边坡无线监测系统的应用

文章编号:1005-7854(2003)03-0005-04边坡无线监测系统的应用张会林1,李军才1,刘贤信2(11北京科技大学,北京100083;21山东黄金公司计划部,济南250000)摘　要:介绍边坡无线监测系统在国外的应用及国内边坡监测的现状。

结合鞍钢眼前山铁矿加陡最终边坡角的实际情况,确定了该矿北帮的不稳定部位,并首次建立了边坡无线监测系统。

概述了该系统的原理、功能和安装,同时讨论了测点的布置和探头的选取。

根据监测结果,对该系统进行了评价。

现场工业试验表明,该系统在眼前山铁矿的应用是成功的。

关键词:露天矿;边坡稳定;无线监测系统;矿山安全中图分类号:TD85416;TD82417+3 文献标识码:AAPPL ICA TION OF SLOPE WIREL ESS MON ITORIN G SYSTEMZHA N G Hui 2li n 1,L I J un 2cai 1,L IU Xian 2xi n2(11U niversity of Science and Technology Beiji ng ,Beiji ng 100083,Chi na ;21Project Division ,S handong Gol d Com pany ,Ji nan 250000,Chi na )ABSTRACT :The application of slope wireless monitoring system abroad and the present situation of slope moni 2toring research at home are introduced in this paper 1In light of actual condition of steepening ultimate slope in Yanqianshan Iron Openpit ,Anshan Iron &Steel Co 1,the unstable zones in northern slope wall are determined and a slope wireless monitoring system is set up for the first time 1The principle ,function and installation of the system are outlined 1At the same time ,the arrangement of measuring points and the selection of sensors are dis 2cussed 1On the basis of monitoring results ,the system is evaluated 1The commercial scale tests show that applica 2tion of the slope wireless monitoring system is successful in Yanqianshan Iron Openpit 1KE Y WOR DS :Openpit ;Slope stability ;Wireless monitoring system ;Mine safety收稿日期:2003-03-21作者简介:张会林,土木与环境工程学院讲师。

1　引　言我国露天矿边坡越来越高。

特别是近几年来,某些大型深凹露天矿山采用三并段或多并段靠帮工艺来提高矿山的最终边坡角,如大冶铁矿、大孤山铁矿和眼前山铁矿等,导致矿山边坡稳定性的控制和维护难度加大。

若不及时采取监测和加固措施,将严重地威胁矿山的生存和发展。

眼前山铁矿自1964年从山坡露天转入深凹露天开采,现已形成高达228m 的高陡边坡,是我国典型的深凹露天开采矿山之一。

虽然对该矿做过稳定性评价,边坡地质灾害基本清楚,但是矿山边坡不稳定区依然存在。

特别是该矿正在实施固定帮三并段靠帮工艺,实现115亿元的经济效益,要做到矿山安全生产,必须通过监测来控制局部不稳定边坡。

2　边坡无线监测系统在国内外的应用211　边坡无线监测系统在国外的应用20世纪80年代末期,全球各矿业大国都以很大的精力研究边坡变形的监测方法和手段,例如原苏联有色科学研究所对大爆破作用下岩体状态和边坡变形的监测方法、手段等进行系统研究;与莫斯科矿业学院和斯维尔德洛夫斯克矿业学院合作,研究边坡变形的全自动监测系统;与中亚有色金属科第12卷　第3期2003年9月 矿 冶MININ G &METALLURGY Vol.12,No.3September 2003学研究所合作,研究测量岩体应力的方法和仪器。

又如,1986年欧洲最大的露天矿———瑞典艾蒂克矿研制了G eodimeter140边坡监测系统;1989年美国Sinco公司研制了IDA自动数据采集系统;加拿大布伦达铜钼矿研制了边坡无线监测系统。

(1)瑞典G eodimeter140边坡监测系统。

该系统采用带微处理器和测量控制系统的G eodimeter 型机动电子总测站。

工作时,这套装置能按程序以预定的时间间隔,读取固定在边帮上棱镜目标的观测数据,包括距离、水平角和垂直角。

电子总站可设置在一个安全的遮蔽所内,并能在稳定的基础上精确调平。

控制计算机一般设在矿山办公室,用导线或无线电遥测通讯线路与测量仪器联系。

设站时,要输入每个监测点的标志数据,按专门的初始程序由操作人员把测量仪器对准目标,建立一个初始坐标,然后根据不同的监测点选择不同的测量时间间隔。

该系统由计算机控制,采用滤波技术或回归分析,可计算所测目标的位置及其位移速率,并在各种坐标纸上打印出各种图形。

在边坡位移达到预定值时,系统将发出报警。

(2)美国自动数据采集系统(IDA)。

该系统是1989年美国Sinco公司推出的,其功能如下:①每小时获得读数;②能在电话线上检索数据文件;③如发生滑坡,能触发警报器,向有关部门报警。

(3)加拿大布伦达铜钼矿全自动无线监测系统。

该系统采用无线电遥控方式进行数据通讯,能同时远距离监控几个地点的若干个传感器,并把数据直接传到矿山工程计算机中,用于位移和安全分析。

该矿采用主机TJ990010集中控制、无线电数据通讯。

212　我国矿山边坡监测现状我国露天矿山边坡监测大都使用传统的大地测量设备,如攀钢石灰石矿是在松散的滑体上进行采矿作业的,这方面的先例很少,缺乏经验。

为在整个矿山开采过程中保障设备和人身的安全,采用经纬仪、电子测距仪、钻孔伸长计及水压计对地表位移、地下滑动面位移和水压力进行监测。

在“八五”期间,长沙矿冶研究院和中国科学院武汉岩土力学研究所结合大冶铁矿的实际情况,采用日本产SET2测距仪和蔡司007自动安平水准仪,对尖F9断层上盘及滑体加固效果进行边坡地表位移监测;采用多点伸长计及钻孔倾斜仪对其岩体深部进行位移监测,对东采边坡采用了地面立体摄影测量进行监测,同时对东采边坡数据采用HX220电子簿传入室内微机进行分析处理。

国外露天矿山生产实践表明,边坡无线监测系统运行情况良好,测量精度高,大幅度地提高了劳动生产率和矿山的自动化管理水平,使矿山能及时掌握边坡变形的情况,确保矿山安全生产。

所以本次研究采用边坡无线监测系统对不稳定区进行监测。

3　眼前山铁矿工程地质及水文地质特征在1986年边坡稳定性评价和多年生产实践的基础上,对整个采场进行了踏勘,对采场的西端帮、北帮和东端帮进行了补充工程地质、水文地质填图,分析并确定了不稳定区段的位置。

311　工程地质特征眼前山铁矿位于鞍山复向斜北部的胡家庙子向斜东南翼,区域出露地层以震旦系变质岩系为主,并有震旦系、寒武系及第四系,同时还有不同时期的火成岩侵入。

根据岩石成因类型、物质成分和工程地质特征,将采场所暴露的边坡岩体划分为五个岩组。

片麻状混合岩分布在矿体下盘,形成了整个采场南帮和东帮;千枚岩夹薄层含铁石英岩组分布在采场北帮和东西帮,主要由绿泥千枚岩、碳质千枚岩和薄层含铁石英夹层组成,该岩组大部分岩性较软,受多次构造运动的作用,小褶皱很发育,是影响边坡稳定性的主导因素,采场的变形和滑落主要集中在此岩种中;火成岩岩组主要是闪长岩、碱性正长斑岩、闪长玢岩、辉绿岩和石英岩脉等;第四系坡残积、冲洪积和人工堆积岩组分布在采场周围山坡和采场地表几个台阶。

矿区断裂构造发育,Ⅱ级断裂构造有两条,即F20、Fml断层。

312　水文地质特征眼前山铁矿边坡水文地质特征详见1986年“鞍钢眼前山铁矿边坡地质调查及稳定性评价报告”及前人提交的有关矿区水文地质报告等资料。

本次研究仅对采场上盘(21-105m平台)及东、西端帮的北侧部分出水点进行调查。

4　眼前山铁矿边坡监测区的确定411　滑坡区概况从1994年到1996年,眼前山铁矿采场边坡不稳定区即滑坡区共有10处。

这些滑坡区位于采场的北帮及东端帮绿泥千枚岩及碳质千枚岩中。

1、2、3号滑坡区位于采场的西端帮,6号滑体位于采场的东端帮,上述滑体都位于绿泥千枚岩中。

总体上讲,滑坡区岩性较硬,结构面与边坡面斜・6・矿 冶交呈50°,且反倾,台阶坡面角达65°,该区不宜出现大规模滑坡。

F20断层破碎带中的碳质千枚岩的岩性较软,可能发生单台阶或局部多台阶倾倒滑坡。

1号滑体的高为35m、宽20m、长50m,破坏类型为倾倒滑坡。

2、3号滑体发生在105m水平绿泥千枚岩之中,出现张裂缝,宽度为10～20cm,2号滑体长148m,3号滑体长172m。

6号滑体处于采场东端帮的绿泥千枚岩中,滑体长约30m。

4、5、7、8、9及10号滑体位于采场北帮及东端帮的碳质千枚岩中。

碳质千枚岩为鳞片状,岩性较软,小褶皱极发育,几乎成散体。

最大的滑体为10号,长约200m、最大宽度为25m、高20m。

其次为9号滑体,长210m、最大宽度14m、高24m。

412　监测区的确定9号滑体位于采场北帮81～69m水平之间的碳质千枚岩中,滑体的下水平即69m水平设有铁路运输干线和运转室,一旦发生滑落,这些设施会被摧毁,严重地威胁人身及设备的安全。

根据该矿滑体的规模及所在位置的重要性等情况,对不稳定的北帮9号滑体采用全自动边坡无线监测系统进行监测,为此进行了监测方案设计、实际施工和实时监测,并进行了边坡滑坡预报方法的研究工作。

5　眼前山铁矿边坡无线监测系统的建立511　监测点的布置(1)监测点疏密程度的确定:根据滑坡规模的大小及重要性确定监测点的数量和疏密程度,本次研究共布置5个探头。

(2)测点位置的确定:本着抓住重点、照顾全面的原则,根据各滑坡体的性质、宽窄、长短、下滑或塌陷的距离、裂缝发育的程度、直接威胁工矿企业和铁路运输的严重性来布置。