露天矿边坡监测技术与方法研究

赵玉国

摘 要： 矿产开采产业会直接影响社会经济发展，但采矿业作为高危行业之一，特别是露天矿开采中，必须要保证边坡的稳定性，如果存在变形、位移，要立刻撤离开采现象，并采取加固方法。为了实时掌握边坡实际情况，采用自动化监测技术具有重要意义。基于此，本文首先提出露天矿边坡自动化监测关键技术，进而提出硬件设置要点，以及边坡加固技术。

关键词： 露天矿边坡;自动化监测技术

【中图分类号】TD804     【文献标识码】A     【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.39.043

引言：露天煤矿边坡稳定是生产工作安全有序推进的基础，露天矿勘察、设计、建设、生产、闭坑全过程应贯穿边坡稳定研究工作，其涉及边坡稳定性评价、监测、治理等多方面内容。随着我国露天煤矿开采规模的逐步扩大，采掘深度的增加，边坡工程存在的问题也呈多样化、复杂化。我国露天煤矿受其地质条件的影响，边坡问题频发，安全隐患不容忽视。多年来积累了丰富的理论及实践基础，基本形成了集理论研究、监测监控、治理工程为一体的综合技术体系。

1 露天矿边坡自动化监测关键技术

1.1 技术体系概况

本文所提的整个自动化边坡监测系统包括GNSS、GPS位移监测。整个监测系统中采用了传感系统、信息采集、信息传递与接收、数据处理四个方面;GPS位移监测系统中包括传感系统、数据传输、处理分析3个方面。系统中设置了辅助系统，保证自动化监测作业精度[1]。

1.2 GNSS系统结构

GNSS系统作为一个全球性位置、时间的测定系统，涵盖了接收机、卫星星座等，有效弥补了传统卫星导航系统的不足。GNSS系统结构中主要包括了全球设施、区域设施、用户部分、外部设施等，其中全球设施作为主体设施，区域设施可以视为一个增强系统。边坡自动化监测采用了INrIERNET、高精度卫星导航准动态算法等，每个监测点都可以获取精准的数据参数，如地表位移结算的载波相位数据、星历数据等，借助无线网桥将数据信息传递给办公室控制服务器中。服务器对每个监测点IP端口进行数据采集，得到原始数据信息。在服务器软件中实时计算得出检测点三维坐标，根据坐标变化检测位移情况。考虑到岩体受到力的作用时，边坡内部位移也会产生变化，如果岩石强度低于下滑力度，岩体就会沿着坡面下滑，产生滑坡事故。GNSS系统监测岩体内部情况，如果内部位移发生了变化，则传感器就会记录实际变化情况，掌握变动的位移动态范围。GNSS系统设置了预警系统，一旦位移变化幅度过大或超过设定阈值，则系统会自动报警。位移监测系统中有位移传感系统、信号发射系统、数据采集系统构成;客户端中主要由数据接收系统、处理系统、分析系统构成，信号通过4G移动无线传输网络远距离传输，接收端负责对信息进行分析和处理，随着时间的积累会形成时间—位移量动态监测曲线、预警曲线，不断间断获取位移变化信息，保证信息连续采集和获取，根据曲线变化情况判定边坡是否足够稳定。

1.3 位移监测系统

位移监测系统采用了GNSS位移监测系统，位移监测系中的核心技术为：计算机技术、现代化测量技术、网络通信技术，该技术组合形式可以在不同天气和环境下实时呈现边坡变形量，实时分析边坡位移数据，对所采集的数据信息进行存储、分类、提取、统计等，为中心站提供报表、图形等信息，同样设置了预警系统，根据变形量阈值判定是否报警，为了边坡处理提供了决策依据。

2 硬件设置要点

2.1 监测网布设

结合边坡监测网布设原则和系统布设要求，将远离采坑的测量控制点作为固定控制基点，在采坑周边选择视线好、固定性强的部位，边坡控制点设置监测点。前期设置中好根据监测点实际信息采集情况，可以根据后续生产要求和安全标准增设监测点[2]。

2.2 监测点布

设按照岩石力学工程师建议和采矿生产实际要求合理布设监测点，从而更精准、更直接的反映出边坡岩石移动规律。在采坑内，监测点密度控制在40*40m即可，如果存在特殊区域要增加监测点设置密度，缩小为20*20m。为了更加便捷对检测数据进行加工整理，更加直观反映局部边坡变化情况，要将采坑根据条件不同分为若干区域，并分区采集信息、处理信息、呈现信息。

3 边坡加固技术

1）水害治理。边坡水害主要来自于大气降水及地下水，水的存在使岩土体的物理力学参数降低，导致边坡的稳定性降低，而对大气降水及地下水的疏排，可有效提高边坡的稳定性，边坡常用的排水措施主要包括地表水疏排和地下水疏干2种，地表水疏排是在边坡坡面、坡顶修建排水沟，若有裂缝还应对其深部进行充填、端口进行封闭;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载法及减重压脚法，削坡减载法是对滑体上部或坡面进行减载，以减小下滑力或降低坡面角;减重压脚法是对滑体上部或坡面进行削坡，然后将削坡的岩土堆积于坡脚处，从而增大抗滑力而减小下滑力，该方法要保证坡脚有足够的排土空间。3）增加岩体强度。增加岩体强度的方法主要有锚索/杆加固法、抗滑桩加固法、挡土墙法及注浆加固法，在应用以上各种方法时需要针对边坡形态的不同具体考虑，如锚索/杆加固法适用于有明确滑动面的硬岩，特别是深层滑坡;抗滑桩加固法适用于滑面单一，且滑体较为完好的浅/中厚层滑坡体中;挡土墙法适用于滑体松散的浅层滑坡;注浆加固法适用于岩体较为坚硬，且裂隙较为连通的边坡[3]。

结束语：综上所述，为了能够全面提高露天矿采集的安全性，需要做好边坡监测工作，面对灾害可以快速做出反应。借助信息技术、传感器技术、GPS技术、计算机技术等，构建边坡自动化监测平台，合理运用监测技术，通过辅助系统保持应用系统的稳定性，这样才能够实现边坡数据自动化采集的目标。

参考文献

[1] 韩猛，封海洋，李金典，王海洋，纪玉石.我国露天煤矿边坡研究现状及发展趋势[J].煤矿安全，2020，51（10）：276-280+284.

[2] 张宇，王永伟，石磊.露天矿边坡自动化监测关键技术探析[J].石化技术，2020，27（09）：33-34.

[3] 刘士彪，刘昭华，程雨婷.多源数据支持下的露天矿边坡监测[J].矿山测量，2020，48（03）：86-90.