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　　GNSS 邊坡監測系統在露天礦邊坡穩定性預警中的實踐

　　一、露天礦邊坡監測的特殊性與挑戰

　　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、地質條件復雜的特點，且受爆破作業、礦石開采、降雨滲透等因素影響，邊坡巖體易發生漸進式變形，一旦失穩將引發滑坡災害，不僅會導致設備損毀、生產中斷，更可能造成重大人員傷亡。與公路、鐵路邊坡相比，露天礦邊坡監測面臨三大核心挑戰：一是邊坡動態變化頻繁，爆破震動會導致巖體瞬時位移，需監測系統具備高采樣率以捕捉瞬時變形;二是作業環境惡劣，粉塵濃度高、電磁干擾強，對監測設備的抗干擾能力要求嚴苛;三是監測范圍廣，單個露天礦邊坡長度常達數千米，需實現大范圍、高密度的監測覆蓋，傳統人工測量手段難以滿足實時性與連續性需求。

　　在此背景下，GNSS 邊坡監測系統憑借全天候、高精度、實時連續的技術優勢，成為露天礦邊坡穩定性預警的核心技術手段，可有效彌補傳統監測方法的短板，為露天礦安全生產提供關鍵技術支撐。

　　二、露天礦 GNSS 邊坡監測系統的定制化設計

　　針對露天礦的特殊需求，GNSS 邊坡監測系統需進行定制化開發，重點圍繞硬件選型、布設方案與預警機制三方面構建：

　　(一)抗干擾硬件架構

　　硬件系統采用 “多模 GNSS 接收機 + 高增益抗干擾天線 + 工業級數據傳輸終端" 的配置。接收機支持北斗、GPS、伽利略多系統融合定位，采樣率提升至 10Hz~20Hz，可精準捕捉爆破引發的瞬時微位移;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、機械轟鳴的礦場環境中穩定接收信號;數據傳輸終端采用 “5G + 工業以太網" 雙模傳輸，5G 網絡滿足偏遠礦區的數據實時回傳需求，工業以太網則實現與礦山生產調度系統的無縫對接，便于數據共享與協同決策。此外，設備供電采用 “太陽能 + 鋰電池 + 柴油發電機備份" 模式，適應露天礦無穩定市電、晝夜溫差大的環境，保障系統全年連續運行。

　　(二)分層式布設方案

　　結合露天礦邊坡 “臺階式" 開挖特征，采用 “基準站 + 監測站 + 復核站" 的分層布設方案：在礦場周邊穩定基巖區域布設 1~2 個基準站，用于提供高精度差分定位基準，消除電離層、對流層延遲誤差;在邊坡各臺階平臺、坡頂及坡腳關鍵區域，按 50~100 米間距布設監測站，重點覆蓋爆破作業區、地下水富集區等風險點;在邊坡中部變形敏感區域增設復核站，采用雙機備份模式，避免單點設備故障導致的數據缺失。布設過程中，所有設備均安裝在 3 米高的鋼結構支架上，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)分級預警機制

　　基于露天礦邊坡變形規律，建立 “三級預警" 機制：一級預警(藍色)對應邊坡日均變形速率 0.5mm~1mm，系統自動推送提醒信息至礦場安全管理部門，啟動加密監測;二級預警(橙色)對應日均變形速率 1mm~3mm，觸發聲光報警，調度中心通知作業區域人員、設備撤離至安全區域，并暫停爆破作業;三級預警(紅色)對應日均變形速率超 3mm 或單次爆破后位移超 5mm，立即啟動應急響應預案，封閉邊坡作業面，組織全面排查與加固處理。預警閾值通過礦場歷史變形數據與數值模擬計算確定，確保預警的科學性與準確性。

　　三、實踐應用案例：某大型露天鐵礦的監測實踐

　　以我國北方某大型露天鐵礦為例，該礦邊坡最大高度達 120 米，共分為 8 個開采臺階，歷曾發生 3 次小型滑坡事故，嚴重影響生產進度。2023 年，該礦引入 GNSS 邊坡監測系統，布設 1 個基準站、22 個監測站與 3 個復核站，實現全邊坡覆蓋監測，監測周期為 12 個月。

　　系統運行期間展現出顯著實踐效果：一是監測精度與穩定性達標，水平位移精度 ±2mm，垂直位移精度 ±3mm，數據有效率達 99.2%，即使在爆破作業時段，設備仍能穩定采集數據，成功捕捉到爆破后邊坡 0.8mm~1.2mm 的瞬時位移;二是提前預警邊坡風險，運行第 8 個月，15 號監測站(位于第 5 臺階爆破區附近)日均變形速率從 0.6mm/d 升至 2.1mm/d，系統觸發二級預警，礦方立即暫停該區域作業，組織地質人員現場核查，發現臺階巖體出現 2 條長度約 5 米的橫向裂縫;三是指導應急處置，基于系統提供的變形趨勢數據，礦方采用 “錨桿 + 錨索 + 噴漿" 的聯合加固方案，加固后 15 號監測站變形速率回落至 0.3mm/d 以下，邊坡恢復穩定，避免了一次可能造成千萬元損失的滑坡事故。

　　此外，系統還與礦場生產調度系統實現數據聯動，當監測數據異常時，調度系統自動調整開采計劃，減少對高風險區域的擾動，實現 “監測 - 預警 - 處置" 的閉環管理，全年該礦邊坡事故發生率同比下降 100%，開采作業效率提升 8%。

　　四、實踐中的問題與優化方向

　　盡管 GNSS 邊坡監測系統在露天礦實踐中成效顯著，但仍存在兩方面不足：一是天氣下信號穩定性待提升，冬季暴雪覆蓋天線時，會導致信號遮擋，數據中斷時長最長達 4 小時;二是多源數據融合不足，當前系統僅依賴 GNSS 數據，未與邊坡滲壓監測、應力監測數據聯動，難以全面評估邊坡穩定性。

　　未來優化可從兩方面推進：一是升級硬件防護，為天線加裝自動除雪裝置與加熱系統，避免冰雪遮擋，同時研發粉塵自動清潔功能，減少粉塵對信號接收的影響;二是構建多源數據融合平臺，整合 GNSS 位移數據、滲壓數據、應力數據，引入機器學習算法建立綜合穩定性評估模型，進一步提升預警的準確性與前瞻性，助力露天礦邊坡安全管理向 “主動預防" 轉型。

　　五、實踐總結

　　GNSS 邊坡監測系統通過定制化設計，能夠有效適配露天礦惡劣的作業環境與復雜的監測需求，在穩定性預警中發揮 “監測精準、預警及時、處置高效" 的核心作用。上述露天礦實踐案例證明，該系統不僅能降低邊坡災害風險，更能保障生產連續性，為露天礦安全生產提供可靠的技術保障，具備在全國大型露天礦推廣應用的價值。