夏永飞
伊吾广汇矿业有限公司 新疆 哈密 839000
摘要:白石湖露天煤矿从建矿至今已有9年，是90万吨/年伊吾县煤矿与300万吨/年原白石湖露天煤矿合建而成，由于历史成因，煤矿现有三个采坑，一个主采坑（二采区），一个废弃采坑（一采区），一个接续采坑（三采区）。主采坑北侧非工作帮已实现内排，东部端帮出现了不同程度的地表裂隙，影响矿区施工安全。为了有效监控边坡的位移变化情况，防范滑坡事故发生，白石湖露天煤矿采用了边坡位移GNSS自动化安全监测系统，全方位，实时监控采场、排土场边坡位移变化情况，有效提高了露天煤矿防灾抗灾的应急处置能力。
关键词：露天煤矿;边坡;自动化监测
1.边坡位移自动化监测目的
为了确保白石湖露天煤矿安全高效生产，掌握边坡位移变化规律，尤其是构造影响区、外排影响区、工业广场影响区的边坡位移变化规律，指导露天采矿安全高效生产，对白石湖露天矿边坡布设GNSS位移自动监测点，建立监测自动采集系统，实现边坡位移的实时监测，同时也为白石湖露天矿智慧矿山建设奠定基础。
2.GNSS位移监测原理与系统组成
2.1基本原理
GNSS系统是（Global Navigation Satellite System）的缩写，它是泛指所有的卫星导航系统，包括全球的、区域的和增强的，如美国的GPS、俄罗斯的Glonass、欧洲的Galileo、中国的北斗卫星导航系统等。
把GNSS接收机放在监测点，测量这个监测点的三维坐标，观看它的坐标数值的波动，由此就能够看出观测点坐标的变动值，从而实现对边坡位移的监测。(图1）可以看出监测P点由t1的时间至t2的时间地位移，它的位移变化量为：
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多点定位是将多台GNSS定位设备放在相邻的不同位置，在同一时间内分别将数据通过卫星和互联网传输到同一台计算机上进行差分解算，从而得到测量点的准确坐标。此方法能够准确且高效的监测处在位移变化缓慢的边坡，与单点定位相比，其所测量的精度可以提高1～2个数量级。如图2所示。
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2.2系统组成
GNSS边坡位移监测系统主要由五大系统组成，分别为GNSS接收机系统、天线系统、通讯系统、供电系统、预警系统、可移动式监测箱体等组成。
2.2.1接收机系统
根据项目特点，本项目GNSS接收机选用南方测绘的NetS9型接收机，该款接收机是经多年技术沉淀，针对CORS系统应用而设计的一款高端北斗多星系统GNSS接收机。接收机如图3，图4所示。
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2.2.2天线系统
为保证GNSS接收监测系统通讯数据畅通，采用小型化的三系统七频测量型天线，配备的天线罩耐久性好且不干扰信号。天线外观如图5，图6所示。
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2.2.3通讯系统
考虑到监测区域面积大、工程复杂、有线网络的局限性等特点，本次监测数据全部为自动采集无线传输，为GNSS接收机配备DTU无线路由4G数据通讯模块，DTU内安装稳定性较好的电信无线网卡，实时传输数据。整个系统有DTU通讯模块、天线、通讯卡等组成，通讯系统见图7，图8所示。
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2.2.4供电系统
露天监测区域面积大且监测点位布设相对分散，局部测点远离交流电源，因此本次监测系统的供电全部采用太阳能供电，供电系统见下图所示：
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2.2.5预警系统
预警系统主要有报警模块、预警通讯卡、手机、天线及电脑组成，外观如图13-14所示。
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2.2.6安装箱体
本次监测所有的GNSS接收机系统、天线系统、DTU通讯系统、供电系统、通讯系统均安装在可移动式的箱体内部，箱体内设置有固定约束框架，直接将胶体电池、控制器、通讯模块固定其上，防止后续搬移时各大模块在箱内晃动。箱体外观见图15，图16所示。
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3.位移监测点布设
3.1布设原则
（1）边坡裂缝发展区重点布设；
（2）边坡地质条件复杂区重点布设；
（3）边坡坡顶外有重要设施、如工业建筑、运输系统、储煤场等重点布设；
（4）剥离爆破频繁区域重点布设。
3.2监测点布设
根据项目工作研究内容结合生产实际情况，综合考虑各种不利因素和实际，边坡位移自动化监测系统共分三个采区布置，其中重点是二采区。37套GNSS系统，其中2台作为基准站，以保证解算数据的可靠性和稳定性，具体为一二采区共用一套基准站，三采区单独使用一套基准站，具体布设如图17-19：
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图19 三采区边坡位移GNSS监测点布设图
4.初步监测成果
监测系统数据库访问形式主要有两种：一是从服务器直接访问数据库查看数据，如图20所示；二是登陆监测云访问数据库下载数据报表如图21所示；
每个GNSS监测点数据均为实时采集，结合露天矿生产特点，初步设定每2小时系统解算并发送一次数据，即每点每天有12条监测数据。并设置X、Y向为水平位移，Z向为竖向位移（沉降）。
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由于本次GNSS监测点数量较多，监测数据量极大，因此仅选择每个采区各帮的代表性监测点数据展示。
4.1一采区边坡位移变化
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4.3三采区边坡位移变化
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5.边坡安全监测预报预警
5.1监测预警时机判定
当监测过程中边坡工程发生下列情况之一时，必须立即预警，同时应增加监测频率并调整监测方案：
（1）变形量或变形速率出现异常变化；
（2）变形量达到或超出预警值；
（3）边坡影响范围内周边或坡面出现塌陷、滑坡迹象；
（4）边坡影响范围或周边建（构）筑物及地表出现异常；
（5）由于地震、暴雨、冻融等自然灾害引起的其他变形异常情况。
5.2预警系统构建
边坡监测预警系统构建可分为信息收集、风险监测、综合研判、确定等级四大模块，构建组织框架见图25所示。
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图25 边坡预警系统构建图
5.3预警阈值分析与设定
根据相关规范以及国内外经验，结合露天矿边坡自身特点及项目所在地的地质环境、自然环境，并结合以上章节分析，白石湖露天矿边坡位移监测阈值按下表取值。
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6. 结 论
露天矿需充分考虑影响边坡稳定的工程地质、水文地质及人为扰动等各种因素，对边坡稳定性进行分析与评价，并提出边坡治理措施［2-3］。通过边坡位移GNSS自动化安全监测系统的应用，可以实时监测白石湖露天煤矿采场、排土场边坡位移的变化情况，出现警情，及时报警，有效提高了边坡预警的及时性，合理规避滑坡安全隐患，减少人员伤亡和财产损失，提高了矿山预防和处置灾害的防治能力。根据边坡监测数据反映的边坡稳定情况,采用削坡法、锚索法［4］、抗滑桩法［5］、内排压脚法等预防边坡失稳的措施。
参考文献
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