邊坡在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在拉拉銅礦落凼礦區(qū)中的應(yīng)用

吳敏

（涼山礦業(yè)股份有限公司,四川會(huì)理 615146）

1 概況

涼山礦業(yè)股份有限公司拉拉銅礦露天開采區(qū)域，分為東露天采場(chǎng)（也稱大露天）和西露天采場(chǎng)（也稱小露天），其中西露天采場(chǎng)已閉坑多年，其坑底標(biāo)高為2020m；東露天開采設(shè)計(jì)最高標(biāo)高2214m，最低標(biāo)高1890m。最終邊坡角：西部37°33'，東部44°51'，南部44°45'，北部27°04'。最終開采深度324m，屬于高邊坡（200 m ～500m）。

2 拉拉銅礦落凼礦區(qū)邊坡穩(wěn)定性因素分析

（1）開采方式：日處理4500噸露天礦山投產(chǎn)后，加快了落凼礦區(qū)向東部延伸和南部擴(kuò)展的進(jìn)度，外圍呈東西長(zhǎng)、南北寬，北高南低的形狀。采用“陡幫組合臺(tái)階”擴(kuò)幫剝離的開采工藝，24m合并臺(tái)階穩(wěn)定系數(shù)降低。

（2）巖體穩(wěn)定性：采區(qū)內(nèi)斷層發(fā)育，節(jié)理繁多，堅(jiān)硬巖與軟巖互層，軟弱結(jié)構(gòu)層（面）極發(fā)育，軟弱夾層和局部破碎帶影響巖體穩(wěn)定。

（3）施工條件：隨著作業(yè)環(huán)境、開采條件、以及采剝工程量等不斷發(fā)生改變，礦山施工臺(tái)階采用“條帶”推進(jìn)的施工方式，其爆破震動(dòng)是造成邊坡不穩(wěn)定的重要因素。

3 拉拉銅礦落凼礦區(qū)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)置和構(gòu)成

3.1 設(shè)計(jì)要求

對(duì)拉拉銅礦落凼礦區(qū)開采過程中的邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行綜合研究，按照露天礦山邊坡監(jiān)測(cè)等級(jí)、安全技術(shù)規(guī)范的要求，對(duì)整個(gè)邊坡區(qū)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)部位進(jìn)行滑坡立體交叉時(shí)在線監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為：表面位移、內(nèi)部位移、爆破振動(dòng)、視頻和降雨量指標(biāo)。

3.2 精度等級(jí)

依據(jù)拉拉銅礦露天礦山采場(chǎng)邊坡勘察報(bào)告，邊坡穩(wěn)定性研究相關(guān)報(bào)告文獻(xiàn)和開采及設(shè)計(jì)資料，結(jié)合露天礦山生產(chǎn)過程中反饋的地質(zhì)情況，分區(qū)評(píng)定邊坡穩(wěn)定性現(xiàn)況，確定邊坡安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控等級(jí)，進(jìn)行總體邊坡精度相關(guān)方案設(shè)計(jì)，并按設(shè)計(jì)精度相關(guān)要求執(zhí)行建設(shè)。其精度范圍應(yīng)滿足有關(guān)規(guī)范的要求，見表1。

表1 拉拉銅礦落凼礦區(qū)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目與精度Tab.1 Monitoring items and accuracy of online monitoring system in Luodang mining area of Lala Copper Mine

3.3 設(shè)計(jì)范圍

系統(tǒng)能實(shí)時(shí)、自動(dòng)檢測(cè)拉拉銅礦落凼礦區(qū)表面位移、內(nèi)部位移、爆破震動(dòng)、降雨量和視頻監(jiān)控等數(shù)據(jù)，依托智能化軟件系統(tǒng)，建立紅、橙、黃、藍(lán)四種預(yù)警模式，設(shè)置安全閥值，實(shí)現(xiàn)手機(jī)平臺(tái)短信提醒及短信群發(fā)功能，并能夠分析歷年拉拉銅礦落凼礦區(qū)表面水平位移、沉降變化等。

3.4 系統(tǒng)組成

（1）傳感器系統(tǒng)：由布置在邊坡上的表面位移變形GNSS監(jiān)測(cè)設(shè)備、內(nèi)部位移監(jiān)測(cè)設(shè)備、爆破震動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備、雨量監(jiān)測(cè)設(shè)備、視頻監(jiān)控等組件構(gòu)成。

（2）數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)：監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的通訊系統(tǒng)采用GNSS移動(dòng)傳輸加無線的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)站和基站到控制中心主控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊。

（3）監(jiān)控中心主控系統(tǒng)：監(jiān)控中心設(shè)置有小型機(jī)系統(tǒng)，服務(wù)器系統(tǒng)，通訊系統(tǒng)，在線安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與分析預(yù)警系統(tǒng)，所有系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合。

（4）輔助系統(tǒng)：包括機(jī)房輔助設(shè)備、供配電系統(tǒng)、防雷系統(tǒng)和遠(yuǎn)程電源監(jiān)控子系統(tǒng)等[1]。

4 拉拉銅礦地面位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的分析與應(yīng)用

4.1 落凼礦區(qū)邊坡人工監(jiān)測(cè)情況

露天礦山開采進(jìn)入凹陷露天后，根據(jù)監(jiān)測(cè)要求，拉拉銅礦落凼礦區(qū)地面位移監(jiān)測(cè)工作由礦山測(cè)量人員在北部、東部穩(wěn)定性差或存在松動(dòng)巖層或邊坡高度較大等地段設(shè)置固定監(jiān)測(cè)點(diǎn)。采用較為固定精度的測(cè)量?jī)x器定期或不定期采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。觀測(cè)頻率取決于觀測(cè)的參量和周期，觀測(cè)精度需以滿足室內(nèi)穩(wěn)定性分析為原則，并且結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)布設(shè)的滑坡位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)變化進(jìn)行判斷。人工監(jiān)測(cè)觀測(cè)數(shù)據(jù)錄入測(cè)量制圖軟件后及時(shí)形成對(duì)比監(jiān)測(cè)資料，判斷監(jiān)測(cè)對(duì)象的變形情況，對(duì)觀測(cè)過程中發(fā)現(xiàn)異常的測(cè)點(diǎn)采取現(xiàn)場(chǎng)巡視結(jié)合其它儀器觀測(cè)結(jié)果對(duì)比的方式進(jìn)行綜合分析[2]。

4.2 GNSS表面位移檢測(cè)評(píng)定技術(shù)的應(yīng)用

4.2.1 GNSS監(jiān)測(cè)評(píng)定技術(shù)特點(diǎn)

因GNSS監(jiān)控監(jiān)測(cè)技術(shù)核心是利用衛(wèi)星傳送的導(dǎo)航定位信息進(jìn)行相關(guān)空間交會(huì)測(cè)量，根據(jù)坐標(biāo)值在不同時(shí)間的變化來獲取位移的數(shù)據(jù)及其變化情況。因此GNSS監(jiān)測(cè)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，布設(shè)的滑坡位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間無需通視，可以全天24小時(shí)監(jiān)測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)氣候和作業(yè)環(huán)境條件影響監(jiān)測(cè)精度小、操作簡(jiǎn)便、易于實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)自動(dòng)化。尤其適合監(jiān)測(cè)點(diǎn)較少、監(jiān)測(cè)場(chǎng)所地表起伏較大的場(chǎng)合。

4.2.2 落凼礦區(qū)GNSS地表位移監(jiān)測(cè)

基于GNSS監(jiān)測(cè)技術(shù)在礦山邊坡位移和沉降變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)廣泛，因此，選用GNSS監(jiān)測(cè)技術(shù)按照可靠性、實(shí)用性原則在落凼礦區(qū)表面位移監(jiān)測(cè)中進(jìn)行了合理配置。GNSS接收機(jī)安放在變形體以外的穩(wěn)固地點(diǎn)（拉拉公司辦公樓頂）作為監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)站，監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置依據(jù)最大范圍進(jìn)行拉拉銅礦落凼礦區(qū)監(jiān)測(cè)，沿拉拉銅礦落凼礦區(qū)邊坡進(jìn)行12個(gè)點(diǎn)位移觀測(cè)，點(diǎn)間距200m～350m。監(jiān)測(cè)網(wǎng)通過GNSS差分技術(shù)實(shí)時(shí)獲取監(jiān)測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)（X、Y、Z）。通過自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件來解算邊坡坡頂觀測(cè)點(diǎn)的位移值、沉降值、累計(jì)位移值、累計(jì)沉降值，并進(jìn)一步解算出觀測(cè)點(diǎn)位移速率，分析地表變形情況，判斷邊坡的安全程度。

4.2.3 GNSS地表位移監(jiān)測(cè)應(yīng)用

邊坡位移是邊坡形變的最直觀反映。對(duì)邊坡采用GNSS技術(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在各種環(huán)境時(shí)間條件下，為邊坡可能出現(xiàn)的失穩(wěn)破壞和變形破壞提供必要的監(jiān)測(cè)信息，根據(jù)坐標(biāo)值在不同時(shí)間的變化獲取位移的數(shù)據(jù)及其變化情況，及時(shí)對(duì)邊坡可能出現(xiàn)的險(xiǎn)情進(jìn)行預(yù)警。實(shí)踐證明，利用GNSS進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)可獲得毫米級(jí)的精度。缺點(diǎn)：每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)都需要一個(gè)GNSS接收機(jī)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，單臺(tái)GNSS接收機(jī)費(fèi)用較高，不宜大面積高密度布置使用，監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量受限制。

5 拉拉銅礦邊坡在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析及管理系統(tǒng)的構(gòu)成及特點(diǎn)

5.1 系統(tǒng)組成

（1）拉拉銅礦落凼礦區(qū)在線監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)軟件包括數(shù)據(jù)采集、安全監(jiān)測(cè)管理分析和數(shù)字礦山VR系統(tǒng)平臺(tái)三個(gè)部分。

（2）數(shù)據(jù)采集軟件將采集的數(shù)據(jù)和報(bào)警限制信息上傳至數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)定期自動(dòng)備份。

（3）監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析軟件能通過對(duì)事實(shí)數(shù)據(jù)和設(shè)定閾值的比較進(jìn)行判異，通過聲光報(bào)警器，郵件系統(tǒng)反饋和短信智能報(bào)警等多種方式結(jié)合，實(shí)現(xiàn)有效預(yù)警。

5.2 系統(tǒng)特點(diǎn)

（1）監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)分析變形、自動(dòng)實(shí)現(xiàn)預(yù)警、自動(dòng)輸出單次或累計(jì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)圖表及變形速率動(dòng)態(tài)圖。

（2）自動(dòng)備份功能。數(shù)據(jù)能實(shí)現(xiàn)定期自動(dòng)的相關(guān)備份，數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)不會(huì)因?yàn)閿嚯妬G失，并根據(jù)需求進(jìn)行數(shù)據(jù)還原。

（3）留有多種傳感器接口，方便系統(tǒng)擴(kuò)展。位移監(jiān)測(cè)、降雨量監(jiān)控、土質(zhì)壓力監(jiān)控、內(nèi)部位移監(jiān)測(cè)、縫隙監(jiān)測(cè)等功能，可按需選擇。

（4）多層設(shè)計(jì)。建立“數(shù)字拉拉銅礦落凼礦區(qū)在線監(jiān)測(cè)”樹形關(guān)系。

（5）功能多樣化系統(tǒng)。數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問和數(shù)據(jù)共享。

6 邊坡的穩(wěn)定運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控測(cè)量及自動(dòng)報(bào)警效果

（1）數(shù)據(jù)采集和收集是穩(wěn)定性運(yùn)行監(jiān)測(cè)的核心。數(shù)據(jù)呈現(xiàn)方式多樣，圖表結(jié)合方式可以將斷面分析結(jié)果、歷史數(shù)據(jù)分析、降雨量監(jiān)控、位移監(jiān)控等數(shù)據(jù)形象呈現(xiàn)?！皵?shù)據(jù)接收處理”是拉拉銅礦落凼礦區(qū)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的重點(diǎn)，邊坡穩(wěn)定性運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)“數(shù)據(jù)處理”結(jié)果的精度完全適用于拉拉銅礦落凼礦區(qū)邊坡穩(wěn)定性的判斷、分析、預(yù)警以及管理[3-4]。

（2）實(shí)時(shí)連續(xù)化監(jiān)測(cè)。監(jiān)控閾值點(diǎn)附近數(shù)據(jù)的集中性趨勢(shì)，預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)?？梢詫?shí)時(shí)調(diào)整監(jiān)測(cè)閥值設(shè)置信息及變化速率，設(shè)置4級(jí)預(yù)警模式，能在超出預(yù)定極限值時(shí)，系統(tǒng)能及時(shí)發(fā)出預(yù)警信息。

（3）重點(diǎn)監(jiān)測(cè)部位，實(shí)現(xiàn)邊坡參數(shù)交叉監(jiān)測(cè)、綜合分析。在重點(diǎn)監(jiān)測(cè)部位，主監(jiān)測(cè)斷面實(shí)現(xiàn)邊坡立體交叉監(jiān)測(cè)，對(duì)于人工監(jiān)測(cè)、歷史數(shù)據(jù)、登陸日志等進(jìn)行有效管理，實(shí)現(xiàn)多監(jiān)測(cè)參數(shù)的綜合分析。

（4）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)警分析及信息研究。實(shí)現(xiàn)對(duì)于不同的監(jiān)測(cè)點(diǎn)可能采用不同的監(jiān)測(cè)手段，對(duì)邊坡滑坡災(zāi)害的安全預(yù)警機(jī)制或準(zhǔn)則等進(jìn)行分析，設(shè)置不同限差級(jí)別的報(bào)警參數(shù)，根據(jù)監(jiān)測(cè)體的結(jié)構(gòu)，逐步建立了拉拉銅礦落凼礦區(qū)礦山邊坡的安全監(jiān)測(cè)體系，并對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)警信息綜合研究。

（5）從本質(zhì)上提高拉拉銅礦的一體化安全管理水平和信息化程度。落凼礦區(qū)建立的“安全在線監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)”可從適應(yīng)自身發(fā)展需求的角度進(jìn)行設(shè)置開發(fā)，便于生產(chǎn)技術(shù)部門通過邊坡技術(shù)指標(biāo)和最新動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)來提高技術(shù)設(shè)計(jì)和管理水平。

7 結(jié)論

任何礦山工程中關(guān)于邊坡的失穩(wěn)和破敗，都是從量變到質(zhì)變的發(fā)展過程，亦是一個(gè)從漸變到劇變的發(fā)展過程。必須依托高精尖的測(cè)量系統(tǒng)和相應(yīng)技術(shù)方法相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)監(jiān)控、判異和預(yù)警。拉拉銅礦落凼礦區(qū)礦山邊坡在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用，有利于礦山管理部門及時(shí)掌握礦山的運(yùn)行狀況和安全現(xiàn)狀，為拉拉銅礦落凼礦區(qū)安全生產(chǎn)提供技術(shù)支撐，提高了礦山開采的安全性。

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[2]王翠珀,陳躍月.GPS實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)在撫順西露天礦邊坡變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J].地質(zhì)與資源,2010,02:180-183.

[3]徐紹銓,張華海,楊志強(qiáng)等.GPS測(cè)量原理及應(yīng)用[M].武漢大學(xué)出版社，2017，04.

[4]李玲玲，何帥，丁文.露天礦邊坡綜合在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].科技資訊，2015，08，59.