監測手段在黑岱溝邊坡中的應用

趙亞軍，王 瑩，孫振敏

（內蒙古科技大學礦業工程學院，內蒙古 包頭 014010）

·問題探討·

監測手段在黑岱溝邊坡中的應用

趙亞軍，王 瑩，孫振敏

（內蒙古科技大學礦業工程學院，內蒙古 包頭 014010）

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，預測滑坡的水平也有了較大的提高。但我國邊坡監測技術及設備相對國外來說發展速度較慢，隨著國內礦山對邊坡安全的重視，一方面有必要引進國外的先進監測技術及設備，使我國的監測手段更加豐富；另一方面有必要優化升級現有的監測技術，使各種監測技術相互融合，從而更好地保障我國礦山的邊坡安全。以黑岱溝露天礦為例，論述了影響該礦邊坡穩定的主要因素，通過監測實例介紹了雷達監測在邊坡穩定性監測中取得的良好效果，為安全生產提供了保障。

邊坡變形監測；危險預警；GPS

由于我國工程體制、技術等原因，對邊坡監測技術的應用不夠重視，往往會導致工程出現險情，或者在實施過程中考慮到監測出現問題，有時會導致不能提前預測災害而造成很大的損失。

要判斷邊坡穩不穩定，可能失穩的破壞模式怎樣，滑動的范圍有多大，滑動的速度和方向怎樣，有沒有可能造成災害的大滑動，其失穩變形與哪些主要因素有關，這些主要因素的作用機制和變化范圍如何等等。這些問題除了工程地質調查、勘察、試驗和穩定性評價外，動態監測是必不可少和非常重要的手段，尤其是對重要的、高大復雜的邊坡。

1 選擇監測內容及方法應遵循的原則

邊坡監測應根據邊坡的危害等級、地質、支護結構的特點進行考慮，針對不同的工程背景，選擇不同的監測方法。邊坡監測應遵循下列原則：

1）突出重點。邊坡檢測中，不可能全面兼顧，大多會找出影響邊坡監測的重要因素。

2）全面兼顧。既要在突出重點的基礎上，保證對整個邊坡的全面覆蓋，以確保監測的準確性。

3）及時有效。監測設備能夠反映當下監測出的信息，確保信息及時有效。

2 研究的內容、技術路線及目標

本文主要針對黑岱溝露天礦的3個外排土場邊坡、采掘面的倒堆剝離臺階進行監測研究，在現場調研和資料收集的基礎上，得出影響邊坡穩定性的主要因素，分析出該礦邊坡的滑坡類型及滑坡模式，確定出邊坡潛在的不穩定區域。根據邊坡周圍的建筑情況及對生產的影響確定需要監測的區域，然后根據邊坡的特性、危害程度及危險級別制定不同的監測方案，采用不同的監測設備。具體的研究路線示意圖見圖1。

3 影響該礦邊坡穩定的主要因素

1）爆破震動因素影響。黑岱溝露天煤礦易受爆破震動影響，巖體強度低。

2）軟弱層影響。該煤礦6號煤頂板分布4～12 m軟弱層，為黏土巖，下部含炭質。通過實驗，得出其物理性質，遇水該層易變形。容易產生局部滑動，抗壓，抗剪強度變小。

3）褶曲影響。煤礦東部出現了軸局部向東傾伏，傾伏角小于3°。軸部易出現滑落，對邊坡穩定有不利影響。

4）節理的影響。從煤礦采場節理調查可以了解

到，場區主要有2組角度近于正交的“X”節理。結構面與工作幫的組合關系如下：一組節理的走向與邊坡線方向相交角度為55°，傾向相反，節理面傾角達80°左右。另一組節理走向與邊坡線方向基本一致，傾向相反。由于臺階高度達到45 m，臺階坡面角65°，在爆破震動的影響下易發生局部巖塊傾倒。

綜上分析可知，采掘場煤巖臺階極容易發生片幫危害的原因如下：

1）地質條件復雜：巖體裂隙發育，完整性較差。巖體成結構體松散、破碎結構體和層狀結構體。

2）預裂孔爆破影響：受到震動影響，巖體節理裂隙發展，臺階坡頂面有大量裂縫出現。

3）松動爆破影響：煤臺階爆破震動作用，使巖體的強度降低，導致倒堆臺階的安全穩定性降低。

圖1 具體的示意圖研究路線

4 GPS監測概述

GPS（Global Positioning System）意為全球定位系統，是以衛星為基礎，用于無線電導航定位的覆蓋全球的龐大系統。GPS實時監測系統以其實時性被廣泛地應用于滑坡變形實時監測領域，并取得了較好的效果。

1）實時性。監測工作人員能夠第一時間掌握被測物體的信息，了解監測對象的發展趨勢。GPS實時監測的特點為：采集方式是連續的、跟蹤式的。時間周期比傳統的GPS靜態監測短。GPS實時監測數據能夠自動實現，無需技術人員干預，使監測更加簡單方便。

2）監測數據遠程傳輸。實時監測的另一特點是監測數據遠程傳輸。一般，監測控制中心設立在遠離邊坡的監測中心，借助公眾通信網絡或其他將監測數據“搬運”，轉換計算，得到監測需要的結果。這個“搬運”過程即為監測數據的遠程傳輸。

GPS邊坡監測主要應用在地形條件復雜的邊坡監測。GPS邊坡監測技術的優點：定位精確，選點方便，觀測受天氣限制小，在測程大于10 km時，精密要優于其他測距儀等等。

5 監測實例

雷達在邊坡穩定性中獲得了較好的效果，為安全生產提供了重要保障。下面是正常勻速變形階段和臨近滑坡階段的區別。

1）勻速變形階段。

滑坡變形曲線圖，速度曲線圖（變化幅度最大的曲線）見圖2。速度曲線圖是水平的，速度恒定，說明邊坡是勻速變化的。

圖2 勻速階段變形、速度曲線圖

2）加速階段。加速階段變形，速度曲線圖見圖3。

圖3 加速階段變形、速度曲線圖

為了方便觀測圖2和圖3選擇的位置幾乎一樣。此點位滑坡前后的變形曲線，速度曲線圖。

從圖3中發現，兩處變形曲線有加速階段（變化幅度較為平緩的曲線）。經過分析，這一階段沒有其他因素的干擾。因此，可以斷定，曲線變化為邊坡變形。

速度曲線更加直觀，出現了兩處跳躍，第二次比第一次更加明顯。在速度的峰值都發生了滑坡。

6 監測總結

通過對幾次片幫案例前后雷達測量數據進行對比分析，可總結如下：

1）在邊坡滑坡之前，邊坡的速度曲線大部分時間內為一條水平直線，說明速度穩定于一個恒定值附近，邊坡變形還處于勻速變化階段，并沒有達到臨滑狀態，此時邊坡處于安全水平。

2）片幫時期的瞬時速度在幾十mm/h，速度曲線有震蕩上升，且在1～2 h內就能加速到很高的速度。所以，當出現邊坡的瞬時速度在5 mm/h的時候，就要警覺，以便及時采取相應的措施。

3）高臺階邊坡受爆破震動影響，坡面的變化速度有成階梯狀逐漸增大的趨勢。

［1］曹佃濤．煤礦安全管理新模式分析［J］．科技促進發展，2009（3）：20-22．

［2］王 瓊．現代安全管理理念方法與技術手段的應用［J］．煤炭科技，2009（6）：48-49．

［3］何玉華，吳飛雪，陶義男．加快包鋼白云鄂博鐵礦信息管理技術的升級［J］．包鋼科技，2003（10）：35-36．

［4］孫 斌．煤礦安全管理體系研究［J］．煤炭技術，2003，22（12）：8-10．

［5］方兆良，楊 靜．現代礦業企業新型安全管理系統構建［J］．礦山機械，2007，35（5）：7-9．

Application on Monitoring Means in Side Slope of Heidaigou Open Pit Mine

Zhao Ya-jun，Wang Ying，Sun Zhen-min

Slope deformation monitoring is an important means to effectively predict landslide．With the constant progress of monitoring technology，the accuracy of monitoring equipment is higher and higher，the level of predicting landslide also has greater improvement．But the slope monitoring technology and equipment in China compared with foreign countries development speed is slower．With domestic mine paying attention to slope safety，on the one hand，the need for the introduction of foreign advanced monitoring technology and equipment，so our monitoring means are more rich．The other hand it is necessary to optimize and upgrade the existing monitoring technology，and fuses the various monitoring techniques，in order to better ensure the slope safety of our mine．Takes Heidaigou mine as an example，discusses the main factors affecting the mine slope stability．By the monitoring example，introduces the radar monitoring obtained good effect in the slope stability monitoring，has provided the safeguard for safety production．

Slope deformation monitoring；Risk early warning；GPS

TD824．7+3

B

1672-0652（2013）05-0034-03

2013-02-21

趙亞軍（1959—），男，河北秦皇島人，1983年畢業于西安建筑科技大學，教授、碩士研究生導師，主要從事礦業工程等方面的教學及科研工作，（E-mail）526541909＠qq．com