露天矿山高大边坡变形监测方法研究

露天矿山高大边坡变形监测方法研究

摘要:随着矿山开采工作面的不断下降，矿山分台阶边坡问题也日益突出。由于露天矿山边坡稳定性受多种因素影响，很有必要定时对其进行变形监测。文中从观测方法选取、观测线布设及其精度分析、数据应用等方面进行讨论，对露天矿山高大边坡的变形监测进行分析研究。

关键词:变形监测 露天矿山 高大边坡 前方交会 1、引言

作为全国钼行业的前三甲，南泥湖矿山设计一期规模为15000t/d，二期为30000t/d，最终将达到40000t/d生产规模，设计开采深度385m，设计服务年限41年。随着矿山的不断开采，目前矿区内最高边坡平台达1470m，最低开采工作面为1325m，北区采场最大边坡达125m。总结南泥湖露天矿山边坡具有以下特性：

(1)边坡较高，走向也从几十米到数百米不等，因而边坡揭露的岩层多，边坡各部分地质条件差异大，变化复杂；

(2)上部边坡服务年限长，可达几十年，不可避免遭受自然风化、雨水侵蚀作用，致使边坡岩性发生变化；

(3)露天矿山日常穿孔、爆破作业和车辆行走，使边坡岩体经常受到震动，从而使边坡的稳定性在一定程度上受到影响；

(4)随着南泥湖矿山开采作业不断进展，矿山边坡的稳定性也在不断的发生变化；

总之，随着露天矿开采工作面的下降，边坡整体高度逐渐增加，边坡稳定性对矿山的安全生产的重要性也越来越突出，因此做好边坡变形监测工作意义十分重大。

2、变形监测概念及常用方法

变形监测就是利用专用的仪器和方法对变形体的变形现象进行持续观测、对变形体变形性态进行分析和变形体变形的发展态势进行预测等的各项工作。其任务是确定在各种荷载和外力作用下，变形体的形状、大小、及位置变化的空间状态和时间特征。在精密工程测量中，最具代表性的变形体有大坝、桥梁、高层建筑物、边坡滑坡、隧道和地铁等[1]。

变形监测常用的观测方法有导线法和交会法。

导线法是指将控制点为待测点用直线连接成为导线，这些控制点为导线点，点间的折线便称为导线边，相邻边的夹角称为转折角。于坐标方位角已知的导线边线连接的转折角称为连接角。通过观测导线边的边长和转折角、根据起算数据经计算获得导线点的平面坐标。

交会法是指利用已知控制点和未知观测点组成的三角形的边角关系，通过测距或测角求取未知点坐标的方法，常用的有后方交会、前方交会和侧方交会。

除此之外，变形监测还有近景摄影测量以及三维激光扫描仪测量等新兴技术，这些技术花费代价高，对南泥湖矿山高大边坡变形监测不适用。

3、高大边坡变形监测研究

3.1 高大边坡的变形监测方法讨论

考虑南泥湖矿山边坡台阶面最窄的只有1.2m，边坡坡度较大，十分不方便仪器的搬运、架设。如果采用图1所示导线法，将已知控制点布设在边坡台阶面

上，不仅测量内外业工作量大，控制点的变形对测量精度造成较大的影响，而且测量人员作业时的安全也很难保证。

若采用如图2所示前方交会法，在两个或两个以上已知点架设仪器，对未知点进行观测，求取未知点坐标等数据，这样就可以避免测量人员不安全作业以及多次架站造成作业量大等问题。

综上所述，从安全、工作效率、测量精度等各方面考虑，对南泥湖露天矿山高大边坡的变形监测使用前方交会方法较为合适。

3.2 观测线的布设

对已经停止作业且不再使用的台阶的边坡、近期内不再推进但不稳定的台阶的边坡，需要进行变形监测，观测线布设形式如图3所示：

观测点应尽量布设在台阶坡顶线附近工程地质条件复杂的地方，具体布设参数需要根据现场实际情况决定，观测点间距离可以设置在30-100m之间，对于断层、岩层、破碎带和风化带等地方要设有专门的观测点[2]。

3.3 前方交会法变形监测及精度分析 采用前方交会法，在两个可以通视且便于仪器架设的已知点架设仪器，通过全站仪测角求取观测点坐标[3]。

利用观测角α、β和A（XA,yA)、B(XB,yB)点坐标可以求出观测点1-1坐标如式

(1)

精度分析时，仅考虑测角误差，其他误差及粗差等忽略不计，设测角中误差为，则通过中误差传播定律可以计算出未知观测点的点位中误差：

(2)

式中，a，b为未知观测点到两个控制点间距离； γ为顶角，。

由上式可知，边长a，b以及角度γ的大小都对点位的中误差有影响。为保证测量精度，可以将边长控制在200m以内，全站仪测角误差为2″，

则： （3） 其函数曲线如图4：

由图4可知：当时，γ角越小，中误差越大，且随着γ的增大，m逐渐减小趋于稳定，并在时，取最小值mmin=2.7(mm)当γ大于30°小于150°时，点位误差始终在2.7mm-5.4mm之间，根据《工程测量规范》GB50026-2007，岩质滑坡监测水平位移点位中误差限值6mm，精度满足要求。

3.4 观测数据应用

(1)边坡变形移动是一个长期的过程，需要定期对未知观测点进行观测，考虑到开采年限较长，观测周期定为1个月。

(2)数据分析，与上次观测数据进行对比分析，结合相应资料和经验数据，分析并预测可能发生的大的变形，如崩落、散落、倾倒坍塌和滑动，避免对人员、设备安全造成威胁。

(3)利用长期观测数据，绘制观测点移动变形曲线，结合边坡地质信息，总结边坡变形规律，掌握和分析矿山边坡治理的效果，并为矿山后期边坡治理工作提供依据。

(4)总结观测点选取布线、观测经验，向排土场等边坡观测治理推广应用[4]。 4、结语

随着南泥湖矿山开采工作面下降，边坡高度不断的增加，边坡稳定性对矿山

的安全生产的重要性也越来越突出，通过上述前方交会方案定期进行观测，可以有效地掌握边坡变形移动规律和灾变征兆，为预测边坡稳定性和矿山作业人员和设备安全提供信息，也可以积累矿山变形监测工作方面的经验，提高监测水平，给后期矿山边坡治理和排土场边坡监测及治理等工作提供依据。

参考文献

[1] 高井祥等编著.数字测土原理与方法.徐州:中国矿业大学出版社,2001.4. [2] 曹元志,杜光辉.野外测量中交会法原理及精度分析[J].湖南城市学院学报,2007(16-3):29-30.

[3] 周科,种小雷.前方交会法在净空区障碍物测量中的应用及精度分析[J].有色金属（矿山部分）,2010(62-4):71-73.

[4] 马大喜,李振.露天边坡变形监测技术探讨与实践[J].矿山测量,2011(5):12-15.