露天礦排土場(chǎng)邊坡監(jiān)測(cè)方法綜述

王海江　寇長(zhǎng)福　謝松偉

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，礦業(yè)也在不斷發(fā)展，礦區(qū)開(kāi)采的安全問(wèn)題一直限制著其生產(chǎn)力。其中，露天礦排土場(chǎng)的邊坡災(zāi)害非常具有代表性。為了避免排土場(chǎng)發(fā)生滑坡，衍生出了多種多樣的邊坡監(jiān)測(cè)手段。本文將針對(duì)傳統(tǒng)的大邊坡檢測(cè)方法進(jìn)行簡(jiǎn)述，使廣大讀者對(duì)于邊坡監(jiān)測(cè)的方法有一個(gè)系統(tǒng)了解。

關(guān)鍵詞：露天礦排土場(chǎng)；邊坡監(jiān)測(cè)；方法綜述

一、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基本情況概述

邊坡監(jiān)測(cè)是一種非常成熟的位移監(jiān)測(cè)方法，具有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，其主要的工程價(jià)值為準(zhǔn)確實(shí)時(shí)反饋邊坡位移數(shù)據(jù)，并根據(jù)位移變化趨勢(shì)提供預(yù)警信息，確保及時(shí)掌握邊坡變形規(guī)律。隨著衛(wèi)星定位系統(tǒng)的不斷完善和精度的進(jìn)一步提高，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于露天礦邊坡監(jiān)測(cè)，并取得了良好的效果，現(xiàn)用的衛(wèi)星定位系統(tǒng)有GPS和BD，從精度和發(fā)展角度考慮，現(xiàn)在多采用GPS+BD的定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)綜合功能強(qiáng)大，兼?zhèn)浣Y(jié)構(gòu)分析、傳感器、網(wǎng)絡(luò)通信及計(jì)算機(jī)等多項(xiàng)技術(shù)的高新技術(shù)設(shè)備。該系統(tǒng)主要用于監(jiān)測(cè)邊坡表面巖體變形、位移及速度等相關(guān)數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)精度較高，滿足工程安全需求，系統(tǒng)在布設(shè)時(shí)遵循3個(gè)主要原則。

（一）科學(xué)合理性原則

所有的滑坡都存在一個(gè)形成和發(fā)展過(guò)程，從蠕變到變形、再到明顯位移，并最終至滑面貫通，形成封閉滑體，在這中間，地表巖體位移會(huì)存在一個(gè)明顯的發(fā)展規(guī)律，所以，邊坡變形監(jiān)測(cè)方法的選擇必須要滿足與邊坡變形過(guò)程相適應(yīng)的基本原則。邊坡監(jiān)測(cè)級(jí)別有三級(jí)，分別為一、二、三級(jí)，一、二級(jí)監(jiān)測(cè)階段的危險(xiǎn)性相對(duì)較低，屬于早中期變形監(jiān)測(cè)；三級(jí)監(jiān)測(cè)的危險(xiǎn)性相對(duì)較高，屬于后期監(jiān)測(cè)，在監(jiān)測(cè)方案的選取時(shí)要根據(jù)具體的階段進(jìn)行針對(duì)性的選擇和確定。

（二）經(jīng)濟(jì)實(shí)用性原則

軟巖露天礦邊坡的變形有顯著特點(diǎn)：深度大、范圍廣、累計(jì)位移量大，受到露天礦惡劣自然氣候的風(fēng)化、侵蝕，人員、設(shè)備高頻擾動(dòng)的綜合影響。不論國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，所采用的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、設(shè)備都相差不多，主要通過(guò)計(jì)算相對(duì)位移或絕對(duì)位移來(lái)判定變形和滑坡。目前，我國(guó)對(duì)于監(jiān)測(cè)設(shè)備的生產(chǎn)水平不亞于國(guó)外，而且，其市場(chǎng)價(jià)格僅有國(guó)外的幾分之一，同時(shí)，國(guó)產(chǎn)設(shè)備應(yīng)用于我國(guó)露天礦監(jiān)測(cè)，對(duì)于后期的維修、保養(yǎng)都有顯著的優(yōu)勢(shì)，所以，對(duì)于露天礦來(lái)說(shuō)，選定監(jiān)測(cè)設(shè)備要充分考慮其經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。

（三）系統(tǒng)可擴(kuò)展性原則

露天礦采場(chǎng)是個(gè)逐步發(fā)展的過(guò)程，根據(jù)邊坡穩(wěn)定監(jiān)測(cè)的需要，還會(huì)增加更多的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，因此要求系統(tǒng)應(yīng)具有擴(kuò)容性，隨時(shí)根據(jù)監(jiān)測(cè)的需要可以增加自動(dòng)化監(jiān)測(cè)點(diǎn)。隨著采礦進(jìn)度的推進(jìn)，有的邊坡不需要監(jiān)測(cè)時(shí)，原有的主要監(jiān)測(cè)設(shè)備及軟件要求能夠重復(fù)繼續(xù)再利用，最大限度減少重復(fù)投入。系統(tǒng)接口要具有良好的開(kāi)放性，能較好的實(shí)現(xiàn)與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)格式的相關(guān)軟件對(duì)接，便于實(shí)現(xiàn)對(duì)軟件的擴(kuò)充和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的開(kāi)發(fā)。

二、GPS監(jiān)測(cè)

GPS，即全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，是由美國(guó)發(fā)射的覆蓋全球范圍的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，許多工程和科學(xué)研究需要從其中獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)。露天礦邊坡的巖體具有非常大的不穩(wěn)定性，實(shí)時(shí)檢測(cè)非常必要。而相比于傳統(tǒng)的大地測(cè)量方法，GPS監(jiān)測(cè)擁有更高的覆蓋率和更好的實(shí)時(shí)性。目前，GPS的全球覆蓋率高達(dá)98%，基本做到了全覆蓋，這對(duì)監(jiān)測(cè)礦區(qū)邊坡穩(wěn)定提供了技術(shù)上的支持。目前，我國(guó)很多礦區(qū)都在嘗試采用GPS法對(duì)邊坡進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如南京紫金山金銅礦排土場(chǎng)[2]GPS監(jiān)測(cè)的具體操作：首先根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況布設(shè)符合條件的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，之后根據(jù)所布監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)接收衛(wèi)星信號(hào)、繪制出監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移變化曲線并進(jìn)行分析。如果監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移變化不明顯，則邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)；若監(jiān)測(cè)點(diǎn)短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生明顯位移，則需要調(diào)派人手對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行分析，防止滑坡的發(fā)生。GPS監(jiān)測(cè)精度高，連續(xù)性強(qiáng)的特點(diǎn)非常適用于礦區(qū)等災(zāi)害潛在區(qū)域。但成本較高，技術(shù)要求相對(duì)苛刻。加之GPS系統(tǒng)是美國(guó)持有的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，特殊時(shí)期可能會(huì)受到限制。我國(guó)的BDS（北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)）已經(jīng)逐漸趨于成熟，期待可以取代GPS應(yīng)用于各項(xiàng)工程檢測(cè)。

三、纜索監(jiān)測(cè)

無(wú)論是傳統(tǒng)的大地測(cè)量方法、GPS監(jiān)測(cè)法還是雷達(dá)監(jiān)測(cè)，都屬于利用測(cè)繪科學(xué)對(duì)邊坡的外部變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)。與其它方法不同的是，纜索監(jiān)測(cè)是一種新式的、使用了應(yīng)力傳感器的力學(xué)監(jiān)測(cè)。早期的纜索監(jiān)測(cè)主要應(yīng)用于橋梁變形監(jiān)測(cè)，因?yàn)闃蛄旱奶匦裕粤W(xué)傳感器監(jiān)測(cè)非常適合。但人們逐漸發(fā)現(xiàn)，纜索監(jiān)測(cè)相比于衛(wèi)星、雷達(dá)所需的成品相對(duì)低廉，而且力學(xué)傳感器是對(duì)物體內(nèi)部的受力進(jìn)行分析，相比于外部的變形監(jiān)測(cè)具有超前性。

四、排土場(chǎng)邊坡治理措施

（一）排土場(chǎng)邊坡構(gòu)筑技術(shù)

排土場(chǎng)邊坡土壤疏松，保水條件好，栽植植物成活率高，但也極易被水沖刷造成水土流失，可采用魚鱗坑、客土等整地方法。為了防止水土流失，邊坡整治采取如下措施：修筑擋水埂，阻止平臺(tái)徑流匯入邊坡，杜絕切溝和沖溝的發(fā)生；坡面不覆厚層黃土，而是春季3月下旬隨著剝離物的堆置立即種植；坡腳堆放大石塊，攔截坡面下移泥沙，該措施的實(shí)施在排土過(guò)程中完成，不單獨(dú)修筑；對(duì)于已覆土的坡面，采用逐坑下移回填法，按一定的行株距種植適宜于本地的喬、灌木，在喬灌木之間種植牧草，逐步形成喬、灌、草立體結(jié)構(gòu)模式，遇到局部砂、頁(yè)巖的邊坡，進(jìn)行客土種植；對(duì)于巖土混合邊坡，在坡面上沿坡地等高線每隔4～6m種植一行樹(shù)木（密植的喬木、灌木或多年草本植物）作為籬笆帶，稱為“植物活籬笆”或“活籬笆”，起到保護(hù)土壤、減少水土流失、提高土壤肥力的作用。

（二）排土場(chǎng)邊坡徑流分散措施

排土場(chǎng)大面積匯集的暴雨徑流很容易匯集沖刷坡面，導(dǎo)致劇烈的水土流失，并可造成大量徑流灌縫，影響排土場(chǎng)穩(wěn)定，誘發(fā)滑坡。在半干旱的黃土區(qū)，水是排土場(chǎng)生態(tài)恢復(fù)的限制性因子，排水不利于排土場(chǎng)植被的建立和恢復(fù)。徑流是水蝕的必要條件。如果將排土場(chǎng)整個(gè)匯流面積分割成許多小區(qū)域，將地表積水限定或攔擋在這些小區(qū)域內(nèi)，則不會(huì)出現(xiàn)大流量、高流速、長(zhǎng)流程的侵蝕性徑流，黃土的孔隙度大，土層有足夠大的儲(chǔ)水容量，小區(qū)域內(nèi)的地表積水最終會(huì)入滲貯存于小區(qū)域表層土體內(nèi)。黑岱溝露天礦排土場(chǎng)區(qū)年降水量?jī)H為400mm左右，表層又實(shí)施黃土覆蓋，在蓄排結(jié)合問(wèn)題上，可以打破常規(guī)，排土場(chǎng)徑流以“蓄”為主，僅在特大暴雨條件下，才考慮排水問(wèn)題。

結(jié)語(yǔ)

隨著時(shí)代的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，人力資源越來(lái)越寶貴的當(dāng)下，利用遙感方法對(duì)邊坡進(jìn)行監(jiān)測(cè)已經(jīng)漸漸成為主流，不僅可以提高危害預(yù)警的能力，相信隨著相應(yīng)技術(shù)的進(jìn)步，監(jiān)測(cè)成本也會(huì)越來(lái)越低。希望讀者通過(guò)本文對(duì)邊坡穩(wěn)定的問(wèn)題有一定的了解，也對(duì)各種邊坡監(jiān)測(cè)的技術(shù)有一定的認(rèn)知。

參考文獻(xiàn)：

[1]駱中洲.露天采礦學(xué)[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)學(xué)院出版社，1990

[2]姬長(zhǎng)生.我國(guó)露天煤礦開(kāi)采工藝發(fā)展?fàn)顩r綜述[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2008，25（3）：297-300