智慧監(jiān)測(cè)云系統(tǒng)在鉛硐山鉛鋅礦山頂裂隙監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

供稿|董少平 / DONG Shao-ping

內(nèi)容導(dǎo)讀

鉛硐山鉛鋅礦地下采礦作業(yè)形成較大范圍采空區(qū)，導(dǎo)致地面局部塌陷和變形從而出現(xiàn)山頂大裂隙。為了防止大裂隙影響井下采礦，采用智慧監(jiān)測(cè)云系統(tǒng)對(duì)大裂隙進(jìn)行監(jiān)測(cè)。文章介紹了智慧監(jiān)測(cè)云系統(tǒng)、設(shè)備布設(shè)原則、監(jiān)測(cè)點(diǎn)位安裝，給出了部分監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，有利于進(jìn)一步分析鉛硐山鉛鋅礦山頂大裂隙形成原因及影響范圍，采取治理措施，防止裂隙危害。

陜西鉛硐山礦業(yè)有限公司鉛硐山鉛鋅礦地處秦嶺中斷山區(qū)腹地，地下采礦作業(yè)已形成較大范圍采空區(qū)，導(dǎo)致地面局部塌陷和變形。為了弄清鉛硐山山頂大裂隙的形成原因，防止其影響井下采礦，鉛硐山鉛鋅礦委托西北有色勘測(cè)工程公司進(jìn)行了山頂大裂隙勘測(cè)研究。對(duì)鉛硐山鉛鋅礦山頂大裂隙做了監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)[1]，在大裂隙變化區(qū)安裝了監(jiān)測(cè)儀器，并先后布設(shè)了10個(gè)變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)，采用智慧監(jiān)測(cè)云系統(tǒng)對(duì)大裂隙進(jìn)行監(jiān)測(cè)，獲得監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，以便進(jìn)一步分析其形成原因及影響范圍，便于采取治理措施，防止裂隙危害。

設(shè)備布設(shè)原則

根據(jù)監(jiān)測(cè)工程的類型和使用年限確定監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和使用的時(shí)間及空間基準(zhǔn)。布置完整的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一般涉及：(1)儀器位置的選擇，應(yīng)能反映出監(jiān)測(cè)對(duì)象的運(yùn)行情況，特別是關(guān)鍵部位；(2)為了提供地質(zhì)災(zāi)害的充分和必要的資料，便于進(jìn)行分析，監(jiān)測(cè)儀器不宜在較大的區(qū)域內(nèi)分散布置，而要進(jìn)行重點(diǎn)區(qū)域集中布置；(3)采用立體化多源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[2]，以利于各項(xiàng)監(jiān)測(cè)結(jié)果的相互驗(yàn)證和綜合分析；(4)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)易于管理、易于操作；(5)系統(tǒng)具有很好的開放性、兼容性：在滿足功能要求的前提下，充分考慮現(xiàn)代技術(shù)的快速發(fā)展，以便系統(tǒng)升級(jí)，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)與交通工程、管理養(yǎng)護(hù)等系統(tǒng)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)信息共享；(6)系統(tǒng)具備各種類型的通訊協(xié)議和接口，方便后期監(jiān)測(cè)系統(tǒng)升級(jí)；(7)成本控制經(jīng)濟(jì)合理：監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的一個(gè)原則就是利用最優(yōu)布控方式做到既節(jié)省成本及后期維護(hù)投入的人力及物力，又能最大限度發(fā)揮出實(shí)際監(jiān)測(cè)的效果。

智慧監(jiān)測(cè)云系統(tǒng)

智慧監(jiān)測(cè)云系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用裂隙、傾斜、沉降、震動(dòng)、水位、環(huán)境監(jiān)測(cè)等常見災(zāi)害監(jiān)測(cè)工程中。系統(tǒng)在架構(gòu)上可分為感知層、采集層、處理層、應(yīng)用層和用戶層，各功能層獨(dú)立工作，支持定制擴(kuò)展。系統(tǒng)各功能層之間相互關(guān)聯(lián)，可完成災(zāi)害的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計(jì)歸類、態(tài)勢(shì)查看、實(shí)時(shí)監(jiān)控、閾值預(yù)警、多終端展示等功能，智慧監(jiān)測(cè)云系統(tǒng)具體架構(gòu)見圖1。

圖1 智慧監(jiān)測(cè)云系統(tǒng)構(gòu)架

智慧監(jiān)測(cè)云系統(tǒng)提供一站式監(jiān)測(cè)服務(wù)(見圖2)，采用云主機(jī)、模塊化采集、多模組網(wǎng)、負(fù)載均衡、網(wǎng)站加速產(chǎn)品、網(wǎng)絡(luò)安全和運(yùn)營(yíng)維護(hù)服務(wù)等，為監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)提供應(yīng)用規(guī)劃、技術(shù)實(shí)施、系統(tǒng)擴(kuò)容和運(yùn)營(yíng)維護(hù)等全方位的解決方案。用戶無(wú)需自行建立服務(wù)器和專人管理，大大降低項(xiàng)目投入費(fèi)用和人力成本。

圖2 智慧監(jiān)測(cè)云系統(tǒng)部署方案

監(jiān)測(cè)點(diǎn)位設(shè)計(jì)及安裝

根據(jù)“工程測(cè)量規(guī)范(GB50026—2007)”變形監(jiān)測(cè)規(guī)定，工程現(xiàn)場(chǎng)儀器監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的選擇應(yīng)充分考慮工程水文地質(zhì)條件、工程安全等級(jí)、支護(hù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及變形控制要求，結(jié)合鉛硐山鉛鋅礦山頂大裂隙現(xiàn)狀勘察報(bào)告以及3D模型模擬，決定在鉛硐山裂隙、沉降等災(zāi)害附近布設(shè)GNSS監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及拉線式位移傳感器監(jiān)測(cè)災(zāi)害發(fā)展趨勢(shì)，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目見表1。根據(jù)鉛硐山鉛鋅礦山頂裂隙監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)情況分析，本次監(jiān)測(cè)共設(shè)置6組GNSS變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)、1組GNSS監(jiān)測(cè)基站和4組拉線式位移計(jì)，部分設(shè)備安裝如圖3~圖6所示。

表1 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目表

數(shù)據(jù)整編原則與要求

監(jiān)測(cè)資料整編是將監(jiān)測(cè)的各種原始數(shù)據(jù)和有關(guān)文字、圖表(含影像和圖片)等材料進(jìn)行匯集、審核、整編，綜合整理成系統(tǒng)化、圖表化的監(jiān)測(cè)報(bào)告。

圖3 拉線式位移計(jì)安裝圖

圖4 GNSS變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)安裝施工圖

圖5 拉線式位移計(jì)施工圖

圖6 地表位移監(jiān)測(cè)設(shè)備安裝施工圖

資料搜集的原則和要求：(1)及時(shí)準(zhǔn)確，盡可能全面、完整。(2)做好校核工作，保證資料的準(zhǔn)確可靠，嚴(yán)防數(shù)據(jù)丟失。(3)存儲(chǔ)方法簡(jiǎn)潔、直觀，便于保管、歸檔和查詢，目錄規(guī)范。

資料整編的要點(diǎn)：(1)整編結(jié)果應(yīng)做到項(xiàng)目齊全，考證清楚，數(shù)據(jù)可靠，方法合理，圖表完整，說(shuō)明完備。(2)整編報(bào)告應(yīng)能反映監(jiān)測(cè)資料系統(tǒng)整理的全過(guò)程，做到內(nèi)容全面，說(shuō)理清楚。

智慧監(jiān)測(cè)云系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析

結(jié)合裂隙監(jiān)測(cè)點(diǎn)位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)[3]，智慧監(jiān)測(cè)云系統(tǒng)分析結(jié)果為：(1) 1號(hào)拉線式位移計(jì)所監(jiān)測(cè)的裂隙區(qū)域裂隙一年內(nèi)增長(zhǎng)了520 mm左右，其日變化速率在0~5 mm波動(dòng)，裂隙呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。(2) 2號(hào)位移計(jì)位置因信號(hào)較差，無(wú)數(shù)據(jù)回傳。(3) 3號(hào)拉線式位移計(jì)所監(jiān)測(cè)的裂隙區(qū)域裂隙一年內(nèi)增長(zhǎng)了140 mm左右，其日變化速率在0~3 mm波動(dòng)，裂隙呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。(4) 4號(hào)拉線式位移計(jì)所監(jiān)測(cè)的裂隙區(qū)域裂隙一年內(nèi)增長(zhǎng)了300 mm左右，其日變化速率在0~3 mm波動(dòng)，裂隙呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。

結(jié)束語(yǔ)

智慧監(jiān)測(cè)云系統(tǒng)基于云數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與傳輸，充分發(fā)揮了大數(shù)據(jù)時(shí)代優(yōu)勢(shì)，能實(shí)時(shí)傳播數(shù)據(jù)，將傳統(tǒng)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)與高科技相結(jié)合，節(jié)省了人工成本和安全成本，是綠色礦山建設(shè)中數(shù)字化礦山建設(shè)的重要體現(xiàn)。