露天礦邊坡變形監測技術

由于露天礦邊坡的穩定性是生產安全的重要因素，對于露天礦的邊坡變形監測是有效預測滑坡的重要手段。隨著監測技術的不斷進步，監測設備的精度越來越高，預測滑坡的能力也有了較大的提高。本文主要探討了露天礦邊坡變形監測的意義、工作內容、數據分析方法。

露天礦邊坡變形監測的意義

露天礦邊坡中，主要研究的對象是天然巖體，它不僅具有顯著的不連續性、非均勻性和各向異性，而且受到地應力和地下水等作用，這使得其天然狀態十分復雜。而大型邊坡開挖擾動了自然條件下的地應力（初始應力）場。合理的計算模型要求能真實的反映巖體物理力學性質，以及地應力釋放和重分布時的巖體性狀。

從露天礦邊坡設計開始，對于邊坡工程，一方面在設計充分利用礦產資源的前提下，力求加陡邊坡角，減少剝巖量，節省基建投資;另一方面，避免不適當地加陡邊坡角，可能導致邊坡的破壞，增加邊坡的加固處理費用，甚至危及礦山生產安全，給企業和職工帶來不必要的生命財產損失。

邊坡穩定性分析是邊坡的研究的核心，目的是通過使用先進的研究方法和系統科學方法的優化，在確保邊坡的安全的前提下，尋求少的剝巖量和大的開采量，及滑坡處理和補救工程的低成本、礦山相關效益最大的邊坡的設計方案。通過對邊坡變形觀測的數據管理，可以進行邊坡變形監測信息查詢和信息添加、實現和礦山現有信息系統的無縫鏈接，將大礦山邊坡安全管理，保障露天礦安全生產。

露天礦邊坡變形監測工作內容

第一、收集、整理基礎資料

主要的基礎資料包括：采礦工程地質數據及相關地圖，如礦床地質勘探報告，水文地質和工程地質數據;邊坡存在和組合的形式，采場生產現狀圖及相關的生產狀況的資料;邊坡的基本情況，邊坡巖體的觀測數據等。基礎資料的整理主要是指通過對收集的數據分類整理、和以前的資料進行對比，判斷其是否滿足現在的監測工作的需要。

第二、邊坡現場檢測

邊坡現場檢測主要有以下內容：

邊坡的每個參數。如邊坡的結構、覆蓋圖的厚度、坡向長度、坡高、各種平臺的寬度，各種坡度等等。

邊坡巖體結構和邊坡位移的觀測。巖體結構主要指的是指斷層、和較大的節理的結構面。要求把結構面在邊坡的位置繪制出來，記錄相關參數。邊坡位移的觀測是指使用簡單的儀器或設備檢測邊坡巖體的位移規則和不穩定性。

邊坡總體觀測檢查。主要檢查在邊坡上是否有任何違章采礦的行為，如傘檐，空洞，陰山坎等違章開采的數據繪制成草圖。

第三、邊坡監測數據分析

對于現場監測數據的綜合分析，包括三個方面的內容：

1、根據工程地質資料和現場暴露邊坡巖體和結構數據的現場調查和觀察等資料，利用巖體結構分析的方法，和數學模型以及綜合工程參數類比法分析進行分析和計算。

2、根據現場實測邊坡各項參數對照國家有關規定確定其是否符合要求。

3、確定影響邊坡穩定的主要因素，邊坡各項參數對邊坡穩定的影響，主要結構面對邊坡穩定的影響，采掘工作面上違章開采對邊坡穩定的影響等。

不同形式的邊坡失穩在邊坡的位移與時間關系中表現出不同特征，主要是急劇發展階段不同。拉伸性的巖崩，以突發式為特征，剪切性滑坡，需經歷一個大位移的發展過程，急劇發展的時間較長。對于人為邊坡的位移與時間關系的分析，目的在于提供工程措施的依據。即選取合理的柔性支護與剛性永久支護，使邊坡進入人為的穩定狀態;對于天然邊坡的位移與時間關系分析，目的在于提供治理的理論依據，或現場邊坡失穩的報警時間。

4、邊坡穩定性評定

根據檢測資料和分析結論得出被檢測邊坡屬于穩定型邊坡或不穩定型邊坡的結論。根據檢測結果提出礦山邊坡存在的問題，尤其是對不穩定型邊坡，要指出問題所在和不穩定的原因，并提出相應的治理措施和整改要求。

露天礦邊坡變形監測數據分析方法

1、定性分析法

主要是通過工程地質勘察，對影響邊坡穩定性的主要因素、可能的變形破壞方式及失穩的力學機制等進行分析，對已變形地質體的成因及其演化史進行分析，從而給出被評價邊坡一個穩定性狀況及其可能發展趨勢定性的說明和解釋。其優點是能綜合考慮影響邊坡穩定性的多種因素，主要方法有范例推理、專家系統及圖解法等等。

作為數據分析的主要方法和定量分析的主要工具，數學監測模型在露天礦邊坡中得到廣泛的應用。工程人員借助監測模型可以對被監測狀態的變化規律進行定量描述，在一定情況下，可以揭示狀態量與影響因素間的定量關系，還可以借助模型進行反演分析，而在監測模型上的預測已經成為目前應用最廣的預測方法。

正是由于監測模型能有效服務于幾乎全部的安全監測目的，它已成為深入分析監測資料不可缺少的組成部分，也是深入研究的重點內容。

定性分析通常包括：對實測數據中有代表性的主要測值信息進行基本特征值統計，例如，計算某時段（某區域）的最大值、最小值及相關時間，平均值、極差、樣本方差等;進行對比分析，如將新監測值與歷史同條件測值進行對比，與歷史最大、最小值和平均值比較，與近期數值比較，與鄰近測點數值比較，與相關項目數值比較，等等;

繪制實測值變化曲線及相關測項對應曲線，并以這些為基礎對被監測體的狀態進行初步定性識別，同時可考察測值的真實性，識別由儀器失效、觀測失誤等因素造成的明顯不合理數據。

2、定量分析法

定量分析則需要從力學、數學等方面入手，從定量角度較為深入、詳細地揭示數據所含的信息，描述內在規律，進行預測、評價和反演等，定量方法主要有極限平衡法和數值法兩大類。

2.1、極限平衡方法

極限平衡方法，假設邊坡沿某一形狀滑動面破壞，根據力學平衡原理來進行二維計算。而三維邊坡的穩定性則取決于復雜空間分布的地形、地層、巖土力學參數及地下水等因素，由于這些空間分布的信息很難在一般的邊坡三維穩定分析程序中處理，但是通過GIS（地理信息系統）就可以提供一個通用平臺來處理這些復雜的空間信息。

通過GIS可以把所有斜坡相關數據轉化為GIS柵格數據因此，基于柱體單元的邊坡三維穩定分析模型均可采用GIS柵格數據集進行分析。極限平衡方法優點是簡易明確地給出邊坡的抗滑力與下滑力及其穩定性數;缺點是不考慮巖體的受力變形與位移。

北京天璣科技-邊坡位移監測系統采用GNSS自動化監測方式對表面位移進行實時自動化監測，其工作原理為：各GNSS監測點與參考點接收機實時接收GNSS信號，并通過數據通訊網絡實時發送到控制中心，控制中心服務器GNSS北斗數據處理軟件TJ-Cloud實時差分解算出各監測點三維坐標，數據分析軟件獲取各監測點實時三維坐標，并與初始坐標進行對比而獲得該監測點變化量，同時分析軟件根據事先設定的預警值而進行報警。

2.2、相空間重建

相空間重構其實就是只考察其中的一個分量。將它在某些固定的時間延遲點上的測量作為新維處理。即延遲值被看成是新的坐標。它們確定了某個多維狀態空間的一點。重復這一過程并測量相對于不同時間的各延遲量，就可以產生出許多這樣的點。這些點構成高維空間下的一種軌跡，稱之為偽相圖（偽相軌跡）。若重構的正確，這時重構的相空間具有與實際的動力系統相同的幾何性質與信息性質。

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