露天礦邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)方法

礦產(chǎn)資源是人類社會(huì)發(fā)展的重要資源，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中起著非常重要的作用。地下開采和露天開采是礦產(chǎn)資源開采的兩種形式，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)露天開采占礦山開采總量的87.1％，其中中小型露天礦山約占 94.9％。但由于礦山邊坡內(nèi)外界各種因素的影響，以及企業(yè)管理和安全生產(chǎn)投入等方面的問題，致使邊坡失穩(wěn)，經(jīng)常發(fā)生各類地質(zhì)災(zāi)害，給人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全帶來重大的隱患，嚴(yán)重制約區(qū)域經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。為保證礦山的安全生產(chǎn)和管理，準(zhǔn)確分析其穩(wěn)定性及變化趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)提前預(yù)警，國(guó)內(nèi)外學(xué)者采用不同的監(jiān)測(cè)方法和手段，從不同的角度對(duì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析，實(shí)現(xiàn)了從點(diǎn)到面、從坡體表面到坡體內(nèi)部、從人工測(cè)量到自動(dòng)化和智能化監(jiān)測(cè)、從近距離監(jiān)測(cè)到遠(yuǎn)程監(jiān)控等方向的轉(zhuǎn)變和發(fā)展。本文主要總結(jié)歸納當(dāng)前監(jiān)測(cè)方法研究現(xiàn)狀。傳統(tǒng)大地測(cè)量方法傳統(tǒng)大地測(cè)量是一種對(duì)邊坡表面變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)的方法，其主要采用的儀器經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀和全站儀等。該方法通過對(duì)監(jiān)測(cè)進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)，計(jì)算出邊坡表面監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水平和直位移，分析其穩(wěn)定性和變化趨勢(shì)。目前，該方的使用已相當(dāng)成熟，并具有操作簡(jiǎn)單、監(jiān)測(cè)精度高、成本低等優(yōu)點(diǎn)。但在監(jiān)測(cè)過程中由于需要布設(shè)大量的控制點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)，而且受地形和外部環(huán)境、氣候等因素的影響，存在監(jiān)測(cè)效率低、周期長(zhǎng)、工作量大、勞動(dòng)強(qiáng)度高，以及難以實(shí)現(xiàn)連續(xù)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等缺點(diǎn)，正逐漸被其他監(jiān)測(cè)方法所取代。測(cè)量機(jī)器人技術(shù)測(cè)量機(jī)器人俗稱自動(dòng)全站儀，通過內(nèi)置于全站儀中的步進(jìn)馬達(dá)和 CCD 陣列傳感器對(duì)固定于邊坡表面監(jiān)測(cè)點(diǎn)上的棱鏡進(jìn)行自動(dòng)搜索、識(shí)別、照準(zhǔn)和測(cè)量，以實(shí)現(xiàn)對(duì)邊坡監(jiān)測(cè)點(diǎn)角度、距離、高程及三維坐標(biāo)等數(shù)據(jù)的采集，具有監(jiān)測(cè)效率高、測(cè)量精度高、自動(dòng)化程度高和遠(yuǎn)程無接觸監(jiān)測(cè)等優(yōu)點(diǎn)。自?shī)W地利維也納技術(shù)大學(xué)的卡門教授 1983年首次將測(cè)量機(jī)器人用于監(jiān)測(cè)礦區(qū)地表移動(dòng)以來，學(xué)者們相繼將測(cè)量機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用于露天礦邊坡監(jiān)測(cè)中。筆者所在課題組針對(duì)越堡露天礦滑坡的問題，設(shè)計(jì)和開發(fā)了一套基于 TM30的遠(yuǎn)程變形監(jiān)測(cè)在線分析系統(tǒng)，對(duì)該礦山的安全生產(chǎn)和管理起到了指導(dǎo)作用。但該方法對(duì)點(diǎn)間通視有一定的要求，受外界環(huán)境（如霧雨天氣、礦區(qū)揚(yáng)塵等） 的影響較大，測(cè)量邊長(zhǎng)一般不超過 1km，且隨距離的增加，其精度逐漸降低，限制了其監(jiān)測(cè)范圍。全球定位系統(tǒng)監(jiān)測(cè)技術(shù)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)利用固定于邊坡表面監(jiān)測(cè)點(diǎn)的接收機(jī)連續(xù)接收空間衛(wèi)星信號(hào)，獲取地面監(jiān)測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位變化趨勢(shì)的分析。與傳統(tǒng)測(cè)量相比，該方法不要求監(jiān)測(cè)點(diǎn)間相互通視，自動(dòng)化程度高，具有操作簡(jiǎn)單、遠(yuǎn)程、全天候、實(shí)時(shí)位等優(yōu)點(diǎn)。目前，GNSS 技術(shù)廣泛應(yīng)用于露天礦邊坡監(jiān)測(cè)中，其平差后的連續(xù)監(jiān)測(cè)精度可達(dá)毫米級(jí)。隨著我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）的不斷完善和發(fā)展，其應(yīng)用價(jià)值也逐漸凸顯，得到越來越多研究者的關(guān)注，但由于我國(guó)BDS仍處于發(fā)展階段，存在一定的不足，其單系統(tǒng)定位效果不如 GPS。為此，有些礦山中采用 BDS＋GPS 相結(jié)合的監(jiān)測(cè)方法，提高了定位精度和可靠性。但在連續(xù)監(jiān)測(cè)中，若其配備的太陽(yáng)能電池板或蓄電池發(fā)生斷電， 將影響監(jiān)測(cè)精度。此外， 采用GNSS 監(jiān)測(cè)點(diǎn)分析，不易反映邊坡表面的全局信息，存在一定的片面性，而加密監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)，又將導(dǎo)致成本的增加。InSAR 技術(shù)合成孔徑雷達(dá) 干 涉 測(cè) 量 （ InSAR） 技 術(shù) 是 近20 年來興起的一種新型對(duì)地觀測(cè)技術(shù)，以主動(dòng)式微波遙感（SAR）和干涉測(cè)量技術(shù)為手段，依據(jù)獲得的不同時(shí)期同一地區(qū)的兩幅或多幅SAR 影像，對(duì)其進(jìn)行干涉處理，計(jì)算出它們的相位差并形成干涉圖像，再進(jìn)行相位解纏，提取邊坡表面任一點(diǎn)的位置信息和高程變化，以實(shí)現(xiàn)對(duì)邊坡整體變形趨勢(shì)的分析。該方法具有覆蓋范圍廣、全天候、遠(yuǎn)距離、非接觸、低成本、高精度等優(yōu)點(diǎn)。時(shí)域反射技術(shù)時(shí)域反射技術(shù)由電脈沖信號(hào)發(fā)生器、傳輸線及信號(hào)接收器3 部分組成，是一種利用安裝在鉆孔中的同軸電纜局部變形而產(chǎn)生的反射信號(hào)，確定邊坡體內(nèi)部巖體發(fā)生狀態(tài)變化的位置，以實(shí)現(xiàn)對(duì)邊坡變化趨勢(shì)分析的方法，主要應(yīng)用于邊坡變形發(fā)生之前。該方法具有檢測(cè)時(shí)間短、成本低、定位準(zhǔn)、安全性高、觀測(cè)自動(dòng)化、遠(yuǎn)程控制等優(yōu)點(diǎn)。聲發(fā)射（微震）監(jiān)測(cè)技術(shù)聲發(fā)射（微震）監(jiān)測(cè)技術(shù)是依據(jù)埋設(shè)在巖（土）體中的傳感器所接收到的聲發(fā)射信息，建立巖（土）體邊坡穩(wěn)定性與聲發(fā)射參數(shù)關(guān)系，確定巖（土）體的力學(xué)特性，并依據(jù)其破壞大小、集中程度和破裂密度，準(zhǔn)確分析邊坡體內(nèi)部破裂區(qū)域及其變化趨勢(shì)，以評(píng)定邊坡的整體穩(wěn)定性。該方法不受外界氣候條件環(huán)境的影響，能自動(dòng)、實(shí)時(shí)、連續(xù)地監(jiān)測(cè)巖（土）體內(nèi)部的動(dòng)態(tài)變形，并實(shí)現(xiàn)對(duì)巖（土）體破壞失穩(wěn)的提前預(yù)警。