露天煤礦邊坡變形監測技術研究

1.2 中電投白音華煤電公司 內蒙古錫林郭勒 026200；

3.阜新市發展和改革委員會 遼寧阜新 123000

摘要：本文根據白音華三號礦邊坡滑（移）動監測的實踐，總結出較深露天礦邊坡監測方法；用計算機進行監測數據處理并繪制出各種變形曲線圖；由多次已經發生的邊坡滑（移）動實踐（兼有滑坡規律），初步探討出露天礦邊坡滑（移）動的普遍規律性。

關鍵詞：露天煤礦；邊坡；監測

引言.

通過對白音華三號露天礦邊坡巖移監測的實踐，分析了露天礦邊坡監測方法。用計算機進行監測數據處理并繪制出各種變形曲線圖；對露天礦邊坡滑坡普遍規律性初步探討。由于露天采礦形成采場，使得該地層自然壓力的平衡遭到破壞。在一定的條件下，容易誘發產生邊坡滑坡。露天礦滑坡嚴重地影響著露天采礦生產和人員的安全。因此，用科學的邊坡滑坡監測方法，利用計算機處理監測數據并繪制各種變形曲線圖，總結滑坡與外界條件及變形值的有機關系，尋找邊坡滑坡的客觀規律，逐步做到滑坡預報，對于露天礦生產和安全，提高經濟效益和社會效益有著極其重要的意義。

白音華三號露天煤礦設計開采面積為51.38km2，主要開采煤層為2煤組和3煤組，共有5個主采煤層，2-1上、2-1中、2-1下、3-1、3-3煤層，平均厚度依次為3.80m、7.55m、4.75m、18.77m、6.66m。占總煤量為94%，其中的三個代表層，分別為2-1中、3-1和3-3煤層，占總煤量的71%。設計資源/儲量為1432.89Mt，可采儲量1375.57Mt，生產能力每年14.0Mt，平均剝采比4.38m3/t，服務年限89年，總投資265108.81萬元，生產已初具規模.伴隨著采礦活動，露天礦邊坡滑坡頻繁，尤其二、三標段滑坡嚴重，清邦減重增加大量的剝離量，使基建投資加大，縱觀白音華三號露天礦邊坡的現狀，邊坡布置觀測網，設置觀測站。

1.觀測方法

1.1滑坡觀測線（點）的建點

根據已經發生的滑坡實踐及其理論分析，我們在采場南幫及東西兩端幫及北幫共布設了21條觀測線（點）（見圖1）。觀測線長300～450m之間，觀測線布置間距一般為100m。控制點及觀測點的標樁結構分為鋼管、元鋼等幾種類型，外套PVC白色塑料管為混凝土模具，外涂紅、白相間油漆，標志。非常直觀醒目，便于尋找。

圖1 采場邊坡觀測線

1.2觀測方法

使用經過檢核合格后的全站儀進行連測，在觀測站全部測點埋設10～15天后進行觀測，按“煤礦測量手冊”、“煤礦測量規程”的要求，采用5″經緯儀導線與礦區GPS #B27、#B40等三角點聯測，最終求其觀測網控制點及觀測點的三度坐標X、Y、Z（H）。使用電子速測儀（全站儀）對觀測網進行觀測，大大提高觀測效率，該儀器有電子經緯儀，光電測距儀，數據記錄器或數據終端組成。具有測角、測距、自動記錄和計算的功能，具有精度高、數據穩定可靠、自動分析和輸出的功能。

為比較邊坡滑動前后變化，確定滑體形狀大小，在滑坡后繪制1：1000滑坡區平面圖，在圖上應表示滑動裂縫位置、凸起和凹下等變形發生的位置及有關測量數據。

2.實施觀測

2.1觀測內容

預測：預測的目的是發現邊坡何時開始滑動，可根據季節和觀測線具體情況每7～30天進行一次觀測，當觀測點下沉大于30mm時，即為滑動開始。

滑動期觀測：滑動期觀測一般每月觀測一次，在滑動速度快、變形大的情況下，應縮短觀測時間，活躍期7天觀測一次，以便全面掌握和研究滑坡規律。

2.2資料整理

首先建立三維假定坐標系統：

W軸------------沿鉛垂線方向

X′軸-----------沿觀測線方向

Y′軸-----------沿觀測線方向

①填寫觀測點的平面坐標及高程表

②填寫觀測點水平距離表

③按觀測線計算測點下沉W值和下沉速度。

V值

Wn=Hn-Hon

（mm/晝）

式中：Hon，Hn-------分別為n點滑動前后的高程

-------為n號點在數值面內兩次觀測分量之差

--------為n號點兩次觀測時間間隔差。

④測點的水平移動v和點間水平變形

～n+1 （mm/m）

⑤測點在垂直面內的移動向量W

⑥測點在平面的移動向量V

⑦應繪制觀測線垂直下沉曲線圖

⑧觀測點水平移動與水平變形的曲線圖

3.應用實踐

3.1滑坡發生前的客觀條件

白音華三號露天礦顯著滑坡的發生條件有如下共性：

發生在雨季（大雨當中或大雨過后）；

發生在斷層處或軟巖層處（如頁巖）；

滑坡前均出現與邊坡走向近于平行的裂縫（大的裂縫寬達300～400mm）；

邊坡點變形大，且速度快，空間變形達400～500mm，變形速度達300～500mm/天。

3.2對滑坡發生的理論分析

滑坡與時間因素有密切關系，邊坡暴露時間越長，由于各種因素影響的積累，使邊坡越來越不穩定，超過一定限度，就會發生滑坡。

對白音華三號露天礦滑坡的實測資料分析表明：滑坡都是發生在順層邊坡的剪切性破壞。這里的巖體中存在著抗剪強度較低的弱層面（如頁巖），而且朝向采場（即順層邊坡），當弱層面上部巖體的自重和其他外部負荷所構成的下滑力超過沿弱層面的抗滑力時，上部巖體將沿此弱層面，向下滑（移）動，即形成滑坡。特別是在雨季，由于大量雨水在巖體裂隙中流動并形成一定的水位，產生水壓，成為附加載荷作用于邊幫上，改變了邊坡巖體的受力狀態，加之流水在某些弱層面的溶解和沖刷作用及其浮力作用，都將降低邊坡巖體的穩定程度。

3.3滑坡因素分析

從白音華三號露天礦滑坡觀測站觀測工作中，不斷的深入現場觀看，滑坡之動態變化，總結影響滑坡因素：

采場剝離和開采的強度系影響滑坡的第一因素，如三號礦南幫（非工作幫）。各標段除三標南幫以外各標段滑坡均比較嚴重，而當時三標已停止剝離，礦坑內有積水，其南幫地面觀測點比較穩定，后來三標段開始生產