露天礦山高大邊坡變形監(jiān)測方法研究

摘要:隨著礦山開采工作面的不斷下降，礦山分臺階邊坡問題也日益突出。由于露天礦山邊坡穩(wěn)定性受多種因素影響，很有必要定時(shí)對其進(jìn)行變形監(jiān)測。文中從觀測方法選取、觀測線布設(shè)及其精度分析、數(shù)據(jù)應(yīng)用等方面進(jìn)行討論，對露天礦山高大邊坡的變形監(jiān)測進(jìn)行分析研究。

關(guān)鍵詞:變形監(jiān)測 露天礦山 高大邊坡 前方交會 1、引言

作為全國鉬行業(yè)的前三甲，南泥湖礦山設(shè)計(jì)一期規(guī)模為15000t/d，二期為30000t/d，最終將達(dá)到40000t/d生產(chǎn)規(guī)模，設(shè)計(jì)開采深度385m，設(shè)計(jì)服務(wù)年限41年。隨著礦山的不斷開采，目前礦區(qū)內(nèi)最高邊坡平臺達(dá)1470m，最低開采工作面為1325m，北區(qū)采場最大邊坡達(dá)125m?？偨Y(jié)南泥湖露天礦山邊坡具有以下特性：

(1)邊坡較高，走向也從幾十米到數(shù)百米不等，因而邊坡揭露的巖層多，邊坡各部分地質(zhì)條件差異大，變化復(fù)雜；

(2)上部邊坡服務(wù)年限長，可達(dá)幾十年，不可避免遭受自然風(fēng)化、雨水侵蝕作用，致使邊坡巖性發(fā)生變化；

(3)露天礦山日常穿孔、爆破作業(yè)和車輛行走，使邊坡巖體經(jīng)常受到震動，從而使邊坡的穩(wěn)定性在一定程度上受到影響；

(4)隨著南泥湖礦山開采作業(yè)不斷進(jìn)展，礦山邊坡的穩(wěn)定性也在不斷的發(fā)生變化；

總之，隨著露天礦開采工作面的下降，邊坡整體高度逐漸增加，邊坡穩(wěn)定性對礦山的安全生產(chǎn)的重要性也越來越突出，因此做好邊坡變形監(jiān)測工作意義十分重大。

2、變形監(jiān)測概念及常用方法

變形監(jiān)測就是利用專用的儀器和方法對變形體的變形現(xiàn)象進(jìn)行持續(xù)觀測、對變形體變形性態(tài)進(jìn)行分析和變形體變形的發(fā)展態(tài)勢進(jìn)行預(yù)測等的各項(xiàng)工作。其任務(wù)是確定在各種荷載和外力作用下，變形體的形狀、大小、及位置變化的空間狀態(tài)和時(shí)間特征。在精密工程測量中，最具代表性的變形體有大壩、橋梁、高層建筑物、邊坡滑坡、隧道和地鐵等[1]。

變形監(jiān)測常用的觀測方法有導(dǎo)線法和交會法。

導(dǎo)線法是指將控制點(diǎn)為待測點(diǎn)用直線連接成為導(dǎo)線，這些控制點(diǎn)為導(dǎo)線點(diǎn)，點(diǎn)間的折線便稱為導(dǎo)線邊，相鄰邊的夾角稱為轉(zhuǎn)折角。于坐標(biāo)方位角已知的導(dǎo)線邊線連接的轉(zhuǎn)折角稱為連接角。通過觀測導(dǎo)線邊的邊長和轉(zhuǎn)折角、根據(jù)起算數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算獲得導(dǎo)線點(diǎn)的平面坐標(biāo)。

交會法是指利用已知控制點(diǎn)和未知觀測點(diǎn)組成的三角形的邊角關(guān)系，通過測距或測角求取未知點(diǎn)坐標(biāo)的方法，常用的有后方交會、前方交會和側(cè)方交會。

除此之外，變形監(jiān)測還有近景攝影測量以及三維激光掃描儀測量等新興技術(shù)，這些技術(shù)花費(fèi)代價(jià)高，對南泥湖礦山高大邊坡變形監(jiān)測不適用。

3、高大邊坡變形監(jiān)測研究

3.1 高大邊坡的變形監(jiān)測方法討論

考慮南泥湖礦山邊坡臺階面最窄的只有1.2m，邊坡坡度較大，十分不方便儀器的搬運(yùn)、架設(shè)。如果采用圖1所示導(dǎo)線法，將已知控制點(diǎn)布設(shè)在邊坡臺階面

上，不僅測量內(nèi)外業(yè)工作量大，控制點(diǎn)的變形對測量精度造成較大的影響，而且測量人員作業(yè)時(shí)的安全也很難保證。

若采用如圖2所示前方交會法，在兩個(gè)或兩個(gè)以上已知點(diǎn)架設(shè)儀器，對未知點(diǎn)進(jìn)行觀測，求取未知點(diǎn)坐標(biāo)等數(shù)據(jù)，這樣就可以避免測量人員不安全作業(yè)以及多次架站造成作業(yè)量大等問題。

綜上所述，從安全、工作效率、測量精度等各方面考慮，對南泥湖露天礦山高大邊坡的變形監(jiān)測使用前方交會方法較為合適。

3.2 觀測線的布設(shè)

對已經(jīng)停止作業(yè)且不再使用的臺階的邊坡、近期內(nèi)不再推進(jìn)但不穩(wěn)定的臺階的邊坡，需要進(jìn)行變形監(jiān)測，觀測線布設(shè)形式如圖3所示：

觀測點(diǎn)應(yīng)盡量布設(shè)在臺階坡頂線附近工程地質(zhì)條件復(fù)雜的地方，具體布設(shè)參數(shù)需要根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況決定，觀測點(diǎn)間距離可以設(shè)置在30-100m之間，對于斷層、巖層、破碎帶和風(fēng)化帶等地方要設(shè)有專門的觀測點(diǎn)[2]。

3.3 前方交會法變形監(jiān)測及精度分析 采用前方交會法，在兩個(gè)可以通視且便于儀器架設(shè)的已知點(diǎn)架設(shè)儀器，通過全站儀測角求取觀測點(diǎn)坐標(biāo)[3]。

利用觀測角α、β和A（XA,yA)、B(XB,yB)點(diǎn)坐標(biāo)可以求出觀測點(diǎn)1-1坐標(biāo)如式

(1)

精度分析時(shí)，僅考慮測角誤差，其他誤差及粗差等忽略不計(jì)，設(shè)測角中誤差為，則通過中誤差傳播定律可以計(jì)算出未知觀測點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差：

(2)

式中，a，b為未知觀測點(diǎn)到兩個(gè)控制點(diǎn)間距離； γ為頂角，。

由上式可知，邊長a，b以及角度γ的大小都對點(diǎn)位的中誤差有影響。為保證測量精度，可以將邊長控制在200m以內(nèi)，全站儀測角誤差為2″，

則： （3） 其函數(shù)曲線如圖4：

由圖4可知：當(dāng)時(shí)，γ角越小，中誤差越大，且隨著γ的增大，m逐漸減小趨于穩(wěn)定，并在時(shí)，取最小值mmin=2.7(mm)當(dāng)γ大于30°小于150°時(shí)，點(diǎn)位誤差始終在2.7mm-5.4mm之間，根據(jù)《工程測量規(guī)范》GB50026-2007，巖質(zhì)滑坡監(jiān)測水平位移點(diǎn)位中誤差限值6mm，精度滿足要求。

3.4 觀測數(shù)據(jù)應(yīng)用

(1)邊坡變形移動是一個(gè)長期的過程，需要定期對未知觀測點(diǎn)進(jìn)行觀測，考慮到開采年限較長，觀測周期定為1個(gè)月。

(2)數(shù)據(jù)分析，與上次觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，結(jié)合相應(yīng)資料和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析并預(yù)測可能發(fā)生的大的變形，如崩落、散落、傾倒坍塌和滑動，避免對人員、設(shè)備安全造成威脅。

(3)利用長期觀測數(shù)據(jù)，繪制觀測點(diǎn)移動變形曲線，結(jié)合邊坡地質(zhì)信息，總結(jié)邊坡變形規(guī)律，掌握和分析礦山邊坡治理的效果，并為礦山后期邊坡治理工作提供依據(jù)。

(4)總結(jié)觀測點(diǎn)選取布線、觀測經(jīng)驗(yàn)，向排土場等邊坡觀測治理推廣應(yīng)用[4]。 4、結(jié)語

隨著南泥湖礦山開采工作面下降，邊坡高度不斷的增加，邊坡穩(wěn)定性對礦山

的安全生產(chǎn)的重要性也越來越突出，通過上述前方交會方案定期進(jìn)行觀測，可以有效地掌握邊坡變形移動規(guī)律和災(zāi)變征兆，為預(yù)測邊坡穩(wěn)定性和礦山作業(yè)人員和設(shè)備安全提供信息，也可以積累礦山變形監(jiān)測工作方面的經(jīng)驗(yàn)，提高監(jiān)測水平，給后期礦山邊坡治理和排土場邊坡監(jiān)測及治理等工作提供依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 高井祥等編著.數(shù)字測土原理與方法.徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2001.4. [2] 曹元志,杜光輝.野外測量中交會法原理及精度分析[J].湖南城市學(xué)院學(xué)報(bào),2007(16-3):29-30.

[3] 周科,種小雷.前方交會法在凈空區(qū)障礙物測量中的應(yīng)用及精度分析[J].有色金屬（礦山部分）,2010(62-4):71-73.

[4] 馬大喜,李振.露天邊坡變形監(jiān)測技術(shù)探討與實(shí)踐[J].礦山測量,2011(5):12-15.