原地浸礦滑坡在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用分析

粟 闖，賀文根，杜年春

(中國(guó)有色金屬長(zhǎng)沙勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司, 湖南 長(zhǎng)沙 410011)

采用原地浸礦工藝開(kāi)采離子型稀土資源，需將大量浸礦液注入到山體，其礦區(qū)滑坡成災(zāi)機(jī)理研究少，滑坡災(zāi)害監(jiān)測(cè)研究還處在一片空白中，沒(méi)有實(shí)施具體的原地浸礦采場(chǎng)滑坡監(jiān)測(cè)工程。展開(kāi)原地浸礦滑坡在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用研究，記錄采礦過(guò)程中礦區(qū)邊坡的形變數(shù)據(jù)，對(duì)分析注液導(dǎo)致的地下水位變化與形變之間的關(guān)聯(lián)程度，從而指導(dǎo)采礦過(guò)程中的注液控制與分析邊坡運(yùn)行狀態(tài)有重要意義。

1 滑坡在線監(jiān)測(cè)

以某原地浸取(溶浸采礦)方式進(jìn)行稀土資源回收礦山采區(qū)項(xiàng)目為例，綜合考慮礦區(qū)邊坡條件，稀土礦區(qū)邊坡監(jiān)測(cè)主要內(nèi)容包括坡面變形監(jiān)測(cè)、地下水位監(jiān)測(cè)、雨量監(jiān)測(cè)、裂縫監(jiān)測(cè)等。安全在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲(chǔ)、處理、分析的全自動(dòng)流程，配套有監(jiān)測(cè)控制中心、預(yù)警預(yù)報(bào)等多個(gè)功能，具備全天候自動(dòng)化監(jiān)測(cè)和預(yù)警信息發(fā)布的能力。

通過(guò)物探等手段提前推測(cè)不良地質(zhì)作用范圍(如裂隙發(fā)育的區(qū)域)，進(jìn)行監(jiān)測(cè)點(diǎn)及監(jiān)測(cè)剖面布設(shè)；根據(jù)物探資料解釋，監(jiān)測(cè)對(duì)象區(qū)域有兩處下方地層為全風(fēng)化及殘積土層(20 m以上)，下方巖石較為破碎，為裂隙發(fā)育的花崗巖匯水區(qū)，下伏基巖為中、微風(fēng)化花崗巖層，該兩處重點(diǎn)區(qū)域必須布設(shè)觀測(cè)點(diǎn)。

2 安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

從2017年12月中旬至2018年5月1日，4.5個(gè)月的監(jiān)測(cè)期分析，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的形變累計(jì)如表1所示。

X方向最大位移值為142.5 mm、監(jiān)測(cè)點(diǎn)編號(hào)XT-G4；Y方向最大位移值為-279.8 mm、監(jiān)測(cè)點(diǎn)編號(hào)XT-G8；Z方向最大位移值為243.1 mm、監(jiān)測(cè)點(diǎn)編號(hào)XT-G4。

表1 表面位移累計(jì)值統(tǒng)計(jì)

注：監(jiān)測(cè)點(diǎn)形變位移方向說(shuō)明：X指向邊坡下游為正方向；Y指向邊坡左岸為Y正方向；Z指鉛垂向向下為Z正方向(數(shù)值符號(hào)為負(fù))。

根據(jù)物探和勘探成果：XT-G8監(jiān)測(cè)點(diǎn)下方地層為全風(fēng)化及殘積土層(約28.8 m)，下方巖石較為破碎，為裂隙發(fā)育的花崗巖匯水區(qū)(約43.6 m)，下伏基巖為中、微風(fēng)化花崗巖層。

XT-G4監(jiān)測(cè)點(diǎn)下方地層為黏土層(約3.6 m)，全風(fēng)化及殘積土層(約20 m)，下伏基巖為破碎，為裂隙發(fā)育的花崗巖匯水區(qū)。

形變最明顯的2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，其區(qū)域巖土體存在較厚的裂隙發(fā)育的花崗巖層，此類巖層為此采礦區(qū)域的強(qiáng)匯水層。

(1) 確定分析數(shù)列。以位移、地下水位、雨量為參量向量，取某在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)500條觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析。

(2) 去量綱化。由于參與比較的系統(tǒng)各參數(shù)向量中數(shù)據(jù)來(lái)自不同介質(zhì)傳感器，計(jì)算單位各不相同，為保證建模的質(zhì)量與系統(tǒng)分析的正確結(jié)果，對(duì)收集來(lái)的原始數(shù)據(jù)必須進(jìn)行數(shù)據(jù)變換和處理，使其消除量綱和具有可比性。

設(shè)有序列x=(x(1),x(2),…,x(n)),f(x(k))=y(k),k=1, 2, …,n為序列x到y(tǒng)的數(shù)據(jù)變換。

(3) 求關(guān)聯(lián)系數(shù)ξi(k)。選取曲線間差值作為關(guān)聯(lián)程度衡量尺度，對(duì)于一個(gè)參考數(shù)列x0和若干比較數(shù)列x1,x2，…，xn，參考數(shù)列與各比較數(shù)列在曲線中的各點(diǎn)的關(guān)聯(lián)系數(shù)ξi(k)的計(jì)算見(jiàn)式：x0={x0(k)|k=1,2，…,n}=(x0(1),x0(2),…,x0(n))，k表示時(shí)刻，假設(shè)有m個(gè)比較數(shù)列：xi={xi(k)|k=1,2，…,n}=(xi(1),xi(2),…,xi(n))，i=1, 2,…,m則稱ξi(k)=

為比較數(shù)列xi對(duì)參考數(shù)列x0在k時(shí)刻的關(guān)聯(lián)系數(shù)，其中ρ∈[0, 1]為分辨系數(shù)。以位移量作為參考數(shù)列x0，地下水位、庫(kù)水位、壩體溫度、雨量數(shù)據(jù)作為比較數(shù)列xi，取ρ=0.5。

地下水位與位移相關(guān)系數(shù)為0.92，雨量與位移相關(guān)系數(shù)為0.53，與位移量關(guān)聯(lián)度排序?yàn)椋旱叵滤?、雨量?/p>

3 結(jié) 論

(1) 根據(jù)上述分析，通過(guò)地質(zhì)及物探手段分析重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)，采礦過(guò)程的邊坡形變監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，監(jiān)測(cè)點(diǎn)區(qū)域反映的結(jié)果：孔隙水壓力受注液強(qiáng)度、注液量影響大，隨機(jī)性大。地下水位升降與形變監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)高度相關(guān)，地下水位對(duì)邊坡的形變影響明顯。

(2) 依據(jù)關(guān)聯(lián)性分析結(jié)果建立時(shí)間、水位、形變的內(nèi)在聯(lián)系，對(duì)原地浸礦工藝開(kāi)采稀土礦具有一定指導(dǎo)意義。