露天矿边坡综合在线监测系统的设计

李玲玲等

摘 要：该文在科学原则下设计边坡综合在线监测系统，采用GPS地表位移监测和地下位移监测相结合的方式，具有传感器、数据通讯、现场辅助系统、控制中心四大功能模块，能为矿山安全生产提供至关重要的监测手段。

关键词：边坡 GPS 综合监测

中图分类号：TB122 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）03（b）-0059-01

随着露天矿矿山开采规模的增大，会形成人为的高大边坡，高大边坡的存在对露天矿的安全生产存在威胁，边坡一旦滑坡直接导致附近工作的人员与设备受到伤害，对露天矿造成不可估量的经济损失，必须建立实时监测措施，保障矿山安全生产。

矿山边坡监测的手段较多，最为常见的为地表位移监测和地下位移监测相结合的监测方式。这是因为地表位移的变化是地下位移积累到一定程度在地表的体现，地下弱层的力学平衡的失调导致错层的发生是前因，地表位移滑动体现是后果，由于地下弱层变化的发生到地表滑坡位移的发生有着一点的时间差异，地下位移发生之后的几天或甚至更长时间才会在地表发生变化，所以地下位移监测可很好的为地表位移的变化之间可相互印证。

地下位移与地表位移监测方式的相互结合，将为矿山安全生产提供至关重要的监测手段。

1 边坡综合在线监测系统设计原则

（1）边坡综合在线监测系统中需要建立主基准站，基准站应该并入矿区高精度的区域控制网中，以便于获得的监测点数据即为高精度的矿区坐标，便于应用。

（2）高精度GPS控制网要定时和国际IGS网联测，然后通过GAMIT或Bernese软件解算，每年可进行一次解算，判断基站是否发生位移。

（3）系统进行数据采集应该具备实时性，准确性与高精度性。避免数据传输过程中的丢包隐患，为灾害预警提供准确依据。

（4）系统监测点的布设应满足露天矿相关安全标准，确保监测效果的可靠有效。

（5）任何系统的建立，都不会尽善尽美，需要预留后续研发接口，使得系统具有开放性与可扩展性，同时，也最大限度的减少系统资金投入。

2 边坡综合在线监测系统的组成

边坡综合在线监测系统应具备以下四大模块。

（1）传感器模块：为表面GPS监测设备、地下位移传感器。

（2）数据通讯模块：现场采集的GPS、地下位移传感器数据由有线、无线等方式传输到控制中心；GPS自动化监测系统数据传输主要通过以下方式：各监测站和参考站原始GPS数据通过无线方式传输到控制中心。采用线缆进行数据通信时容易受到破坏，因此拟采用无线通讯的办法。

（3）现场辅助模块：包括现场双太阳能供电、避雷系统、UPS机房供电系统、野外机柜等。

（4）控制中心模块：由控制中心计算机服务器部分、数据解算部分和数据展示部分组成。

鉴于此，边坡综合在线监测系统由GPS地表位移监测子系统和地下位移监测子系统构成。

3 GPS地表位移监测子系统

地表位移监测子系统由以下三部分组成。

（1）传感器子系统：即由各GPS监测单元组成，负责排土场边坡不稳定区位移监测点监测数据的采集；

（2）数据传输子系统：数据传输方式包括有线传输和无线传输，本方案设计采用GPRS无线传输方式，通过GPRS数据终端，将传感器子系统中的数据实时传输到监控中心。

（3）辅助支持系统：由监测外场及监控中心辅助整个GPS自动化监测系统正常运行的设备组成，包括配电及UPS、防雷、综合布线及外场机柜等子系统组成。

地表监测点的布设应该确保场地平稳，视野开阔的地带，周围障碍物的减少便于卫星信号的接收，也便于数据的传输，同时监测点要远离大功率的无限发射设备防止电磁干扰，造成数据采集的不准确。

4 地下位移监测子系统

地下监测位置的选点尽量选择与GPS监测点相近的位置，这有利于验证地下位移的变化与地表位移之间的关系。

（1）地下位移监测-固定测斜方式。

该方式由四部分组成。

固定测斜传感器：有布设在监测孔中的传感器组成，传感器的数量根据孔深来确定，一般为2～5m一个传感器，但有的为了节省成本可做到10m一个传感器，数据形成的曲线细腻与否与传感器数量成正比。

数据采集系统：由通道数不等的数据采集器组成，采集器通道数与采用的传感器的类型（单/双轴）和数量有关，单轴传感器占用一个通道，双轴传感器占用两个通道，以此类推。

数据传输及辅助系统：数据传输采用无线的方式进行，采用太阳能系统进行供电。

数据处理与控制子系统：由布置在监控中心的小型机系统、服务器系统及软件系统组成。

（2）地下位移监测之大量程位移监测。

如果通过先期地质勘探能够得知滑层所在的位置，通过大量程位移计便可实时监测滑坡的滑动量，由于大量程位移计地下位移监测主要传感器部分在地上，地下为5mm的钢丝，故即使发生大范围的滑动，系统仍能正常工作，继续监视滑坡的滑动情况。

大量程位移计监测地下位移的特点：①系统抗拉能力较强，主要传感器位移位移地表以上不易损坏；②量程大最大可达数米，功耗较低；③可实时监测滑坡体的内部位移情况；④测孔可以打的很深，安装简单易于操作。

5 边坡综合在线监测系统的功能

（1）实时显示功能。

系统监控界面能够读取矿区地形文件，展现监测点在地形文件中所处的实际位置，获取的数据，实时在界面中显示非常直观。

（2）综合预警功能。

系统分为三级预警阈值设定，分别代表三级不同破坏程度，当数据出现异常时，能够及时进行预警，预警采用声光报警方式，同时可以针对不同级别的报警设计通知不同级别的矿领导，以便于做出及时决策。

（3）监测数据的保存功能。

系统实时采集数据存储到数据库中，系统满足5年的数据存储，长期的观测数据积累，对于边坡变形情况分析有很大帮助

（4）系统报表功能。

系统可以按照需求生成不同形式的报表，可以是观测数据报表，也可以是汇总报表，可以按时间段输出，也可以按监测点输出，确保输出形式多样性。

（5）系统基础信息录入功能。

系统可以对监测点进行增加、删除、修改操作，可以设置报警值。

（6）系统曲线分析功能。

曲线分析能够反映一段时间内边坡的变化情况，系统能够生成沉降曲线、速度曲线、加速度曲线等，准确的反映出数据的变化趋势，便于领导决策。

参考文献

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