露天礦邊坡監(jiān)測(cè)技術(shù)與方法研究

趙玉國(guó)

摘 要： 礦產(chǎn)開(kāi)采產(chǎn)業(yè)會(huì)直接影響社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，但采礦業(yè)作為高危行業(yè)之一，特別是露天礦開(kāi)采中，必須要保證邊坡的穩(wěn)定性，如果存在變形、位移，要立刻撤離開(kāi)采現(xiàn)象，并采取加固方法。為了實(shí)時(shí)掌握邊坡實(shí)際情況，采用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)具有重要意義?；诖?，本文首先提出露天礦邊坡自動(dòng)化監(jiān)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)，進(jìn)而提出硬件設(shè)置要點(diǎn)，以及邊坡加固技術(shù)。

關(guān)鍵詞： 露天礦邊坡;自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)

【中圖分類(lèi)號(hào)】TD804???? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A???? 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.39.043

引言：露天煤礦邊坡穩(wěn)定是生產(chǎn)工作安全有序推進(jìn)的基礎(chǔ)，露天礦勘察、設(shè)計(jì)、建設(shè)、生產(chǎn)、閉坑全過(guò)程應(yīng)貫穿邊坡穩(wěn)定研究工作，其涉及邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)、監(jiān)測(cè)、治理等多方面內(nèi)容。隨著我國(guó)露天煤礦開(kāi)采規(guī)模的逐步擴(kuò)大，采掘深度的增加，邊坡工程存在的問(wèn)題也呈多樣化、復(fù)雜化。我國(guó)露天煤礦受其地質(zhì)條件的影響，邊坡問(wèn)題頻發(fā)，安全隱患不容忽視。多年來(lái)積累了豐富的理論及實(shí)踐基礎(chǔ)，基本形成了集理論研究、監(jiān)測(cè)監(jiān)控、治理工程為一體的綜合技術(shù)體系。

1 露天礦邊坡自動(dòng)化監(jiān)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)

1.1 技術(shù)體系概況

本文所提的整個(gè)自動(dòng)化邊坡監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括GNSS、GPS位移監(jiān)測(cè)。整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中采用了傳感系統(tǒng)、信息采集、信息傳遞與接收、數(shù)據(jù)處理四個(gè)方面;GPS位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中包括傳感系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸、處理分析3個(gè)方面。系統(tǒng)中設(shè)置了輔助系統(tǒng)，保證自動(dòng)化監(jiān)測(cè)作業(yè)精度[1]。

1.2 GNSS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

GNSS系統(tǒng)作為一個(gè)全球性位置、時(shí)間的測(cè)定系統(tǒng)，涵蓋了接收機(jī)、衛(wèi)星星座等，有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的不足。GNSS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中主要包括了全球設(shè)施、區(qū)域設(shè)施、用戶(hù)部分、外部設(shè)施等，其中全球設(shè)施作為主體設(shè)施，區(qū)域設(shè)施可以視為一個(gè)增強(qiáng)系統(tǒng)。邊坡自動(dòng)化監(jiān)測(cè)采用了INrIERNET、高精度衛(wèi)星導(dǎo)航準(zhǔn)動(dòng)態(tài)算法等，每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)都可以獲取精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)參數(shù)，如地表位移結(jié)算的載波相位數(shù)據(jù)、星歷數(shù)據(jù)等，借助無(wú)線網(wǎng)橋?qū)?shù)據(jù)信息傳遞給辦公室控制服務(wù)器中。服務(wù)器對(duì)每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)IP端口進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，得到原始數(shù)據(jù)信息。在服務(wù)器軟件中實(shí)時(shí)計(jì)算得出檢測(cè)點(diǎn)三維坐標(biāo)，根據(jù)坐標(biāo)變化檢測(cè)位移情況?？紤]到巖體受到力的作用時(shí)，邊坡內(nèi)部位移也會(huì)產(chǎn)生變化，如果巖石強(qiáng)度低于下滑力度，巖體就會(huì)沿著坡面下滑，產(chǎn)生滑坡事故。GNSS系統(tǒng)監(jiān)測(cè)巖體內(nèi)部情況，如果內(nèi)部位移發(fā)生了變化，則傳感器就會(huì)記錄實(shí)際變化情況，掌握變動(dòng)的位移動(dòng)態(tài)范圍。GNSS系統(tǒng)設(shè)置了預(yù)警系統(tǒng)，一旦位移變化幅度過(guò)大或超過(guò)設(shè)定閾值，則系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警。位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中有位移傳感系統(tǒng)、信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)構(gòu)成;客戶(hù)端中主要由數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)、處理系統(tǒng)、分析系統(tǒng)構(gòu)成，信號(hào)通過(guò)4G移動(dòng)無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)距離傳輸，接收端負(fù)責(zé)對(duì)信息進(jìn)行分析和處理，隨著時(shí)間的積累會(huì)形成時(shí)間—位移量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)曲線、預(yù)警曲線，不斷間斷獲取位移變化信息，保證信息連續(xù)采集和獲取，根據(jù)曲線變化情況判定邊坡是否足夠穩(wěn)定。

1.3 位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用了GNSS位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，位移監(jiān)測(cè)系中的核心技術(shù)為：計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代化測(cè)量技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，該技術(shù)組合形式可以在不同天氣和環(huán)境下實(shí)時(shí)呈現(xiàn)邊坡變形量，實(shí)時(shí)分析邊坡位移數(shù)據(jù)，對(duì)所采集的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行存儲(chǔ)、分類(lèi)、提取、統(tǒng)計(jì)等，為中心站提供報(bào)表、圖形等信息，同樣設(shè)置了預(yù)警系統(tǒng)，根據(jù)變形量閾值判定是否報(bào)警，為了邊坡處理提供了決策依據(jù)。

2 硬件設(shè)置要點(diǎn)

2.1 監(jiān)測(cè)網(wǎng)布設(shè)

結(jié)合邊坡監(jiān)測(cè)網(wǎng)布設(shè)原則和系統(tǒng)布設(shè)要求，將遠(yuǎn)離采坑的測(cè)量控制點(diǎn)作為固定控制基點(diǎn)，在采坑周邊選擇視線好、固定性強(qiáng)的部位，邊坡控制點(diǎn)設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)。前期設(shè)置中好根據(jù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)際信息采集情況，可以根據(jù)后續(xù)生產(chǎn)要求和安全標(biāo)準(zhǔn)增設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)[2]。

2.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布

設(shè)按照巖石力學(xué)工程師建議和采礦生產(chǎn)實(shí)際要求合理布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，從而更精準(zhǔn)、更直接的反映出邊坡巖石移動(dòng)規(guī)律。在采坑內(nèi)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)密度控制在40*40m即可，如果存在特殊區(qū)域要增加監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置密度，縮小為20*20m。為了更加便捷對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工整理，更加直觀反映局部邊坡變化情況，要將采坑根據(jù)條件不同分為若干區(qū)域，并分區(qū)采集信息、處理信息、呈現(xiàn)信息。

3 邊坡加固技術(shù)

1）水害治理。邊坡水害主要來(lái)自于大氣降水及地下水，水的存在使巖土體的物理力學(xué)參數(shù)降低，導(dǎo)致邊坡的穩(wěn)定性降低，而對(duì)大氣降水及地下水的疏排，可有效提高邊坡的穩(wěn)定性，邊坡常用的排水措施主要包括地表水疏排和地下水疏干2種，地表水疏排是在邊坡坡面、坡頂修建排水溝，若有裂縫還應(yīng)對(duì)其深部進(jìn)行充填、端口進(jìn)行封閉;地下水疏干方法包括水平疏干孔、垂直疏干井及地下疏干巷等。2）增大抗滑力。增大抗滑力的方法主要有削坡減載法及減重壓腳法，削坡減載法是對(duì)滑體上部或坡面進(jìn)行減載，以減小下滑力或降低坡面角;減重壓腳法是對(duì)滑體上部或坡面進(jìn)行削坡，然后將削坡的巖土堆積于坡腳處，從而增大抗滑力而減小下滑力，該方法要保證坡腳有足夠的排土空間。3）增加巖體強(qiáng)度。增加巖體強(qiáng)度的方法主要有錨索/桿加固法、抗滑樁加固法、擋土墻法及注漿加固法，在應(yīng)用以上各種方法時(shí)需要針對(duì)邊坡形態(tài)的不同具體考慮，如錨索/桿加固法適用于有明確滑動(dòng)面的硬巖，特別是深層滑坡;抗滑樁加固法適用于滑面單一，且滑體較為完好的淺/中厚層滑坡體中;擋土墻法適用于滑體松散的淺層滑坡;注漿加固法適用于巖體較為堅(jiān)硬，且裂隙較為連通的邊坡[3]。

結(jié)束語(yǔ)：綜上所述，為了能夠全面提高露天礦采集的安全性，需要做好邊坡監(jiān)測(cè)工作，面對(duì)災(zāi)害可以快速做出反應(yīng)。借助信息技術(shù)、傳感器技術(shù)、GPS技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等，構(gòu)建邊坡自動(dòng)化監(jiān)測(cè)平臺(tái)，合理運(yùn)用監(jiān)測(cè)技術(shù)，通過(guò)輔助系統(tǒng)保持應(yīng)用系統(tǒng)的穩(wěn)定性，這樣才能夠?qū)崿F(xiàn)邊坡數(shù)據(jù)自動(dòng)化采集的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

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