露天矿边坡变形监测技术

由于露天矿边坡的稳定性是生产安全的重要因素，对于露天矿的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，预测滑坡的能力也有了较大的提高。本文主要探讨了露天矿边坡变形监测的意义、工作内容、数据分析方法。

 

露天矿边坡变形监测的意义

露天矿边坡中，主要研究的对象是天然岩体，它不仅具有显著的不连续性、非均匀性和各向异性，而且受到地应力和地下水等作用，这使得其天然状态十分复杂。而大型边坡开挖扰动了自然条件下的地应力（初始应力）场。合理的计算模型要求能真实的反映岩体物理力学性质，以及地应力释放和重分布时的岩体性状。

 

从露天矿边坡设计开始，对于边坡工程，一方面在设计充分利用矿产资源的前提下，力求加陡边坡角，减少剥岩量，节省基建投资;另一方面，避免不适当地加陡边坡角，可能导致边坡的破坏，增加边坡的加固处理费用，甚至危及矿山生产安全，给企业和职工带来不必要的生命财产损失。

 

边坡稳定性分析是边坡的研究的核心，目的是通过使用先进的研究方法和系统科学方法的优化，在确保边坡的安全的前提下，寻求少的剥岩量和大的开采量，及滑坡处理和补救工程的低成本、矿山相关效益最大的边坡的设计方案。通过对边坡变形观测的数据管理，可以进行边坡变形监测信息查询和信息添加、实现和矿山现有信息系统的无缝链接，将大矿山边坡安全管理，保障露天矿安全生产。

 

 

露天矿边坡变形监测工作内容

 

第一、收集、整理基础资料

主要的基础资料包括：采矿工程地质数据及相关地图，如矿床地质勘探报告，水文地质和工程地质数据;边坡存在和组合的形式，采场生产现状图及相关的生产状况的资料;边坡的基本情况，边坡岩体的观测数据等。基础资料的整理主要是指通过对收集的数据分类整理、和以前的资料进行对比，判断其是否满足现在的监测工作的需要。

 

第二、边坡现场检测

边坡现场检测主要有以下内容：

边坡的每个参数。如边坡的结构、覆盖图的厚度、坡向长度、坡高、各种平台的宽度，各种坡度等等。

边坡岩体结构和边坡位移的观测。岩体结构主要指的是指断层、和较大的节理的结构面。要求把结构面在边坡的位置绘制出来，记录相关参数。边坡位移的观测是指使用简单的仪器或设备检测边坡岩体的位移规则和不稳定性。

边坡总体观测检查。主要检查在边坡上是否有任何违章采矿的行为，如伞檐，空洞，阴山坎等违章开采的数据绘制成草图。

 

第三、边坡监测数据分析

对于现场监测数据的综合分析，包括三个方面的内容：

1、根据工程地质资料和现场暴露边坡岩体和结构数据的现场调查和观察等资料，利用岩体结构分析的方法，和数学模型以及综合工程参数类比法分析进行分析和计算。

2、根据现场实测边坡各项参数对照国家有关规定确定其是否符合要求。

3、确定影响边坡稳定的主要因素，边坡各项参数对边坡稳定的影响，主要结构面对边坡稳定的影响，采掘工作面上违章开采对边坡稳定的影响等。

 

不同形式的边坡失稳在边坡的位移与时间关系中表现出不同特征，主要是急剧发展阶段不同。拉伸性的岩崩，以突发式为特征，剪切性滑坡，需经历一个大位移的发展过程，急剧发展的时间较长。对于人为边坡的位移与时间关系的分析，目的在于提供工程措施的依据。即选取合理的柔性支护与刚性永久支护，使边坡进入人为的稳定状态;对于天然边坡的位移与时间关系分析，目的在于提供治理的理论依据，或现场边坡失稳的报警时间。

 

 

4、边坡稳定性评定

根据检测资料和分析结论得出被检测边坡属于稳定型边坡或不稳定型边坡的结论。根据检测结果提出矿山边坡存在的问题，尤其是对不稳定型边坡，要指出问题所在和不稳定的原因，并提出相应的治理措施和整改要求。

 

露天矿边坡变形监测数据分析方法

1、定性分析法

主要是通过工程地质勘察，对影响边坡稳定性的主要因素、可能的变形破坏方式及失稳的力学机制等进行分析，对已变形地质体的成因及其演化史进行分析，从而给出被评价边坡一个稳定性状况及其可能发展趋势定性的说明和解释。其优点是能综合考虑影响边坡稳定性的多种因素，主要方法有范例推理、专家系统及图解法等等。

 

作为数据分析的主要方法和定量分析的主要工具，数学监测模型在露天矿边坡中得到广泛的应用。工程人员借助监测模型可以对被监测状态的变化规律进行定量描述，在一定情况下，可以揭示状态量与影响因素间的定量关系，还可以借助模型进行反演分析，而在监测模型上的预测已经成为目前应用最广的预测方法。

 

正是由于监测模型能有效服务于几乎全部的安全监测目的，它已成为深入分析监测资料不可缺少的组成部分，也是深入研究的重点内容。

 

定性分析通常包括：对实测数据中有代表性的主要测值信息进行基本特征值统计，例如，计算某时段（某区域）的最大值、最小值及相关时间，平均值、极差、样本方差等;进行对比分析，如将新监测值与历史同条件测值进行对比，与历史最大、最小值和平均值比较，与近期数值比较，与邻近测点数值比较，与相关项目数值比较，等等;

 

绘制实测值变化曲线及相关测项对应曲线，并以这些为基础对被监测体的状态进行初步定性识别，同时可考察测值的真实性，识别由仪器失效、观测失误等因素造成的明显不合理数据。

 

 

2、定量分析法

定量分析则需要从力学、数学等方面入手，从定量角度较为深入、详细地揭示数据所含的信息，描述内在规律，进行预测、评价和反演等，定量方法主要有极限平衡法和数值法两大类。

 

2.1、极限平衡方法

极限平衡方法，假设边坡沿某一形状滑动面破坏，根据力学平衡原理来进行二维计算。而三维边坡的稳定性则取决于复杂空间分布的地形、地层、岩土力学参数及地下水等因素，由于这些空间分布的信息很难在一般的边坡三维稳定分析程序中处理，但是通过GIS（地理信息系统）就可以提供一个通用平台来处理这些复杂的空间信息。

 

通过GIS可以把所有斜坡相关数据转化为GIS栅格数据因此，基于柱体单元的边坡三维稳定分析模型均可采用GIS栅格数据集进行分析。极限平衡方法优点是简易明确地给出边坡的抗滑力与下滑力及其稳定性数;缺点是不考虑岩体的受力变形与位移。

 

北京天玑科技-边坡位移监测系统采用GNSS自动化监测方式对表面位移进行实时自动化监测，其工作原理为：各GNSS监测点与参考点接收机实时接收GNSS信号，并通过数据通讯网络实时发送到控制中心，控制中心服务器GNSS北斗数据处理软件TJ-Cloud实时差分解算出各监测点三维坐标，数据分析软件获取各监测点实时三维坐标，并与初始坐标进行对比而获得该监测点变化量，同时分析软件根据事先设定的预警值而进行报警。

 

 

2.2、相空间重建

相空间重构其实就是只考察其中的一个分量。将它在某些固定的时间延迟点上的测量作为新维处理。即延迟值被看成是新的坐标。它们确定了某个多维状态空间的一点。重复这一过程并测量相对于不同时间的各延迟量，就可以产生出许多这样的点。这些点构成高维空间下的一种轨迹，称之为伪相图（伪相轨迹）。若重构的正确，这时重构的相空间具有与实际的动力系统相同的几何性质与信息性质。

 

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