边坡在线监测系统在拉拉铜矿落凼矿区中的应用

吴敏

（凉山矿业股份有限公司,四川会理 615146）

1 概况

凉山矿业股份有限公司拉拉铜矿露天开采区域，分为东露天采场（也称大露天）和西露天采场（也称小露天），其中西露天采场已闭坑多年，其坑底标高为2020m；东露天开采设计最高标高2214m，最低标高1890m。最终边坡角：西部37°33'，东部44°51'，南部44°45'，北部27°04'。最终开采深度324m，属于高边坡（200 m ～500m）。

2 拉拉铜矿落凼矿区边坡稳定性因素分析

（1）开采方式：日处理4500吨露天矿山投产后，加快了落凼矿区向东部延伸和南部扩展的进度，外围呈东西长、南北宽，北高南低的形状。采用“陡帮组合台阶”扩帮剥离的开采工艺，24m合并台阶稳定系数降低。

（2）岩体稳定性：采区内断层发育，节理繁多，坚硬岩与软岩互层，软弱结构层（面）极发育，软弱夹层和局部破碎带影响岩体稳定。

（3）施工条件：随着作业环境、开采条件、以及采剥工程量等不断发生改变，矿山施工台阶采用“条带”推进的施工方式，其爆破震动是造成边坡不稳定的重要因素。

3 拉拉铜矿落凼矿区在线监测系统设置和构成

3.1 设计要求

对拉拉铜矿落凼矿区开采过程中的边坡稳定性进行综合研究，按照露天矿山边坡监测等级、安全技术规范的要求，对整个边坡区重点监测部位进行滑坡立体交叉时在线监测。监测项目为：表面位移、内部位移、爆破振动、视频和降雨量指标。

3.2 精度等级

依据拉拉铜矿露天矿山采场边坡勘察报告，边坡稳定性研究相关报告文献和开采及设计资料，结合露天矿山生产过程中反馈的地质情况，分区评定边坡稳定性现况，确定边坡安全监测监控等级，进行总体边坡精度相关方案设计，并按设计精度相关要求执行建设。其精度范围应满足有关规范的要求，见表1。

表1 拉拉铜矿落凼矿区在线监测系统监测项目与精度Tab.1 Monitoring items and accuracy of online monitoring system in Luodang mining area of Lala Copper Mine

3.3 设计范围

系统能实时、自动检测拉拉铜矿落凼矿区表面位移、内部位移、爆破震动、降雨量和视频监控等数据，依托智能化软件系统，建立红、橙、黄、蓝四种预警模式，设置安全阀值，实现手机平台短信提醒及短信群发功能，并能够分析历年拉拉铜矿落凼矿区表面水平位移、沉降变化等。

3.4 系统组成

（1）传感器系统：由布置在边坡上的表面位移变形GNSS监测设备、内部位移监测设备、爆破震动监测设备、雨量监测设备、视频监控等组件构成。

（2）数据传输系统：监测系统的通讯系统采用GNSS移动传输加无线的方式进行数据传输，实现监测站和基站到控制中心主控系统的数据通讯。

（3）监控中心主控系统：监控中心设置有小型机系统，服务器系统，通讯系统，在线安全监测系统与分析预警系统，所有系统有机结合。

（4）辅助系统：包括机房辅助设备、供配电系统、防雷系统和远程电源监控子系统等[1]。

4 拉拉铜矿地面位移监测系统的分析与应用

4.1 落凼矿区边坡人工监测情况

露天矿山开采进入凹陷露天后，根据监测要求，拉拉铜矿落凼矿区地面位移监测工作由矿山测量人员在北部、东部稳定性差或存在松动岩层或边坡高度较大等地段设置固定监测点。采用较为固定精度的测量仪器定期或不定期采集现场数据。观测频率取决于观测的参量和周期，观测精度需以满足室内稳定性分析为原则，并且结合现场布设的滑坡位移监测点变化进行判断。人工监测观测数据录入测量制图软件后及时形成对比监测资料，判断监测对象的变形情况，对观测过程中发现异常的测点采取现场巡视结合其它仪器观测结果对比的方式进行综合分析[2]。

4.2 GNSS表面位移检测评定技术的应用

4.2.1 GNSS监测评定技术特点

因GNSS监控监测技术核心是利用卫星传送的导航定位信息进行相关空间交会测量，根据坐标值在不同时间的变化来获取位移的数据及其变化情况。因此GNSS监测环境适应性强，布设的滑坡位移监测点之间无需通视，可以全天24小时监测，现场气候和作业环境条件影响监测精度小、操作简便、易于实现监测自动化。尤其适合监测点较少、监测场所地表起伏较大的场合。

4.2.2 落凼矿区GNSS地表位移监测

基于GNSS监测技术在矿山边坡位移和沉降变形监测中的应用已经相当广泛，因此，选用GNSS监测技术按照可靠性、实用性原则在落凼矿区表面位移监测中进行了合理配置。GNSS接收机安放在变形体以外的稳固地点（拉拉公司办公楼顶）作为监测基准站，监测点布置依据最大范围进行拉拉铜矿落凼矿区监测，沿拉拉铜矿落凼矿区边坡进行12个点位移观测，点间距200m～350m。监测网通过GNSS差分技术实时获取监测点的三维坐标（X、Y、Z）。通过自动监测系统软件来解算边坡坡顶观测点的位移值、沉降值、累计位移值、累计沉降值，并进一步解算出观测点位移速率，分析地表变形情况，判断边坡的安全程度。

4.2.3 GNSS地表位移监测应用

边坡位移是边坡形变的最直观反映。对边坡采用GNSS技术进行监测，在各种环境时间条件下，为边坡可能出现的失稳破坏和变形破坏提供必要的监测信息，根据坐标值在不同时间的变化获取位移的数据及其变化情况，及时对边坡可能出现的险情进行预警。实践证明，利用GNSS进行变形监测可获得毫米级的精度。缺点：每个监测点都需要一个GNSS接收机监测点，单台GNSS接收机费用较高，不宜大面积高密度布置使用，监测点数量受限制。

5 拉拉铜矿边坡在线监测数据分析及管理系统的构成及特点

5.1 系统组成

（1）拉拉铜矿落凼矿区在线监测管理系统软件包括数据采集、安全监测管理分析和数字矿山VR系统平台三个部分。

（2）数据采集软件将采集的数据和报警限制信息上传至数据库，数据库定期自动备份。

（3）监测和数据分析软件能通过对事实数据和设定阈值的比较进行判异，通过声光报警器，邮件系统反馈和短信智能报警等多种方式结合，实现有效预警。

5.2 系统特点

（1）监测系统可以自动进行数据采集、自动分析变形、自动实现预警、自动输出单次或累计监测数据动态实时图表及变形速率动态图。

（2）自动备份功能。数据能实现定期自动的相关备份，数据库数据不会因为断电丢失，并根据需求进行数据还原。

（3）留有多种传感器接口，方便系统扩展。位移监测、降雨量监控、土质压力监控、内部位移监测、缝隙监测等功能，可按需选择。

（4）多层设计。建立“数字拉拉铜矿落凼矿区在线监测”树形关系。

（5）功能多样化系统。数据可实现实时联网，实现远程访问和数据共享。

6 边坡的稳定运行实时监控测量及自动报警效果

（1）数据采集和收集是稳定性运行监测的核心。数据呈现方式多样，图表结合方式可以将断面分析结果、历史数据分析、降雨量监控、位移监控等数据形象呈现。“数据接收处理”是拉拉铜矿落凼矿区自动化监测系统的重点，边坡稳定性运行实时监测“数据处理”结果的精度完全适用于拉拉铜矿落凼矿区边坡稳定性的判断、分析、预警以及管理[3-4]。

（2）实时连续化监测。监控阈值点附近数据的集中性趋势，预测预报数据监测。可以实时调整监测阀值设置信息及变化速率，设置4级预警模式，能在超出预定极限值时，系统能及时发出预警信息。

（3）重点监测部位，实现边坡参数交叉监测、综合分析。在重点监测部位，主监测断面实现边坡立体交叉监测，对于人工监测、历史数据、登陆日志等进行有效管理，实现多监测参数的综合分析。

（4）监测数据预警分析及信息研究。实现对于不同的监测点可能采用不同的监测手段，对边坡滑坡灾害的安全预警机制或准则等进行分析，设置不同限差级别的报警参数，根据监测体的结构，逐步建立了拉拉铜矿落凼矿区矿山边坡的安全监测体系，并对监测数据预警信息综合研究。

（5）从本质上提高拉拉铜矿的一体化安全管理水平和信息化程度。落凼矿区建立的“安全在线监测预警平台”可从适应自身发展需求的角度进行设置开发，便于生产技术部门通过边坡技术指标和最新动态监测数据验证设计、优化设计来提高技术设计和管理水平。

7 结论

任何矿山工程中关于边坡的失稳和破败，都是从量变到质变的发展过程，亦是一个从渐变到剧变的发展过程。必须依托高精尖的测量系统和相应技术方法相结合的方式实现监控、判异和预警。拉拉铜矿落凼矿区矿山边坡在线监测系统的应用，有利于矿山管理部门及时掌握矿山的运行状况和安全现状，为拉拉铜矿落凼矿区安全生产提供技术支撑，提高了矿山开采的安全性。

[1]杨忠林，薄建芬，黄永强.尖山铁矿高陡边坡智能在线监测及预警系统[J].现代矿业，2016.03（3）:215－219.

[2]王翠珀,陈跃月.GPS实时监测技术在抚顺西露天矿边坡变形监测中的应用[J].地质与资源,2010,02:180-183.

[3]徐绍铨,张华海,杨志强等.GPS测量原理及应用[M].武汉大学出版社，2017，04.

[4]李玲玲，何帅，丁文.露天矿边坡综合在线监测系统的设计[J].科技资讯，2015，08，59.