复杂工程地质条件下露天边坡滑坡范围预测研究

复杂工程地质条件下露天边坡滑坡范围预测研究

甘和平

江西铜业集团（德兴）建设有限公司江西上饶334224

摘要：本文以某矿区为背景，主要分析了露天煤矿边坡滑移变形的影响因素与监测方法设计原则，着重论述了强化边坡滑移变形监测的有效措施。加强滑移变形监测有利于掌握边坡地表的变形特点与趋势，提高了露天煤矿生产的安全性与可靠性。通过对边坡滑移变形监测的深入研究，能科学有效地预测边坡变形，减少安全事故的发生几率，提高露天煤矿企业的经济竞争力与社会竞争力，从而促进企业向着更好的方向发展。

关键词：露天煤矿；边坡滑移变形；监测方法分析

前言：边坡滑移变形是影响露天煤矿生产安全的关键因素，由于其具有复杂多变、影响因素较多的特点，给监测控制工作带来了很大的难度。煤矿企业应认识到加强边坡滑移变形监测研究的重要性与必要性，加大资金投入，最大程度地提高监测工作的质量与效率。工作人员应综合考虑各项因素，建立完善的监测模型，降低甚至是杜绝生产中的安全隐患，进而为企业的可持续发展奠定坚实基础。

1影响边坡稳定性的因素

一般来说，边坡地质能够通过自身调节处于平衡状态，并不会发生滑坡变形的灾害。但露天煤矿在生产过程中会破坏地质平衡，进而导致严重的安全事故。影响边坡稳定性的因素涉及方方面面，主要分为两类：内部因素和外部因素。内部因素是指地下水、空隙率、岩体类型、坡角、坡高等因素；而外部因素是指地上的气候条件，例如降雨量。另外，地震也是导致边坡不稳定的重要外部因素。边坡滑移变形通常是几种因素相互叠加、共同作用的结果，单一因素造成边坡破坏的几率较小。在露天煤矿开采过程中，如果在坡脚剥土采煤会导致临空面附近岩石应力变化，很大程度上会诱发滑移变形问题。另外，爆破是煤矿开采过程中经常使用的方法，但爆破过程产生的巨大震动会使岩体结构发生变化，从而扩大了边坡滑移变形程度。

2边坡工程监测的方法

2.1全站仪

全站仪监测法具有高精度、高速度、自动化程度高、操作简单、节省人力的优点，能够自动进行监测目标，而且获得的监测信息量通常较多。这一技术能够适用于不同变形阶段的位移监测；受地形通视条件限制，适用于变形速度较大的滑坡水平位移以及危岩陡壁处或者裂缝的变化监测。全站仪容易受气候条件影响。

2.2测量机器人

测量机器人监测系统，具有能够自动识别监测对象的ATR功能，可以自动搜寻、确定目标，实行不同距离和角度的全自动化测量，以此优化传统的变形监测方案，完善传统的变形监测理论，减少监测人员的工作量。

2.3GPS监测技术

精装度高、投入速度快，操作便捷简单，能够实行全天候的监测，不受通视条件以及地形的限制，当前该项技术实施成本较高，但是未来的发展前景较为客观。GPS监测技术能够适用于边坡体不同变形阶段地表三维位移监测。

2.4传感器

传感器是一种监测装置，可以感受到被测量信息，然后将这一信息依照规定的规律转换成电信号或者其他类型的型号进行输出，从而使得信息的输送、整理、存储、显示和控制的需求得到满足。传感器能够获得大量人类肉眼所无法直接观察到的信息，所以将传感器应用于边坡监测，能够获得更加丰富的形象，更够优化数据的精确度，实现监测效果的突破。

2.5近景摄影测量

近景摄影测量方法是指非接触测量的方法，其可以对变薄的变形状况进行测量，主要是要在边坡体的附近选择相关的控点和检测点，绕后对边坡进行拍摄，从而获取相关的影像数据。近景测量还可以用到建筑物的倾斜和沉降、建筑物的变形以及开裂，并且可以对开裂的宽度进行测量，从而获取相关的变形信息。

2.6三维激光扫描

三维激光扫描仪是一种非接触式主动测量系统，可进行大面积高密度空间三维数据的采集，具有点位测量精度高、采集空间点的密度大、速度快等特点，且融合了激光反射强度和物体色彩等信息。三维激光扫描仪通过脉冲测距法获得测距观测值，精密时钟控制编码器同步测量每个激光脉冲横向扫描角度观测值和纵向扫描角度观测值。对于边坡（特别是高边坡）可以进行无接触的大范围的扫描，最终通过不同观测时期的数据进行边坡的稳定性分析。

3强化露天矿区边坡滑移变形监测的有效措施

3.1完善数值模拟

数值模拟是进行露天矿区边坡稳定性研究的重要手段，能够准确模拟岩石的力学结构特点，从而达到预测滑移变形的目的。现阶段，我国常用的数值模拟方法主要有限差分法、边界元法、半解析法、离散元法及无界元法。工作人员应熟练掌握这些方法的使用范围与优缺点，根据矿区的实际情况选择合适的数值模拟方法，以免影响边坡变形预测的准确性。确定数值模型时应考虑当地的地质水文条件、边坡危险范围、潜在滑坡位置等因素，以此确定合理的计算范围。

3.2科学处理监测数据

一般来说，监测点应该等间隔设置，以此确保原始数据都是等间隔数据。预测模型要求变形数据是等间隔数据，如果监测数据不连续则需要根据相关原则进行处理。获取等间隔变形数据的方法有物理法和数学法两种，物理法是指利用滑移变形的内在联系对现有资料进行分析，找到数据之间的关联，从而插补缺漏数据。数学方式是根据序列的演变规律，通过曲线拟合的方式插补数据。科学处理监测数据还应修正奇异数据点，由于监测过程常常受外界因素的干扰，经常出现一些非正常观测值，即奇异数据点，严重影响了边坡变形预测与管理的精确性，可根据滑动平均检测法进行奇异数据点监测。监测数据处理不合理会使预测结果误差较大，给煤炭开采过程埋下了隐患。

3.3采用三维激光扫描方法

随着科学技术的不断发展，三维激光扫描技术逐渐应用于边坡滑移变形监测，大大提高了监测的权威性与可信性。三维激光扫描技术主要由三维激光扫描仪和系统软件两部分构成，在监测工作中具有简单、快速、精准的特点，能迅速获取近离静态物体的空间三维模型，还能实现监测数据的分析、处理与储存。相比于自动监测法，三维激光扫描技术能有效克服传统方法工作量大、效率低等弊端，具有重要的现实价值。为了降低生产成本，露天矿区企业可将三维激光扫描技术与联合自动监测法进行有机结合，完成局部滑移变形严重的边坡地区的监测工作。

3.4加强边坡滑移变形预测

对边坡进行预测需要了解露天矿区开采延伸与边坡轮廓改变等情况，实时监测边坡岩体的动态发展状况。单一的研究方法已经无法适合复杂的变形分析与预报，工作人员应将多种影响因素汇总于同一模型。边坡滑移变形系统模型分为三类，分别是黑箱系统模型、白箱系统模型于灰箱系统模型，工作人员应建立健全边坡滑移变形系统模型，在此模型的基础上提高预测的准确性。

结语：近年来，煤炭行业的发展形势越来越严峻，露天矿区企业要想在激烈的市场竞争中占据有利地位就提高开采安全与效率。加强边坡滑移变形监测对开采作业的安全性有至关重要的影响，因此工作人员应加强重视。针对监测过程中存在的问题，可通过完善数值模拟、科学处理监测数据、采用三维激光扫描方法、加强边坡滑移变形预测等措施加以解决，以此消除采煤生产过程的主要隐患，为露天矿区企业的可持续发展提供有效助力

参考文献：

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[3]刘宝华.白音华露天矿边坡变形监测技术分析[J].中国科技投资，2014（A18）

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