露天煤矿边坡变形监测技术研究`

露天煤矿边坡变形监测技术研究`

李敬国1李春林2刘宝华3

1、2中电投白音华煤电公司内蒙古锡林郭勒026200；3阜新市发展和改革委员会辽宁阜新123000

摘要：本文根据白音华三号矿边坡滑（移）动监测的实践，总结出较深露天矿边坡监测方法；用计算机进行监测数据处理并绘制出各种变形曲线图；由多次已经发生的边坡滑（移）动实践（兼有滑坡规律），初步探讨出露天矿边坡滑（移）动的普遍规律性。

关键词：露天煤矿；边坡；监测

引言

通过对白音华三号露天矿边坡岩移监测的实践，分析了露天矿边坡监测方法。用计算机进行监测数据处理并绘制出各种变形曲线图；对露天矿边坡滑坡普遍规律性初步探讨。由于露天采矿形成采场，使得该地层自然压力的平衡遭到破坏。在一定的条件下，容易诱发产生边坡滑坡。露天矿滑坡严重地影响着露天采矿生产和人员的安全。因此，用科学的边坡滑坡监测方法，利用计算机处理监测数据并绘制各种变形曲线图，总结滑坡与外界条件及变形值的有机关系，寻找边坡滑坡的客观规律，逐步做到滑坡预报，对于露天矿生产和安全，提高经济效益和社会效益有着极其重要的意义。

白音华三号露天煤矿设计开采面积为51.38km2，主要开采煤层为2煤组和3煤组，共有5个主采煤层，2-1上、2-1中、2-1下、3-1、3-3煤层，平均厚度依次为3.80m、7.55m、4.75m、18.77m、6.66m。占总煤量为94％，其中的三个代表层，分别为2-1中、3-1和3-3煤层，占总煤量的71％。设计资源/储量为1432.89Mt，可采储量1375.57Mt，生产能力每年14.0Mt，平均剥采比4.38m3/t，服务年限89年，总投资265108.81万元，生产已初具规模.伴随着采矿活动，露天矿边坡滑坡频繁，尤其二、三标段滑坡严重，清邦减重增加大量的剥离量，使基建投资加大，纵观白音华三号露天矿边坡的现状，边坡布置观测网，设置观测站。

1.观测方法

1.1滑坡观测线（点）的建点

根据已经发生的滑坡实践及其理论分析，我们在采场南帮及东西两端帮及北帮共布设了21条观测线（点）（见图1）。观测线长300～450m之间，观测线布置间距一般为100m。控制点及观测点的标桩结构分为钢管、元钢等几种类型，外套PVC白色塑料管为混凝土模具，外涂红、白相间油漆，标志。非常直观醒目，便于寻找。

1.2观测方法

使用经过检核合格后的全站仪进行连测，在观测站全部测点埋设10～15天后进行观测，按“煤矿测量手册”、“煤矿测量规程”的要求，采用5″经纬仪导线与矿区GPS#B27、#B40等三角点联测，最终求其观测网控制点及观测点的三度坐标X、Y、Z（H）。使用电子速测仪（全站仪）对观测网进行观测，大大提高观测效率，该仪器有电子经纬仪，光电测距仪，数据记录器或数据终端组成。具有测角、测距、自动记录和计算的功能，具有精度高、数据稳定可靠、自动分析和输出的功能。

为比较边坡滑动前后变化，确定滑体形状大小，在滑坡后绘制1：1000滑坡区平面图，在图上应表示滑动裂缝位置、凸起和凹下等变形发生的位置及有关测量数据。

2.实施观测

2.1观测内容

预测：预测的目的是发现边坡何时开始滑动，可根据季节和观测线具体情况每7～30天进行一次观测，当观测点下沉大于30mm时，即为滑动开始。

滑动期观测：滑动期观测一般每月观测一次，在滑动速度快、变形大的情况下，应缩短观测时间，活跃期7天观测一次，以便全面掌握和研究滑坡规律。

2.2资料整理

首先建立三维假定坐标系统：

W轴------------沿铅垂线方向

X′轴-----------沿观测线方向

Y′轴-----------沿观测线方向

①填写观测点的平面坐标及高程表

②填写观测点水平距离表

③按观测线计算测点下沉W值和下沉速度。

V值

Wn=Hn-Hon

（mm/昼）

式中：Hon，Hn-------分别为n点滑动前后的高程

-------为n号点在数值面内两次观测分量之差

--------为n号点两次观测时间间隔差。

①测点的水平移动v和点间水平变形

～n+1（mm/m）

②测点在垂直面内的移动向量W

③测点在平面的移动向量V

④应绘制观测线垂直下沉曲线图

⑤观测点水平移动与水平变形的曲线图

3.应用实践

3.1滑坡发生前的客观条件

白音华三号露天矿显著滑坡的发生条件有如下共性：

发生在雨季（大雨当中或大雨过后）；

发生在断层处或软岩层处（如页岩）；

滑坡前均出现与边坡走向近于平行的裂缝（大的裂缝宽达300～400mm）；

边坡点变形大，且速度快，空间变形达400～500mm，变形速度达300～500mm/天。

3.2对滑坡发生的理论分析

滑坡与时间因素有密切关系，边坡暴露时间越长，由于各种因素影响的积累，使边坡越来越不稳定，超过一定限度，就会发生滑坡。

对白音华三号露天矿滑坡的实测资料分析表明：滑坡都是发生在顺层边坡的剪切性破坏。这里的岩体中存在着抗剪强度较低的弱层面（如页岩），而且朝向采场（即顺层边坡），当弱层面上部岩体的自重和其他外部负荷所构成的下滑力超过沿弱层面的抗滑力时，上部岩体将沿此弱层面，向下滑（移）动，即形成滑坡。特别是在雨季，由于大量雨水在岩体裂隙中流动并形成一定的水位，产生水压，成为附加载荷作用于边帮上，改变了边坡岩体的受力状态，加之流水在某些弱层面的溶解和冲刷作用及其浮力作用，都将降低边坡岩体的稳定程度。

3.3滑坡因素分析

从白音华三号露天矿滑坡观测站观测工作中，不断的深入现场观看，滑坡之动态变化，总结影响滑坡因素：

采场剥离和开采的强度系影响滑坡的第一因素，如三号矿南帮（非工作帮）。各标段除三标南帮以外各标段滑坡均比较严重，而当时三标已停止剥离，矿坑内有积水，其南帮地面观测点比较稳定，后来三标段开始生产剥离，结果南帮地面观测点开始迅速下沉和移动，滑坡开始，业已形成连续错落的倒台阶，景象可观。

地面降水也是影响三号矿坑滑坡之重要因素，今年降雨量大，排土场流下的水，南帮地表水，缓慢的沉入地下，值得提出的是，三号矿9月份之前没有建设排水沟，导致积水缓慢沉入地下，并且含水层的水也流入矿坑，业已构成了滑坡的润滑剂。

从地质水文条件来分析，地下水层，露天剥离开采形成了降落漏斗，工作帮外围有疏干井，而非工作帮（南帮）没有疏干排水设施，含水层的水流入矿坑过程中，由于滑床的土质问题，很快的产生大量的水下渗之现象。

从地质条件来看，白音华三号露天矿岩层：为细沙粘土层，泥岩层，地质软岩比例大，利于滑坡，煤层，岩层的向北倾斜也造成同时也造成了滑坡的重要条件。

4滑坡预报方法研究

4.1滑坡过程

滑坡从早期征兆出现到滑坡完成，经历着三个时期，即初始期、恒速度滑动期和加速滑动期。

4.2预报内容

滑坡预报包括三部分内容（三要素）：滑坡位置（范围）、滑坡形态（类型）和滑坡发生时间。从边坡管理角度，滑坡预报又分为：

长期预报（几个月至几年），侧重宏观掌握边坡稳定状态；

短期预报（几天至一、二个月），认真做好监测及其它工作并采取相应的安全措施；临时预报（几个小时到1～2天），采取安全措施；上述三种预报，以短期预报和临时预报最为重要。

4.3预报方法

由以上分析可以看出，影响滑坡的因素是复杂的、综合性的，因此滑坡预报也只能采取（至少目前是这样）综合的概率统计的定性预报法，我们可以利用回归分析原理，通过对时间位移曲线的观察，对加速变形阶段的监测点数据采用幂级数回归的二次曲线方程去拟合观测点图。回归分析建立的前提条件是：监测点位移一定是进入加速阶段中后期，采用如下的幂级数回归二次曲线去拟合

Y=a0+a1x+a2x2

式中：a0、a1、a2为待定系数。采用最小二乘法原理及求极值的法则，解出待定系数。

结束语

影响滑坡的因素是复杂的、综合性的，利用回归模型进行滑坡预报，采取综合的概率统计的定性预报法时，要综合考虑边坡岩体内有断层，且存在弱层面；连降大雨过程中或大雨过后；露天开采边坡周边原始地面下沉量较大区域。