陶孟德
西藏玉龙铜业股份有限公司 西藏 854000
［摘要：在我国不断发展的背景下，我国的煤矿资源越来越紧缺，针对露天矿边坡暴露日趋增大，边坡稳定性对安全生产的危害愈来越严重，调研了神华露天矿目前在用的边坡实时监测系统应用情况，通过对GNSS边坡监测系统和边坡雷达监测系统工作原理，实际应用中的优缺点以及边坡实时监测预警案例进行分析，认为目前GNSS边坡监测系统较常规人工监测精度高，基本能够满足露天边坡监测需求，边坡雷达监测系统较GNSS系统精度高，监测范围大，适合地质复杂的边坡监测。
关键词：露天矿;边坡监测；应用
［引言
［我国地域内坍塌、滑坡等地质灾害发生频繁，给安全生产、生态环境和人类生存等带来了严重的危害，甚至造成人员伤亡。滑坡发生的主要原因是难以准确地预报发生的时间、地点和强度，以致于在灾害来临之前，不能做出防灾、减灾、抗灾措施。矿山地质灾害事故也时有发生，仅“内蒙古平庄矿”自1958年以来有记载的滑坡事故就多达66起，造成了巨大的损失;云南楚雄州吕合煤矿在2000年排土场发生的重大滑坡事故，造成多处变压器供电中断，公路、池塘、围墙被毁，造成了极大的损失，2001年由于降水矿区发生特大山体滑坡，对广大铁路及下游的农田、公共设施等构成了严重的威胁。灾害事故反应出预防矿山滑坡事故，刻不容缓，而实现矿山滑坡灾害的预防，有效手段是监测边坡稳定性状况，制定并实施针对性的防范、治理方案，确保灾害的预警预报，对安全生产具有重大意义。
［1边坡实时监测技术分析和比较
［1.1GNSS边坡监测系统
［GNSS接收机接收到卫星信号，根据信号电磁波长、信号所含原子钟时刻、卫星动态位置，解算得到卫星至GNSS接收机间的距离。GNSS接收机接收到4颗以上卫星信号，形成以4颗卫星为球心、卫星至GNSS接收机距离为半径的4个虚拟球体，相交于一点，空间后方交会解算出GNSS接收机在WGS84地心坐标系中的位置N、E、Z。各GNSS接收机同步接收到4颗以上相同卫星信号，视为受到AS、卫星轨道偏差、钟差、电离层等所有影响是相同的，根据各接收机同步位置信息N、E、Z，准确解算出各接收机间的基线向量。根据2个以上GNSS已测点用户坐标系数据，平移、旋转各GNSS测量点，得出各点在用户坐标系中的点位坐标。GNSS监测系统的优点是位置布设灵便，便于全天候实时在线监测，测取待测点的数据，数据实现自动化处理，只需对结果进行分析，并作应对处理。基站可加COＲS功能用于矿山日常测量。缺点是只能监测浅表层位移，监测点数增加费用也增加，监测点数不宜布设过多，对陡峭、会有滚石损坏设备或滑坡埋葬监测点的坡体，不宜布设等。目前国产设备性能已很稳定可靠，基本替代进口设备，价格基本可以接受。配置数量可视需要灵活组织，能实现全天候实时在线自动化监测，有效避免引入人为误差。
［1.2地面微波雷达系统
［地面微波雷达系统将干涉测量技术、步进频率连续波技术、合成孔径雷达技术结合在一起，具有距离向分辨率和角度向分辨率，将待监测区域分割成很多的单元，采集每一个单元的位移信息，再将所有的信息结合起来，这样就得到了待测体表面的信息数据。地面微波雷达系统具有外业实时在线监测，采集海量点位数据，采集的数据能反映变形坡体范围、变形坡体体积，可以从距待监测坡体数公里外扫测等优点。但是地面微波雷达系统也存在采集数据需要人工处理分析，引入人为误差，数据只能反映表面形变情况，要求能见度不能过差，大雨天或灰、烟、雾等会有影响，设备与待监测坡体间通视，架设方式不甚灵便，需要布设观测房等保护设施，搬动不灵便等缺点。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
［1.3三维激光扫描系统
［三维激光扫描系统采用马达电机旋转步进角度，设定的扫描间距和激光发射时刻、扫测目标反射回时刻、光速，计算出仪器到“目标点”间距离。根据每一个目标点的角度和距离，计算出其和仪器点的位置关系。根据若干个目标点数据，组成目标体的点云数据。三维激光扫描系统具有采集海量点位数据，并且采集的数据能反映变形坡体范围、变形坡体体积，架设方式灵活等的优点。但也存在设备与待监测坡体间需要通视，数据只能反映表面形变，要求能见度高，雨天或灰、烟、雾等会有严重影响，对坡体反射率要求很高，煤层可能反射不回信号而采集不到数据，土、石扫测距离远远低于标称距离，激光器有使用寿命限制，硬件故障率偏高，扫描采集数据需要人员去现场操作，不利于实时在线监测，数据需要人工处理分析，引入人为误差等缺点。
［1.4传感器系统
［传感器监测系统需要打钻孔放入埋设传感器，安装调试好后，传感器测取到初始姿态数据，后续因地层内部应力变化产生倾斜，测取到发生变化后的姿态数据，两相比较，得出变化量，并反推应力变化情况和地层运动情况。传感器系统可以监测深层位移，在单个孔埋设多个传感器，测取不同深度数据，以分析滑坡体的深度范围。监测点位布设灵便，便于实时在线监测，数据实现自动化处理，提供有效的数据资料。但也存在监测点数增加费用也相应增加，监测点数不宜布设过多;监测深度增加费用也相应增加，埋设难度也增加，需要打钻孔以埋设设备，只能测单轴方向上形变，无法监测三维形变，坡体内部有分层相对滑移，可能会损坏设备，只能埋设在非大幅滑动且重要的位置等缺点。目前国内外设备良莠不齐，是对深层位移监测的有效手段，适用于需长期监测的坡体，特别是有可能对周边村寨、交通设施等造成危害的边坡。
［2预警案例
［1)真实孔径雷达监测预警案例。2013年11月20日，黑岱沟露天矿SSＲ边坡监测雷达数据分析发现，抛掷爆破后表面位移变大，现场坡面有裂隙，坡顶有裂缝，滑坡可能发生。12月5日表面位移最大变形为15mm，变形速率0.23mm/h。12月5日下午，SSＲ边坡监测雷达数据分析发现对下部煤层实施松动爆破后，高台阶边坡位移持续增大。12月6日凌晨边坡预警雷达发出橙色预警，SSＲ边坡监测雷达数据分析表明，高台阶边坡位移最大为126.8mm，变化速率为1.236mm/h，面积49m2。12月6日17:33时，高台阶边坡位移速率和位移开始陡升(图5)，边坡雷达发出红色预警。高台阶下作业的人员和设备开始紧急撤离。到20:45时滑坡开始，此时人员设备已全部撤离至安全的地方。此次滑坡一直持续到7日下午。
［结语
［1)GNSS边坡监测技术由于是单点测量，测量精度相对常规人工测量较高，无需通视即可测量且可以高度集成实现自动化监测;同时价格相对便宜，可用于普通区域的边坡实时监测。2)边坡监测雷达可以非接触测量，测量范围广，速度快，可以“面式”数据采集，成果可以进行三维建模，形象直观;但价格较贵，建议地质灾害严重及需要高精度实施监测的区域选择使用。3)虽然GNSS边坡监测系统和边坡雷达监测预警系统可以实现边坡的实时监测、自动预警，但其仅仅是监测边坡表面的位移变化，属于事后监测预警。只有通过对边坡稳定性内部机理的评价研究，再结合GNSS边坡监测系统和边坡雷达监测系统对边坡表面位移的实时动态监测预警，才可以有效预防高台阶边坡发生滑坡和坍塌。
［参考文献：
［［1］池君洲．排矸场边坡GPS变形监测系统［J］．煤炭工程，2010(9):116－118．
［2］韩雪，何满潮，张斌．露天矿运输站场边坡稳态远程监控及工程对策［J］．黑龙江科技学院学报，2009，19(1):34－37．
［[3］孟祥铭．现代监测手段在黑岱沟露天矿边坡中的应用研究［D］．包头:内蒙古科技大学，2012．
论文作者:陶孟德
论文发表刊物:《防护工程》2018年第4期
论文发表时间:2018/6/21
标签：数据论文; 位移论文; 滑坡论文; 露天矿论文; 实时论文; 接收机论文; 监测系统论文; 《防护工程》2018年第4期论文;