露天矿排土场边坡监测方法

发表时间：2021-01-07T06:46:57.887Z 来源：《防护工程》2020年28期 作者： 张贵永 张昇明

[导读] GPS，即全球卫星定位系统，是由美国发射的覆盖全球范围的卫星导航系统，许多工程和科学研究需要从其中获取相应的数据。紫金矿业集团股份有限公司

摘要：矿区的边坡监测，主要针对的是露天矿。露天矿是指对浅地表的煤层进行开采，所运用的方式是对表层土进行剥离。露天矿对矿石附近的浮土和围岩进行剥离后，通常会在矿区附近的排土场进行堆积。当露天矿的开采形成一定规模时，排土场的排土量也会随之增加。当排土场的边坡达到一定坡度的时候，非常容易发生滑坡、泥石流等灾害，造成人员财产方面的损失。为了避免产生不必要的损失，也为了增大矿区的生产效益，排土场的边坡监测问题十分重要。 关键词：露天矿；排土场；边坡监测

1露天矿排土场边坡监测方法 1.1GPS监测

GPS，即全球卫星定位系统，是由美国发射的覆盖全球范围的卫星导航系统，许多工程和科学研究需要从其中获取相应的数据。露天矿边坡的岩体具有非常大的不稳定性，实时检测非常必要。而相比于传统的大地测量方法，GPS监测拥有更高的覆盖率和更好的实时性。目前，GPS的全球覆盖率高达98%，基本做到了全覆盖，这对监测矿区边坡稳定提供了技术上的支持。目前，我国很多矿区都在尝试采用GPS法对边坡进行监测。GPS监测的具体操作：首先根据现场情况布设符合条件的监测点，之后根据所布监测点实时接收卫星信号、绘制出监测点的位移变化曲线并进行分析。如果监测点的位移变化不明显，则边坡处于稳定状态；若监测点短时间内产生明显位移，则需要调派人手对现场情况进行分析，防止滑坡的发生。GPS监测精度高，连续性强的特点非常适用于矿区等灾害潜在区域。但成本较高，技术要求相对苛刻。加之GPS系统是美国持有的卫星导航系统，特殊时期可能会受到限制。我国的BDS（北斗卫星导航系统）已经逐渐趋于成熟，期待可以取代GPS应用于各项工程检测。 1.2雷达遥感监测

遥感是可以远距离进行数据的收集和处理。事实上，遥感的形式多种多样，GPS也是遥感的一种。而雷达遥感是利用雷达发射信号、接受信号、绘制成数据图像进行处理的遥感方式。在矿区地质水文条件极其复杂的情况下，传统的量测仪器难以放置或误差过大，人工监测成本高、实时性低。在这样的前提下，利用遥感方面的技术，例如雷达对排土场的边坡进行观测，既可以减低工作人员的监测风险，又可以更为实时地对其进行监测。雷达技术开始应用于边坡稳定性的监测，边坡雷达也不例外，它是专门用于露天矿边坡稳定性监测的设备。边坡雷达属于主动遥感，它以毫秒级的精度对边坡面进行分区域、连续、反复扫描，然后通过专用软件将扫描结果与之前获得的扫描数据进行比较，从而确定边坡的位移程度，并将唯一变形量图形化显示于监视器，而当位移变化量超过限定值则会触发预警系统。边坡雷达具有精度高、范围广、兼容性好、检测位置灵活、连续性强、空间分辨率高、采样，间隔短的特点，非常适合露天矿区采用。 1.3缆索监测

无论是传统的大地测量方法、GPS监测法还是雷达监测，都属于利用测绘科学对边坡的外部变形进行监测。与其它方法不同的是，缆索监测是一种新式的、使用了应力传感器的力学监测。早期的缆索监测主要应用于桥梁变形监测，因为桥梁的特性，所以力学传感器监测非常适合。但人们逐渐发现，缆索监测相比于卫星、雷达所需的成品相对低廉，而且力学传感器是对物体内部的受力进行分析，相比于外部的变形监测具有超前性。矿区边坡发生滑坡之前，岩土的受力一定会发生突变，但外形的位移是滞后的。而缆索监测可以通过力学传感器加载的实时数据进行受力分析来判断滑坡的可能性，理论上大大增加了危害预防的几率。 2GPS在露天矿边坡监测系统中的应用实例分析

系统应用矿区排土场岩土从上到下依次为覆土、排弃物料、粉土层、粉质粘土层、风化基岩层。排弃物主要由掘场剥离物—土、砂岩、泥岩、砂泥岩等混合物构成，块度大小不均，排列无序，结构松散，渗透、蓄水能力较强。就地基而言，该层排弃物是构筑排土场的一种特殊方式与形状的高压载荷。为了很好地对边坡稳定进行实时监测和预警，在排土场表面建成16个GPS监测点，用于监测断面。全面对外排土场的边坡稳定情况进行监测，设立了1个GPS参考站。

GPS数据采用GPRS实时传输，避免传统GPS定时定点采集数据，减少人工操作，恶劣天气能详实的显现坝体表面位移数据。在进行GPS表面位移施工的时候，尽量考虑了以下几个方面对GPS信号的影响：①GPS信号容易受地球空间物理现象的影响，当发生太阳风暴，质子风暴等情况下，测量数据不可靠；②当GPS监测仪器附近有大面积水域时，容易发生多链路效用，影响精确度；③GPS信号容易受稀有金属或放射性物质的影响。④GPS仪器需要和山体保持一定的夹角才能准确测量（截止高度角15度）。 2.1基准站定点

在开阔稳定矿办公楼顶上安装一台测量基准站，用于和其余测量站通讯，以提高测量站监测精度。所有测量站定期获取实时地理坐标，结合上一次所获取地理坐标并且与基准站进行分差运算对比，从而得出测量点所产生的水平及垂直位移。 2.2监测点布置

对于边坡位移监测点的设置，按照监测不稳定边坡重点区域的原则：依此原则对排土场总体设计安装16台GPS监测仪器。 2.3GPS数据获取流程

通过设置基准站，使其按照设置时间间隔进行差分计算，计算结果通过网络或者电台的方式传输到监测点，每个监测点实时接收差分数据，然后根据自身搜星结果计算出最终的坐标值，通过无线网络传输到监控中心，监控中心通过软件展示监测点的测量结果，对数据异常的监测点能够实时报警，便于决策与分析。 2.4GPS数据分析

监测数据通过报表和曲线的方式展现出来，通过现场的应用，能够实时获取16个监测点的实时数据变化，系统稳定，数据连贯、准确，通过长期监测除G13和G17监测点位移和沉降都有增大的趋势外，其它监测点数据都在一定范围内波动。位移值最大的是监测点G9，为21.99mm，除G8、G9、G17三个监测点外，其他监测点的位移值都在5～15mm之间；所有监测点的沉降最大值都小于在24mm；各监测点中速度值最大的是G10，为24.5mm/d，其余监测点的速度最大值都在12mm/d以下；加速度值最大的是监测点G10，为24.5mm/d2，其他监测点速度最大值均未达到17.5mm/d2。 2.5效果分析

系统从开始运行至今能获取16个监测点的位移、沉降、速度、加速度数据，监测系统能自动形成位移、沉降、速度、加速度变形曲线，直观的反应排土场变形情况。根据监测数据表和监测数据曲线，系统稳定，数据连贯、准确。监测系统GPS解算数据水平精度3-5mm，垂直精度在5-8mm。完全满足露天矿边坡监测系统对精度的要求。 3结语

综上所述，本文着重介绍了3种类型的矿区边坡监测方法，也是目前工程学领域用于边坡监测的典型代表，旨在向读者简明扼要地介绍边坡监测的原理与相关的科学技术。虽然边坡监测的方法多种多样，但进行简单的划分，可以分为传统的仪器测量、遥感技术的应用与力学传感器的应用。随着时代的发展和技术的进步，人力资源越来越宝贵的当下，利用遥感方法对边坡进行监测已经渐渐成为主流，不仅可以提高危害预警的能力，相信随着相应技术的进步，监测成本也会越来越低。 参考文献

[1]先锋露天煤矿北帮边坡监测与预警[J].罗爱,王航龙,李克钢.中国水运(下半月).2020(02) [2]万硐山采区边坡监测方法的选择及应用[J].肖欢,刘银,何杰华,孙华芬,者亚雷.黄金.2018(12)