GPS监测技术在露天煤矿边坡监测中的应用.pdf

第3 1 卷第 l 0期 2 0 1 6年 1 0月 露天采矿技 术 O p e n ca s t Min in g T e ch n o l o g y V0 1 3 1 No 1 0 0e t 2 0 1 6 D O h1 0 1 3 2 3 5 j cn k i 1 t cm 2 0 1 6 1 0 0 1 5 引用格式 ： 李增林， 王孝亮， 韩猛 G P g监测技术在露天煤矿边坡监测中的应用 J 露天采矿技术， 2 0 1 6 ， 3 1 ( 1 0 ) ： 5 2 5 4 G P S监测技术在露天煤矿边坡监测 中的应用 李增林 ， 王孝亮 ， 韩猛 ( 1 云南南方地勘工程总公司， 云南 昆明 6 5 0 2 1 6 ； 2 煤科集团沈阳研 究院有限公司， 辽宁 抚顺 1 1 3 1 2 2 ) 摘 要： 以我国蒙东地区某露天煤矿为例， 通过建立 G P S边坡位移 自动化监测系统， 实时掌握边 坡位移变形情况； 利 用边坡监测报警 系统 ， 成功地预测预报 了潜在滑坡 事故的发生 ； 通过边坡监 测数据分析及时掌握边坡位移变化规律及潜在滑坡模式 ， 并采取相应地滑坡防治措施 ， 避免了灾 害事故发生。 关键词： G P S监测技术； 边坡监测； 滑坡 ； 预警预报 中图分类号： T D 8 2 4 7 + 3 文献标志码： B 文章编号： 1 6 7 19 8 1 6( 2 0 1 6 )1 00 0 5 20 4 Ap p l ica t io n o f GP S mo n it o r in g t e ch n iq u e in t h e s l o p e mo n it o r in g of o p e n - - p it co a l min e U Z e n g l in ，W ANG Xia o l ia n g 2 ， HAN Me n g 2 S o u t h G e o l o g i ca l E x p l o r a t i o n C o r p o r a t io n o f Y u n n a n ， K u n mi n g 6 5 0 2 1 6 ， C h in a ； 2 C h i n a C o a l T e ch n o l o g y a n d E n n e e n n g G r o u p S h e n y a n g R e s e a r ch I n s t it u t e ， F u s h u n 1 1 3 1 2 2 ， C h i n a ) Ab s t r a ct ：T a k in g t h e o p e n- p it co a l mi n e i n e a s t e r n r e g i o n o f I n n e r Mo n g o l i a i n C h i n a a s a n e x a mp l e ，t h e min e g r a s p e d s l o p e d i s p l a ce me n t a n d d e f o r ma t io n co n d i t i o n i n r e a l t i me t h r o u g h e s t a b l is h i n g GP S a u t o ma t i c mo n it o r i n g s y s t e m o f s l o p e d i s p l a ce me n t ， a n d s u cce s s f u l l y f o r e ca s t e d t h e o ccu r r e n ce o f p o t e n t ia l l a n d s l id e a c cid e n t b y wa r n in g s y s t e m o f s l o p e mo n it o ri n g B y t h e a n a l y s is o f s l o p e mo n it o ri n g d a t a ，t h e mi n e t i me l y g r a s p e d t h e ch a n g e r u l e s of s l o p e d is p l a ce me n t a n d t h e p o t e n t i al l a n d s l id e mo d e s ，a n d a d o p t e d the r e l e v a n t p r e v e n t i o n a n d c o n t r o l me a s u r e s of l a n d s l i d e ，a n d a v o id e d t h e d i s a s t r o u s a ccid e n t Ke y wo r d s ：GP S mo n it o ri n g t e ch n iq u e ； s l o p e mo n it o ri n g ； l a n d s l id e ； f o r e wa rnin g p r e d ict io n 0 引 言 随着我国经济建设的快速发展 ，能源消费也随 之迅速增长。 露天煤矿开采规模越来越大 ， 露天采场 边坡暴露 出的问题也在不断增加。边坡稳定是影响 露天矿开采的重要 因素，因边坡失稳造成的地质灾 害不仅仅会影响正常的采矿作业 ，甚至威胁人员和 设备的安全 ， 造成作业 中断与巨大的经济损失f 1 I。准 确预测预报滑坡的发生 ， 最大限度减小灾害损失 ， 是 露天矿 山边坡安全工作中急需重点解决的问题 。 传统的露天矿边坡监测方法不仅费时费力 ， 而 且易受气候和地形地貌等条件的限制 ，很难达到及 时监测预警的 目的。近十几年来 ， G P S技术飞速发 展 ， 其定位精度大幅提升 ， 应用成本逐渐降低。G P S 收稿 日期 ： 2 0 1 6 0 5 1 8 作者简介： 李增林( 1 9 8 9 一) ， 男， 白族 ， 云南大理人 ， 助 理工程师， 2 0 1 2毕业于华北科技学院地质7 - 程专业 ，现就 职 于云南南方地勘工程总公司昆明分公司，从事岩土工程 及 地质 灾害勘察设计 工作。 5 2 技术能够快速、 高效 、 准确地提供点 、 线 、 面要素的精 确三维坐标以及其他相关信息，具有全天候 、高精 度 、 自动化 、 高效益 、 观测时间短等传统监测模式所 不具备的优势特点 ，在露天煤矿边坡变形监测方面 具有广泛的应用前景 州。 1 G P S边坡监测预警系统 G P S边坡监测预警系统是 由监测区域观测点 、 调度中心、 远程客户端和报警系统 4部分组成 。 监测 区的工作 内容是对各观测点的位移变形实时监测 ， 进行 G N S S原始数据采集和发送 ；调度中心的工作 内容是对收集的 G N S S 数据进行解算 、 存储和监测数 据的分析及发布 ； 远程客户端的工作 目的是各级用户 根据授权码登录系统 ，实现对边坡位移监控参数 的 远程在线实时查看 、 检查与督导 ； 报警系统的工作内 容是当边坡位移监测数据超过预先设定 的安全阈值 时 自动发 出报警信息，提醒有关人员加强对报警区 域 的安全巡查 ， 及时启动报警响应预案 ， 防止滑坡产 第 3 1 卷第 1 0 期 2 0 1 6年 1 0月 露天采矿 技术 Op e n ca s t Min in g T e ch n o l o g y Vo 1 31 No 1 0 0 ct 2 01 6 生【7 J 。G P S边坡 自动化监测预警系统结构如图 1 。 图 1 G P S边坡自动化监测预警系统结构 G P S边坡监测预警系统采用 了北斗二代卫星和 美 国 G P S卫星双星双系统进行定位 ， 提高 了整个系 统监测 的安全性和稳定性 ； 建立 了误差改正模型， 有 效地剔除粗差 ； 增多了可跟踪卫星数 ， 弥补了高轨道 卫星数据少的问题 ，降低了软件解算时更换参考卫 星带来 的误差 ， 较大程度地提高监测解算精度 。 监测 区域 内采用 WI F I 网络传输原始的卫星星历数据 ， 并 集中在一个差分解算调度中心 ，在调度中心进行统 一 的坐标解算 ， 并实时发布分析结果 。 采用了太阳能 供电系统对监测设备进行供 电，解决 了后期移动市 电电源线的复杂性 。 基准站的数据直接送给服务器 ， 降低 了数据传输量 ， 也提高了实时性 。 用户可通过在 服务器上运行的数据处理软件查看各种边坡位移监 测信息 ， 提高了适用性与便捷性。 2 边坡监测预警系统实践 以我 国蒙东地 区某 露天煤矿 中的 G P S边坡监 测 系统实践应用为例，结合露天煤矿边坡工程地质 现状条件 ， 详细阐述 G P S 边坡监测布置方案。 2 1 边坡工程地质条件 该露天煤矿边坡类型为软岩边坡 ，非工作帮边 坡I 蒿 i i 端0 I I 蒿 由I 心 l 坡属于顺倾边坡 ， 边坡多弱层结构 ， 自上而下岩性构 成依次为第 四系松散沉积物 、 黏土、 泥岩 、 煤层 、 底板 泥岩 、 砂岩等 ， 简易工程地质模 型如图 2 。从模型 中 可以看出， 由于非工作帮紧邻外排土场， 造成非工作 帮边坡与内、 外排土场边坡形成了复合边坡 ； 并且根 据边坡岩土物理力学性质试验结果显示边坡岩土力 学强度低 ， 侧压力大 ， 非工作帮边坡还 曾多次发生过 滑坡现象 ， 边坡变形严重 ， 因此该露天矿有必要在东 帮边坡布置 G P S监测系统实时监测边坡位移情况 ， 指导矿山开采 。 图2 典型简易工程地质模型 2 2边坡监 测 布置 方案 1 ) 布置原则。 根据露天煤矿边坡现状条件 、 采矿 工程布局、 以往滑坡信息及边坡变形特性 ， 在垂向于 5 3 第 3 1 卷第 1 O期 2 0 1 6年 1 0月 露天采矿技 术 O p e n ca s t Mi n i n g T e ch n o l o g y Vo 1 3 1 N o 1 O 0 ct 2 0 1 6 边坡走向方向、 沿地面至坑底方向布置多组监测线 ， 每条监测线之间的距离不大于 2 0 0 m，边坡变形 区 内、 外需分别布置监测点 ， 且单条监测线上至少布置 2台 G P S监测设备。 在工程地质条件复杂、 采矿活动 频繁 、 边坡变形严重的区域需加密布置。 2 ) 布设范围。 按照上述布置原则 ， 露头矿分别在 外排土场、 非工作帮边坡 、 内排土场 、 采场和南北端 帮布置了 G P S地面监测点 ，共布置了 2 0组 G P S自 动化位移监测设备 ，形成了 6条监测线网络覆盖全 矿 ， G P S自动监测设备布置如图 3 。 注： 外排土场； 非工作帮； 内排土场； 采场一 煤层； 北端帮； 南端帮 图 3 G P S自动监测设 备布置 3 边坡监测结果分析 选取露天煤矿监测期内边坡变形较大的监测线 4进行数据分析 ，分析各边坡监测点水平位移速度 和垂 向位移速度 的变化规律 ，了解边坡在监测期 内 的位移变形情况 。监测线 4共有 4个 G P s 地面监测 点 ， 由东至西分别为 G1 3 、 G 1 4 、 G1 5和 G 1 6 ， 分别位 于外排土场 、 非工作帮边坡 、 内排土场和采场 ， 监测 数据时间范围为 2 0 1 5年 1月一 1 2月 ，监测数 据分 析曲线如图 4 一图 5 。 从上述位移监测 曲线图可知 ： 1 ) 边坡变形速度在 4月份之前持续增大 ， 尤其 是 2月初至 3月底因采矿活动频繁 、 强度加剧 ， 且处 于春季冰雪融化期 ， 边坡变形速度增 幅明显 ， 并于 3 月底达到峰值 ，最大水平位移速度为 2 2 8 m m d ， 最 大沉降速度为一 5 1 m m d ， 边坡变形最大处为 G 1 5 ， 即 内排土场边坡 ， 预计发生滑坡可能性大 。 同时边坡变 5 4 l 辎 迥 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 l 1 0 1 l 1 1 1 2 1 日期 图 4 监测线 4各监测点水平位移速率曲线图 I 1 2 l 3 1 4 l 5 1 6 1 7 1 8 1 9 1 1 0 1 l 1 1 1 2 1 日期 图 5 监测线 4各监测点垂向位移速率曲线图 形速度 G1 5 G1 4 G 1 3 G 1 6 ， 即边坡变形幅度为 内排 土场边坡 非工作帮边坡 外排土场边坡 采 场 ， 表 明因采场采矿活动产生的临空区失去对上部边坡岩 体 的支撑作用 ， 内排土场边坡牵引非工作帮边坡 、 非 工作边坡再带动外排土场边坡整体 向坑底滑动 ， 边 坡潜在的滑坡模式为牵引式滑坡。 2 ) 当 G P S自动化监测系统发出报警后( 水平方 向报警值设定为 2 0 0 m m d ， 垂直方 向报警值设定为 5 0 m m d ) ，露天矿及时启动报警响应预案 ，并根据 边坡变形规律特征及潜在的滑坡模式 ，对露天矿 内 排土场边坡进行压脚处理 ，即将 内排土场 5 5 4 m平 盘增高至 5 7 8 m。4月初， 随着施工逐渐完成后 ， 各监 测点变形速率逐渐降低 ，水平位移速度在 5 0 m m d 以内 ， 垂 向位移速度在一 1 5 m m d以内， 边坡逐渐处 于安全稳定状态。 4 结论 该露天矿通过建立 G P S边坡位移 自动化监测 系统 ， 实现了实时查 阅与了解边坡位移情况 ； 通过边 坡监测报警系统 ，成功地预测预报 了潜在滑坡事故 的发生 ；通过边坡监测数据分析及时掌握边坡位移 变化规律及潜在滑坡模式 ，并及时采取相应地滑坡 防治措施 ， 避免了滑坡灾害的发生 ， 避免了人员伤亡 与设备损失 ， 为露天矿 山边坡管理、 滑坡预警预报积 ( 下转第 5 9页) 第 3 1卷第 l 0期 2 0 1 6 年 1 O月 露天采矿 技术 Op e n ca s t Min in g T e ch n o l o g y Vol _ 3l No 1 0 O ct 2 Ol 6 清扫器构成 图 7 带式输送机尾部综合保护装置清扫器构成 该带式输送机尾部综合保护装置通过与胶带一 定角度的倾斜安装 ，实现 自动清扫掉落在 回程胶带 上的物料 ，带式输送机尾部综合保护装置清扫器底 部安装的柔性耐磨材料( 尼龙胶带、 聚氨酯耐磨材料 等)和加压装置与胶带形成无缝对接 ，实现物料连 续 、 高效清扫 ， 带式输送机尾部综合保护装置清扫装 置上部的加高防护和合理安装位置 ，能有效阻止大 型物体及意外掉落托辊 “ 翻越” 清扫器 ， 进入尾部滚 筒 ，带式输送机尾部综合保护装置上安装的 “ 安全 绳”能够有效防止清扫装置意外脱落进入胶带机尾 部滚筒 ，带式输送机尾部综合保护装置与胶带机尾 部滚筒之间安装的防护隔断 ，实现人员意外伤害的 防护， 杜绝人生伤害。 该带式输送机尾部综合保护装 置不仅实现了人员 、设备 的综合安全防护 ，且成本 低 ， 防护可靠 ， 推广价值很高阴 。 4结语 1 ) 根据带式输送机的运行特点 ， 分析了带式输 送机常见故障及危害，设计了带式输送机综合保护 系统 ， 该系统采用 P L C高速计数器对传感器频率量 进行采集和对胶带输送机故障进行综合分析判断 ， 实现了对胶带输送机打滑、 超温 、 跑偏等故障的实时 监测和可靠保护 。 2 )针对现有带式输送机保护系统存在缺陷， 为 带式输送机增设了回煤保护系统，该系统由落煤保 护装置 、 回煤保护感应装置 、 尾部综合保护装置 3大 保护装置构成 ， 成本较低 ， 适用性强 ， 能提高带式输 送机 自动化保护程度 ，彻底杜绝 由于回程皮带落煤 造成 的胶带纵撕 、 断带 、 跑遍事故和故障 ， 该套系统 具有十分广阔的推广价值和应用价值。 参考文献： 刘文亮， 张晓伟 ， 董秋艳 连续皮带机胶带跑偏原因与 力学分析 J 水利水电技术， 2 0 0 6 ( 3 ) ： 2 6 2 7 孙冰， 王汝琳 智能化矿井胶带输送机综合安全保护 系统 E J 华北科技学院学报 ， 2 0 0 4， l ( 1 ) ： 4 l 一 4 3 杨徽， 顾涛， 邓建平 胶带输送机综合监控系统控制器 的实现 J 华北科技学院学报 ， 2 0 0 3 ， 5 ( 1 ) ： 2 6 2 9 左金荣， 张铜钢， 朱满平 调整皮带机胶带跑偏的方法 J 江西煤炭科技 ， 2 0 0 6 ( 1 ) ： 4 2 4 3 张宏明斜井胶带输送机断带事故的发生和预防 J 河北煤炭， 2 0 0 1 ， ( 3 ) ： 3 5 李允旺， 苗运江， 陈雅阁 楔块式断带保护装置的研究 J 煤矿机械 ，