失。布设过程中，所有设备均安装在 3 米高的钢结构支架上，避开矿用卡车通行路线与爆破影响范围，同时配备防雷接地装置，抵御露天矿常见的雷雨天气干扰。

　　(三)分级预警机制

　　基于露天矿边坡变形规律，建立 “三级预警" 机制：一级预警(蓝色)对应边坡日均变形速率 0.5mm~1mm，系统自动推送提醒信息至矿场安全管理部门，启动加密监测;二级预警(橙色)对应日均变形速率 1mm~3mm，触发声光报警，调度中心通知作业区域人员、设备撤离至安全区域，并暂停爆破作业;三级预警(红色)对应日均变形速率超 3mm 或单次爆破后位移超 5mm，立即启动应急响应预案，封闭边坡作业面，组织全面排查与加固处理。预警阈值通过矿场历史变形数据与数值模拟计算确定，确保预警的科学性与准确性。

　　三、实践应用案例：某大型露天铁矿的监测实践

　　以我国北方某大型露天铁矿为例，该矿边坡最大高度达 120 米，共分为 8 个开采台阶，历曾发生 3 次小型滑坡事故，严重影响生产进度。2023 年，该矿引入 GNSS 边坡监测系统，布设 1 个基准站、22 个监测站与 3 个复核站，实现全边坡覆盖监测，监测周期为 12 个月。

　　系统运行期间展现出显著实践效果：一是监测精度与稳定性达标，水平位移精度 ±2mm，垂直位移精度 ±3mm，数据有效率达 99.2%，即使在爆破作业时段，设备仍能稳定采集数据，成功捕捉到爆破后边坡 0.8mm~1.2mm 的瞬时位移;二是提前预警边坡风险，运行第 8 个月，15 号监测站(位于第 5 台阶爆破区附近)日均变形速率从 0.6mm/d 升至 2.1mm/d，系统触发二级预警，矿方立即暂停该区域作业，组织地质人员现场核查，发现台阶岩体出现 2 条长度约 5 米的横向裂缝;三是指导应急处置，基于系统提供的变形趋势数据，矿方采用 “锚杆 + 锚索 + 喷浆" 的联合加固方案，加固后 15 号监测站变形速率回落至 0.3mm/d 以下，边坡恢复稳定，避免了一次可能造成千万元损失的滑坡事故。

　　此外，系统还与矿场生产调度系统实现数据联动，当监测数据异常时，调度系统自动调整开采计划，减少对高风险区域的扰动，实现 “监测 - 预警 - 处置" 的闭环管理，全年该矿边坡事故发生率同比下降 100%，开采作业效率提升 8%。

　　四、实践中的问题与优化方向

　　尽管 GNSS 边坡监测系统在露天矿实践中成效显著，但仍存在两方面不足：一是天气下信号稳定性待提升，冬季暴雪覆盖天线时，会导致信号遮挡，数据中断时长最长达 4 小时;二是多源数据融合不足，当前系统仅依赖 GNSS 数据，未与边坡渗压监测、应力监测数据联动，难以全面评估边坡稳定性。

　　未来优化可从两方面推进：一是升级硬件防护，为天线加装自动除雪装置与加热系统，避免冰雪遮挡，同时研发粉尘自动清洁功能，减少粉尘对信号接收的影响;二是构建多源数据融合平台，整合 GNSS 位移数据、渗压数据、应力数据，引入机器学习算法建立综合稳定性评估模型，进一步提升预警的准确性与前瞻性，助力露天矿边坡安全管理向 “主动预防" 转型。

　　五、实践总结

　　GNSS 边坡监测系统通过定制化设计，能够有效适配露天矿恶劣的作业环境与复杂的监测需求，在稳定性预警中发挥 “监测精准、预警及时、处置高效" 的核心作用。上述露天矿实践案例证明，该系统不仅能降低边坡灾害风险，更能保障生产连续性，为露天矿安全生产提供可靠的技术保障，具备在全国大型露天矿推广应用的价值。