摘要：在金属矿山开采中，沉陷监测非常重要，直接关系开采人员安全和经济效益的获取。但是，从传统开采沉陷监测分析，其还是存在诸多问题，如监测效率不高、工作量大、周期长等，甚至无法发现其中的问题。基于此，本文选择的金属矿山地形复杂，大部分位于黄土沟壑区、山区等，并且属于高原地区。为解决当前金属矿山开采沉陷监测的问题，引入了GNSS-RTK技术，能够完成开采沉陷监测工作的任务，并获取地表变形数值和岩层移动参数，可以保障金属矿山开采的安全。

　　关键词：地质测绘；新技术；金属矿山；开采

　　金属矿山是我国社会经济发展的基础资源，随着经济新常态的形成，此类资源越来越重要，更加需要对开采安全进行重视，才能推动金属矿山开采行业健康发展。随着金属矿产资源开采速度增加，采空区范围迅速增大，对地表建筑物、生态环境等带来的影响越来越大。基于这种情况，采取科学有效的监测对采空区地表实时监测，能够发现其中的异常问题，便于制定针对性地应对和预防措施，以此保障开采人员及周围居民的生命财产安全。现阶段，国家资源开发战略从东向西转移，传统监测手段难以满足金属矿山开采沉陷监测的需求。同时，西部地区金属矿山提供了较为优质的地质条件，采用了更为先进的开采技术，开始出现了大量的超长工作面，最长达到3km，仅仅依靠传统水准测量方法只会消耗大量的人力物力。

　　为解决这一问题，应当关注地质测绘新技术的发展趋势和优势，而GNSS-RTK技术是从以往GNSS发展而来，并且具备了测绘精度高、操作简单、工作效率高、全天候等优点，其在地质测绘工作中得到了普遍应用。但是，在西部金属矿山开采中，并未对GNSS-RTK技术进行有效使用。为此，在以往研究的情况下，在西部金属矿山开采中，将GNSS-RTK技术运用到地表沉陷监测中，并对获取的监测结果统计分析，从而衡量开采沉陷的影响程度，以此采取针对性的应对策略。

　　1工程概况

       1.1地质概况

　　甘肃某金属矿位于黄土高原东南缘，地表属于典型的黄土沟壑地貌，主要包括黄土沟壑、黄土塬、黄土沟谷。针对该金属矿山而言，可以开采的矿层是4号矿层，地质结构相对稳定，矿层厚度是20±5m，平均厚度是18m，矿层平均埋深是650±40m，顶板岩性以灰－深灰色粉砂岩、泥岩为主，底板则以灰－灰褐色铝质泥岩为主。

　　1.2工作面概况

　　在研究过程中，选择了该金属矿的工作面为研究对象。这一工作面是整个矿山开采的第2个工作面，北侧是已经完成开采的工作面，南侧属于规划设计的工作面，工作面由东向西进行回采。该工作面可以开采长度是1506m，倾斜方向长190m。

　　2 GNSS-RTK测量原理

　　2.1 GNSS-RTK原理概述

　　GNSS-RTK技术是一种快速GNSS测绘新技术，是从以往的静态GNSS测绘技术发展而来。静态GNSS测绘技术在运用中，有着明确的采集时间规定，并不是实时获取采集结果的，但是因点位精确度、卫星信号等因素的影响，导致其测绘时间无法确定，甚至不能获取准确的测绘结果。在这种测绘技术使用中，只要得到了导航卫星信号数据，再解算点位三维坐标。而GNSS-RTK技术融入了动态实时差分技术，能够完成三维坐标测绘工作，也具有测绘精度高、测绘速度快的特点。其中，RTK（Real-TimeKinematic，实时动态）定位技术作为高精度的卫星导航技术，与传统GPS定位技术相比，能在厘米级精度范围内提供定位结果，因而在无人机、自动驾驶、工程测绘、农业机械自动化等诸多领域有着广泛应用。其核心在于借助两台或多台GNSS接收器（如GPS、北斗、GLONASS等）间的相对位置差异，运用高精度的载波相位差分算法，将传统卫星定位的几米级误差降低至厘米级。在实际使用中，依托基准站、移动站为基础，开展差分测量工作，借助基准站GNSS接收机不间断接收导航卫星数据，并且将基准站准确的三维坐标和差分改正数发送到移动站。在没有确定位置的测绘点测绘中，移动站依托GNSS卫星数据、基准站数据进行综合解算，能够即时得到该测绘点的三维坐标，并且测绘精度达到厘米级以上。因此，该地质测绘新技术的关键是初始周期模糊度的快速解算、数据链的实时传输、高效率数据传输的高可靠性，也具备很强的抗干扰性，以此实现具体测绘点三维坐标的快速精确测量。

　　2.2沉陷监测点设置

　　针对金属矿山开采沉陷监测而言，可设置监测点的方法是非常多的，但是常用的只有三种。①点状监测。这种监测方法在使用中，其监测点位于金属矿山开采工作面的地表上，选择一些核心位置作为监测点位，从而避免其受到开采作业的影响。通过采取这种监测方法后，能够发挥很好的预警作用。从实际情况而言，主要将其运用于矿山内部及周围的建筑物、文物古迹、高速公路等监测中，从而确保这些建筑物的结构安全和稳定。②线状监测。这种监测方法是根据《有色金属矿山技术规程》的相关规定，结合金属矿山当前的岩石移动参数，从而确定观测线长度，以此保障开采沉陷监测工作的顺利开展。在观测线设置中，能够选择走向或者网状两种，但是前者只能用于工作面回采方向，依托矿层倾斜方向对观测线的位置和方向进行确定，后者是根据监测工作的需求，在工作面地表上选择一定数量的监测点，并且每个监测点间都有联系，整个监测点呈现网状，以此对地表变形监测。从实际使用监测需求和应用情况而言，网状监测只能对地质情况复杂的矿山或者工作面复杂的矿山监测。为此，结合当前掌握的矿山资料，选择研究区域的工作面呈现矩形分布，岩层差异性小，应当使用线状监测方法对工作面开采中的地表变化监测。

　　根据《有色金属矿山技术规程》的相关规定，地表沉陷监测需要从两个层面进行考虑，既要监测地表的几何变形，也要依靠监测数据得到具体的开采沉陷岩移参数。基于这种情况，结合该矿山以往的岩移参数，对检测线进行规划设计，明确地表移动观测站的设计参数，基岩移动角69°,松散层移动角39°,最大下沉角79°,移动角修正值19°,矿层埋深610m。在观测线长度设计中，两侧都要涵盖开采影响范围，并超出一部分，从而得到开采影响范围。另外，在设置观测点中，因所有点位全部处于监测线上，其点位密度需要综合考虑矿区地质结构、矿层埋深、地形等因素。每个观测点间的距离是35±15m，这源于具体点位受到诸多因素的影响，促使间距上存在一定的差异。在监测线两侧都要选择最佳的位置作为控制点，并且控制点是不能处于沉陷影响范围内。此外，走向观测线需要依托，走向观测线长度、松散层厚度、平均开采深度、土层平均移动角、移动角及其修正值、开采工作面的工作长度等进行计算。倾向观测线需要依托倾向观测线长度、松散层厚度、开采区域上部边界及下部边界的开采深度、土层平均移动角、下山方向移动角及修正值、上山方向移动角及修正值、开采工作面可开采的倾向宽度、矿层平均倾角等进行计算。

　　经过综合计算可知，在该处矿山中，其工作面地表岩移观测一共设置两条观测线，沿着开采工作面走向布设一条，沿着开采工作面倾向布设一条。其中，走向位置的观测线长度是2721.3m，监测点数是99个，测点间距是25m；倾向位置的观测线长度是1503.8m，监测点数是49个，测点间距是25m。

　　3数据获取及分析

       3.1数据获取

　　在该金属矿山中，等待回采巷道全部贯通和采掘机安装后，随着矿层的持续开采，开始对地面观测点进行长期监测。截止工作面回采结束180天后，监测人员对地表观测点进行了20次全面监测，也完成了日常监测40次。并且，结合回采工作完成后的监测数据可知，地表各个监测点在最后6次监测中累计的沉陷数值没有超过25mm，这说明地表沉降趋于稳定，从而掌握了真实可靠的地表移动变形数据。

　　3.2实验分析

　　基于矿山开采沉陷监测工作分析，要想保障监测结果的客观性，并且保障矿山开采工作的安全，需要加强对监测数据计算分析，从而掌握该矿山开采后的地表沉陷规律，以此制定针对性的应对策略。根据《有色金属矿山技术规程》的相关规定，其对地表移动观测数据处理方法有着明确的要求，通过获取当前采集到的观测数据，对其进行完整计算，能够实时监测开采活动对地表带来的影响，也可以确定最佳的开采速度，降低对地表建筑物及人员产生的影响，为金属矿山安全开采提供了数据支撑，有利于实现矿山经济效益、生态效益、社会效益的统一。

　　3.2.1下沉变形计算

　　基于已掌握了原始观测数据，按照预处理方法清除了其中的错误数据，只保留了真实性、准确性的数据。在这种情况下，开始对每个时期监测点位的下沉值、水平移动值、倾斜值等进行计算，为岩层移动参数计算奠定良好的基础。其中，地表移动角值和最大变形是，超前影响角69.2°、最大下沉滞后角73.8°、综合边界角73.8°/69.4°、基岩边界角75.09°、综合移动角75.6°/59.9°、基岩移动角79.6°、裂缝角82.9°/79.5°、充分采动角59.6°/38.6°、最大下沉值（走向1599mm；倾向1861mm）、最大倾斜值（走向7.39/-8.88mm/m；倾向8.35/-11.8mm/m）、最大曲率（走向0.47×10-3/m；倾向0.35×10-3/m）、最大水平移动（走向593mm；倾向603mm）、最大拉伸水平变形（走向6.15mm/m；倾向4.95mm/m）、最大拉伸水平变形（走向14.45mm/m；倾向7.15mm/m）、最大下沉速度（走向13.5mm/d；倾向8.95mm/d）。

　　3.2.2岩移参数计算

　　在该金属矿山中，采空区上部岩层稳定后，会在地表形成一个下沉盆地。针对这一下沉盆地，应当从边界角、移动角、裂缝角、最大下沉值等参数上进行描述。一般情况下，边界角需要利用地表下沉边界、工作面开采边界形成的角度对地表下沉影响范围进行描述，具体计算依托矿层的平均开采深度、走向综合边界角、地下矿层开采切眼位置边界与地表移动沿着走向边界在水平方向上的距离等。通过对边界角确定后，能够得到金属矿山开采对地表沉陷的影响范围，但是因受到测绘误差、气候、地质等因素的制约，监测位置下沉0的精度是无法实现的。为此，在具体测绘过程中，只需要将下沉5mm的监测点作为金属矿山开采沉陷下沉影响边界。另外，移动角是在采动达到最大值后，地表下沉盆地对地面建筑物产生破坏的预警参数，这就需要依托监测点的水平变形值、倾斜值、曲率值三者进行综合衡量。如果其中任意参数超过了临界值，说明开采范围内的建筑物受到了影响，应当及时采取针对性地应对和预防措施。从实际情况而言，临界变形值是水平变形值2.5mm/m、倾斜值1.95mm/m、曲率值0.15×10-3/m。基于该监测数据计算后得到的参数是，超前影响角69.2°、最大下沉滞后角73.8°、综合边界角73.8°/69.4°、基岩边界角75.09°、综合移动角75.6°/59.9°、基岩移动角79.6°、裂缝角82.9°/79.5°、充分采动角59.6°/38.6°。

　　4结语

　　金属矿山是我国重要的矿产资源，也是保障国民经济和社会稳定发展的基础资源。金属矿山资源开采过程中，会形成大量采空区，虽然也会经过充填，但还是会产生一定的地面沉陷，对地表建筑物及周围居民生产及生活带来一定的影响。基于这种情况，就需要对金属矿山开采沉陷进行监测，及时发现异常问题，并采取针对性地预防和应对措施，才能保障地表建筑物及周围居民的生命财产安全。从以往金属矿山开采情况分析，使用了一些手段对地表沉陷进行监测，然而因监测时间长、测绘数据不准确等问题的影响，无法及时发现开采沉陷的异常，导致产生了重大的安全事故，直接影响矿山开采企业的经济效益。为解决这一问题，本文引入了GNSS-RTK技术，选择了工作面作为研究对象，通过使用开采效应综合监测系统，获取了较为完整可靠的数据。通过对这些观测数据计算分析，并对金属矿山开采地表位移场动态反演，得到了地表变形值，如最大倾斜值、最大曲率、最大拉伸水平变形等。同时，得到了金属矿山工作面开采引起的地表下沉边界角、移动角等参数，为金属矿山安全开采、保护地质环境等奠定了良好的基础。尤其是观测过程中，使用了GNSS-RTK地质测绘新技术，其具有工作效率高、使用成本低、自动化程度高等优势，获取的监测数据精度符合沉陷监测的要求，以此保障了矿山开采的安全。