露天矿时效边坡稳定性分析与自动化监测系统研究

露天矿时效边坡稳定性分析与自动化监测系统研究露天开采作为矿产资源产出的一种主要开采方式,在为国民经济做出巨大贡献的同时,也对环境造成了很大的破坏,其边坡形状和稳定性直接影响着矿山的安全生产和经济效益。传统边坡理论不考虑边坡的时效性,设计固定的边坡角度,虽然在一定程度上保证了露天矿边坡的安全,但是其保守的设计理念,造成了资源的较大浪费。研究从边坡时效性入手,对边坡进行理论分析和数值模拟试验,根据露天矿边坡监测需求,给出时效边坡自动化监测系统建议。研究的主要内容和成果包含以下几个方面:(1)结合露天矿边坡稳定性理论和时间序列法开展露天矿边坡的时效性理论研究,基于边坡强度参数的时效性数据,给出边坡岩土体参数时间序列分析算例,得到参数的时间序列动态预测公式;同时基于极限平衡法推导出带时间因子的时效边坡稳定性计算公式,并综合分析影响时效边坡稳定性的主要因素,给出时效边坡上缓下陡形状的设计建议。

(2)应用有限差分法数值模拟软件FLAC 3D及相应的强度折减法程序求解计算传统边坡和赋时效性参数值的传统边坡模型,提出传统边坡设计坡面角过于保守的观点;设计时效参数下合理边坡角度值确定的数值模拟试验,通过计算拟合得到时效参数条件下坡面角与安全系数的关系式,确定时效参数和固定安全系数下的合理边坡坡面角,从而确定时效边坡的形状和数值模拟模型。对比分析传统边坡和时效边坡的数值模拟结果和综合性能,得到时效边坡稳定性可以达到传统边坡设计要求的同时,还可以减小剥采比,改善矿山经济效益的结论。(3)研究分析时效边坡自动化监测系统的方案设计和系统开发,从确定系统需求着手,确定系统的功能需求和系统总体框架;研究确定边坡监测项目,并根据时效边坡理论和数值计算结论进行合理的设备选型和布置;对比确定监测系统数据传输和处理的方法,以及边坡安全预警的实现方式;基于LabVIEW软件和数据库技术,对时效边坡自动化监测系统进行设计和开发,系统包括系统登录及用户管理模块、数据采集模块、数据分析与预警模块和数据存储管理模块,该监测系统的搭建和实践能够为露天矿时效边坡稳定性监测提供参考。