矿山数字化在高边坡治理变形监测中的实施及应用

矿山数字化在高边坡治理变形监测中的实施及应用

周开挥    王玉良

中冶武勘工程技术有限公司    江西铜业股份有限公司德兴铜矿

摘要：本文以德兴铜矿富家坞采区马行山高边坡治理工程为例，对该工程中矿山数字化在高边坡治理监测中的实施及应用，数字化的施工技术应用及其相关问题进行简要的阐述和分析。

关键词：矿山数字化  矿山边坡   变形监测  参数

1 矿山边坡变形监测的意义

德兴铜矿富家坞矿区自2000 年正式开采，在矿山开采过程中，由于岩体自重应力、断层等地质构造以及地下水等因素的影响，马行山165m 平台边坡至3800m 平台边坡已出现多处张裂隙，且有继续扩张的趋势，局部已产生明显滑动。严重影响边坡下方采区车辆和行人的生命财产安全。为了确保增加产能、扩大生产规模，必须进行大面积开采，但在产量增加的同时随之而来的是这些工程区域以及工程运行期间所形成的边坡安全变形监测的问题。

为了保证边坡治理工程达到预期效果，除了施工质量上要严格按照设计要求进行外，还应加强施工期间的变形监测，以确保施工安全，指导防治工程施工，检查各项防治工程的效果。本工程的工程监测主要工作为变形位移监测。

2 矿山边坡变形监测的主要内容

2.1本项目为露天矿山高边坡监测，依据现场特点主要对边坡进行内部水平位移监测、锚索（杆）监测。应针对护坡工程的特点，在地形陡缓相接地段岩体切割发育处及块体危岩处设置形变监测点，在稳定岩质边坡顶设置基准点，定期监测护坡工程变形位移情况，研究校核各类护坡工程的适用性，天气异常变化期间还应对高陡坡段的稳定性巡视监测。特别注意削坡整形施工安全监测。

监测内容及采用监测设备如下:

（1）边坡内部深层水平位移监测：滑轮式固定测斜仪;

（2）边坡锚杆监测：锚杆应力计（钢筋计）；

（3）边坡锚索监测：锚索应力计。

该边坡监测内容如下表：

2.2高危区像素点变形曲线如下图

2.3报警值、控制值、监测精度

根据相关设计图纸、有关规范确定此项目边坡监测报警值参照各监测项目的报警值设定。

监测精度

3 监测点布设

3.1内部水平位移监测点布设

内部水平位移监测拟采用滑轮式固定测斜仪

技术参数：（1）精度：0.2mm/0.001°；（2）量程：≥2m或±30°多轴传感器；（3）工作温度：-45℃-85℃；（4）工作湿度：95%RH；（5）防水防尘：IP68；（6）通讯： 支持CDMA或GSM4或GPRS或NB-IoT技术（全网通接入）安装示意图如下：

3.2仪器安装

3.2.1 安装前检查：首先，请仔细阅读滑轮式固定测斜仪和读数仪说明书，了解测斜仪具体参数，熟悉读数议使用操作；再将滑轮式固定测斜仪与读数仪连接，按读数仪“开/关”键进行测量，检测斜仪是否工作正常。检查测斜仪安装附件（十字螺丝刀、尼龙绳、PVC管、读数仪、钢丝绳、卷尺、孔口固定装置、钢丝卡扣、开口扳手和电工胶带）是否齐全。检查测斜仪数量和导线长度是否正确。确定测斜仪及导线在运输过程中是否被损坏或丢失。

3.2.2 安装时间确定：选择无雨、雪天气进行安装比较适宜。

3.2.3 布点：根据试验设计方案，确定测试点(可提前打好孔并装好测斜管,钻孔为直径为110MM左右。

3.3深层位移监测计算原理

通常使用的活动式测斜仪采用带导轮的测斜探头，探头两对导轮间距500mm，以两对导轮之间的间距为一个测段。每一测段上、下导轮间相对水平偏差量可通过下式计算得到。

    式中：—测段长度；  —探头敏感轴与重力轴夹角。

测段n相对于起始点的水平偏差量，由从起始点起连续测试得到的累计而成，即

式中：—起始测段的水平偏差量（mm）；

      —测点n相对于起始点的水平偏差量（mm）。

4  系统数据采集传输

4.1 智能监测系统包括传感器感知硬件系统及采集系统、数据传输及分析系统、预警系统和结构评估系统。

4.2 一体化站监测采集系统设计，分项实施的架构模式。其中所有子系统的数据采集终端可整体集中到一个点，用于在线实时采集各监测站点的数据信息传输。

4.3 监测系统测点采用智能采集监测系统（监测采集系统自带采集，传输，存储，远程控制功能及带蓄电池及太阳能供电系统），通过GPRS/3、4G网络无线将数据传输到监测平台内展示分析（连网后可通过云平台网页远程访问）。每个一站式智能监测仪器自带防感应雷功能。在线一体化站智能采集监测系统示意图如下：

现场情况的实例

5  软件管理系统

5.1 软件系统

自动化数据采集和分析系统（客户端）软件是基于Microsoft Windows平台，用SQL erver2005，稳定可靠，便于维护、备份。

5.2软件系统功能

系统能够提供良好的人机交互界面，便于使用者操作，包括各项监测参数数据的管理、分析，具有以下功能：

5.2.1对各类不同参数的测试数据进行综合管理：解决了管理人员需要面对多类采集系统的困难，只需从统一的数据库中调取信息即可。

5.2.2传感器信息的描述记录：可录入传感器的埋设位置、设备位置及编号等信息，记录与工程相关的信息，便于传感器的管理。

5.2.3能够对硬件系统进行远程控制：可人工调节采集时段。

5.3 监测采集软件功能演示

监测平台大屏展示

监测平台控制首页

监测数据查询

监测曲线查询显示

监测预警信息

手机端查看监测数据

实时预警信息推送报警

6  数据处理及变形分析

监测数据均由采集模块及平台软计算进行处理与管理，当取得各种监测资料后，及时进行处理分析，预测最终位移值。每一测点的监测结果要根据其位移变化速率和管理基准等综合判断结构的安全状况，并编写月汇总报表。

监测数据的整理分析及反馈的方法和内容通常包括监测资料的采集、整理、分析、反馈及评判决策等方面。

6.1数据整理

每次观测后应立即对原始观测数据进行校核和整理，包括原始观测值的检验、物理量的计算、填表制图，异常值的剔除、初步分析和整编等，并将检验过的数据输入计算机的数据库管理系统。

6.2 数据分析

绘制测点时间位移曲线散点图和距离位移曲线散点图，如果位移的变化随时间而渐趋稳定，说明该处处于稳定状态，如图中的正常曲线。下图的反常曲线中，出现了反弯点，这说明位移出现反常的急骤增长现象，表明该监测点处已呈不稳定状态，应立即采取相应的施工措施进行处理。

时间-位移曲线和距离-位移曲线

7   结束语

本文通过一个工程实例—某矿区边坡形变监测，边坡自动化监测系统是通过对危岩体传感器及时监测变化情况，能够为灾害防治工作质量、效率和管理水平的提高奠定基础，运用自动化的手段，结合专家系统和大数据，对结果进行预测和分析，以辅助决策。并且通过对比，确定了数字化用于矿山边坡变形监测时的最佳观测参数，这有利于指导变形监测实践。

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