监测手段在黑岱沟边坡中的应用

赵亚军，王 莹，孙振敏

（内蒙古科技大学矿业工程学院，内蒙古 包头 014010）

·问题探讨·

监测手段在黑岱沟边坡中的应用

赵亚军，王 莹，孙振敏

（内蒙古科技大学矿业工程学院，内蒙古 包头 014010）

边坡变形监测是有效预测滑坡的重要手段，随着监测技术的不断进步，监测设备的精度越来越高，预测滑坡的水平也有了较大的提高。但我国边坡监测技术及设备相对国外来说发展速度较慢，随着国内矿山对边坡安全的重视，一方面有必要引进国外的先进监测技术及设备，使我国的监测手段更加丰富；另一方面有必要优化升级现有的监测技术，使各种监测技术相互融合，从而更好地保障我国矿山的边坡安全。以黑岱沟露天矿为例，论述了影响该矿边坡稳定的主要因素，通过监测实例介绍了雷达监测在边坡稳定性监测中取得的良好效果，为安全生产提供了保障。

边坡变形监测；危险预警；GPS

由于我国工程体制、技术等原因，对边坡监测技术的应用不够重视，往往会导致工程出现险情，或者在实施过程中考虑到监测出现问题，有时会导致不能提前预测灾害而造成很大的损失。

要判断边坡稳不稳定，可能失稳的破坏模式怎样，滑动的范围有多大，滑动的速度和方向怎样，有没有可能造成灾害的大滑动，其失稳变形与哪些主要因素有关，这些主要因素的作用机制和变化范围如何等等。这些问题除了工程地质调查、勘察、试验和稳定性评价外，动态监测是必不可少和非常重要的手段，尤其是对重要的、高大复杂的边坡。

1 选择监测内容及方法应遵循的原则

边坡监测应根据边坡的危害等级、地质、支护结构的特点进行考虑，针对不同的工程背景，选择不同的监测方法。边坡监测应遵循下列原则：

1）突出重点。边坡检测中，不可能全面兼顾，大多会找出影响边坡监测的重要因素。

2）全面兼顾。既要在突出重点的基础上，保证对整个边坡的全面覆盖，以确保监测的准确性。

3）及时有效。监测设备能够反映当下监测出的信息，确保信息及时有效。

2 研究的内容、技术路线及目标

本文主要针对黑岱沟露天矿的3个外排土场边坡、采掘面的倒堆剥离台阶进行监测研究，在现场调研和资料收集的基础上，得出影响边坡稳定性的主要因素，分析出该矿边坡的滑坡类型及滑坡模式，确定出边坡潜在的不稳定区域。根据边坡周围的建筑情况及对生产的影响确定需要监测的区域，然后根据边坡的特性、危害程度及危险级别制定不同的监测方案，采用不同的监测设备。具体的研究路线示意图见图1。

3 影响该矿边坡稳定的主要因素

1）爆破震动因素影响。黑岱沟露天煤矿易受爆破震动影响，岩体强度低。

2）软弱层影响。该煤矿6号煤顶板分布4～12 m软弱层，为黏土岩，下部含炭质。通过实验，得出其物理性质，遇水该层易变形。容易产生局部滑动，抗压，抗剪强度变小。

3）褶曲影响。煤矿东部出现了轴局部向东倾伏，倾伏角小于3°。轴部易出现滑落，对边坡稳定有不利影响。

4）节理的影响。从煤矿采场节理调查可以了解

到，场区主要有2组角度近于正交的“X”节理。结构面与工作帮的组合关系如下：一组节理的走向与边坡线方向相交角度为55°，倾向相反，节理面倾角达80°左右。另一组节理走向与边坡线方向基本一致，倾向相反。由于台阶高度达到45 m，台阶坡面角65°，在爆破震动的影响下易发生局部岩块倾倒。

综上分析可知，采掘场煤岩台阶极容易发生片帮危害的原因如下：

1）地质条件复杂：岩体裂隙发育，完整性较差。岩体成结构体松散、破碎结构体和层状结构体。

2）预裂孔爆破影响：受到震动影响，岩体节理裂隙发展，台阶坡顶面有大量裂缝出现。

3）松动爆破影响：煤台阶爆破震动作用，使岩体的强度降低，导致倒堆台阶的安全稳定性降低。

图1 具体的示意图研究路线

4 GPS监测概述

GPS（Global Positioning System）意为全球定位系统，是以卫星为基础，用于无线电导航定位的覆盖全球的庞大系统。GPS实时监测系统以其实时性被广泛地应用于滑坡变形实时监测领域，并取得了较好的效果。

1）实时性。监测工作人员能够第一时间掌握被测物体的信息，了解监测对象的发展趋势。GPS实时监测的特点为：采集方式是连续的、跟踪式的。时间周期比传统的GPS静态监测短。GPS实时监测数据能够自动实现，无需技术人员干预，使监测更加简单方便。

2）监测数据远程传输。实时监测的另一特点是监测数据远程传输。一般，监测控制中心设立在远离边坡的监测中心，借助公众通信网络或其他将监测数据“搬运”，转换计算，得到监测需要的结果。这个“搬运”过程即为监测数据的远程传输。

GPS边坡监测主要应用在地形条件复杂的边坡监测。GPS边坡监测技术的优点：定位精确，选点方便，观测受天气限制小，在测程大于10 km时，精密要优于其他测距仪等等。

5 监测实例

雷达在边坡稳定性中获得了较好的效果，为安全生产提供了重要保障。下面是正常匀速变形阶段和临近滑坡阶段的区别。

1）匀速变形阶段。

滑坡变形曲线图，速度曲线图（变化幅度最大的曲线）见图2。速度曲线图是水平的，速度恒定，说明边坡是匀速变化的。

图2 匀速阶段变形、速度曲线图

2）加速阶段。加速阶段变形，速度曲线图见图3。

图3 加速阶段变形、速度曲线图

为了方便观测图2和图3选择的位置几乎一样。此点位滑坡前后的变形曲线，速度曲线图。

从图3中发现，两处变形曲线有加速阶段（变化幅度较为平缓的曲线）。经过分析，这一阶段没有其他因素的干扰。因此，可以断定，曲线变化为边坡变形。

速度曲线更加直观，出现了两处跳跃，第二次比第一次更加明显。在速度的峰值都发生了滑坡。

6 监测总结

通过对几次片帮案例前后雷达测量数据进行对比分析，可总结如下：

1）在边坡滑坡之前，边坡的速度曲线大部分时间内为一条水平直线，说明速度稳定于一个恒定值附近，边坡变形还处于匀速变化阶段，并没有达到临滑状态，此时边坡处于安全水平。

2）片帮时期的瞬时速度在几十mm/h，速度曲线有震荡上升，且在1～2 h内就能加速到很高的速度。所以，当出现边坡的瞬时速度在5 mm/h的时候，就要警觉，以便及时采取相应的措施。

3）高台阶边坡受爆破震动影响，坡面的变化速度有成阶梯状逐渐增大的趋势。

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［3］何玉华，吴飞雪，陶义男．加快包钢白云鄂博铁矿信息管理技术的升级［J］．包钢科技，2003（10）：35-36．

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［5］方兆良，杨 静．现代矿业企业新型安全管理系统构建［J］．矿山机械，2007，35（5）：7-9．

Application on Monitoring Means in Side Slope of Heidaigou Open Pit Mine

Zhao Ya-jun，Wang Ying，Sun Zhen-min

Slope deformation monitoring is an important means to effectively predict landslide．With the constant progress of monitoring technology，the accuracy of monitoring equipment is higher and higher，the level of predicting landslide also has greater improvement．But the slope monitoring technology and equipment in China compared with foreign countries development speed is slower．With domestic mine paying attention to slope safety，on the one hand，the need for the introduction of foreign advanced monitoring technology and equipment，so our monitoring means are more rich．The other hand it is necessary to optimize and upgrade the existing monitoring technology，and fuses the various monitoring techniques，in order to better ensure the slope safety of our mine．Takes Heidaigou mine as an example，discusses the main factors affecting the mine slope stability．By the monitoring example，introduces the radar monitoring obtained good effect in the slope stability monitoring，has provided the safeguard for safety production．

Slope deformation monitoring；Risk early warning；GPS

TD824．7+3

B

1672-0652（2013）05-0034-03

2013-02-21

赵亚军（1959—），男，河北秦皇岛人，1983年毕业于西安建筑科技大学，教授、硕士研究生导师，主要从事矿业工程等方面的教学及科研工作，（E-mail）526541909＠qq．com