魯成偉

(貴州磷化集團(tuán)有限責(zé)任公司，貴州 貴陽(yáng) 550000)

0 引 言

受自然災(zāi)害以及各類(lèi)因素影響，露天礦山極易發(fā)生崩塌、滑坡以及斜坡崩塌的危險(xiǎn)。與此同時(shí)，伴隨開(kāi)采作業(yè)深度增加，露天礦邊坡垂直高度會(huì)變得不穩(wěn)定和陡峭，甚至?xí){作業(yè)人員生命安全，很大程度上會(huì)對(duì)露天礦場(chǎng)的開(kāi)采安全造成威脅，影響其后續(xù)開(kāi)采工作。由此可見(jiàn)，對(duì)露天礦邊坡安全監(jiān)測(cè)工作是刻不容緩的，目前測(cè)繪技術(shù)不斷發(fā)展，當(dāng)前常用的露天礦邊坡安全監(jiān)測(cè)的問(wèn)題主要運(yùn)用以下3種技術(shù)來(lái)解決：三維激光掃描、測(cè)量機(jī)器人以及GNSS技術(shù)等。

1 露天礦安全問(wèn)題

露天采礦場(chǎng)的邊坡組成復(fù)雜，由于采礦作業(yè)的不斷推進(jìn)，各組成部分之間常常處于動(dòng)態(tài)變化之中，確保作業(yè)的安全性即是保證邊坡的穩(wěn)定性，而影響邊坡安全性的具體因素有以下幾個(gè)方面。

1.1 外部因素

1.1.1 振動(dòng)影響

施工設(shè)備在作業(yè)中會(huì)產(chǎn)生運(yùn)行振動(dòng)、地質(zhì)振動(dòng)以及爆破礦場(chǎng)的振動(dòng)都是露天礦邊坡受到的振動(dòng)因素。振動(dòng)之所以會(huì)影響露天礦邊坡的安全性是因?yàn)槠湓趲r體中傳導(dǎo)時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量縱向形態(tài)的振動(dòng)波，偶爾也會(huì)有橫向形態(tài)的，這類(lèi)振動(dòng)波會(huì)促使邊坡中的飽水砂土進(jìn)行液化反應(yīng)，將砂土擠出巖石裂縫，從而使邊坡發(fā)生變形，臺(tái)階失穩(wěn)，影響其安全性。

1.1.2 技術(shù)因素

邊坡穩(wěn)定性還受到相關(guān)技術(shù)人員對(duì)露天礦開(kāi)采的技術(shù)要點(diǎn)的掌握情況的影響，其中的技術(shù)要點(diǎn)包括回采順序、工作面推進(jìn)模式選擇、邊坡角度控制以及爆破技術(shù)運(yùn)用和邊坡臺(tái)階組成等，任何一個(gè)環(huán)節(jié)的紕漏都會(huì)影響到整個(gè)作業(yè)的安全性。

1.1.3 施工管理因素

露天礦邊坡的維護(hù)管理離不開(kāi)施工管理單位的重點(diǎn)監(jiān)督管理，但仍然有部分施工單位缺乏足夠重視，致使違規(guī)操作現(xiàn)象出現(xiàn)在某些施工環(huán)節(jié)中，影響邊坡的安全性。

1.1.4 自然環(huán)境因素

在受到惡劣極端天氣影響，例如強(qiáng)降雨的環(huán)境下，露天礦山是極易發(fā)生山體滑坡現(xiàn)象的。同時(shí)由于礦山邊坡土質(zhì)常常以粘性土巖為主的特點(diǎn)，致使其在大量吸水膨脹后削弱了主體強(qiáng)度，在自身重力作用下也會(huì)發(fā)生自由滑動(dòng)現(xiàn)象。因而，直接影響到邊坡巖體的穩(wěn)定性和安全性。

1.2 內(nèi)部影響因素

邊坡的穩(wěn)定性直接受到露天礦山的實(shí)際地質(zhì)分布情況以及山體巖石的力學(xué)性質(zhì)的影響，一般情況下，邊坡的穩(wěn)定性與巖石的硬度成正比，因此在山體巖層為灰?guī)r、砂質(zhì)巖或泥巖較容易發(fā)生邊坡崩塌的現(xiàn)象。此外，邊坡巖體的特性受到其結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)的影響，也會(huì)直接作用于邊坡的穩(wěn)定性。

2 邊坡安全監(jiān)測(cè)的重要性

隨著采礦業(yè)的大力發(fā)展，安全生產(chǎn)問(wèn)題日益凸顯。推動(dòng)了國(guó)家新安全法的出臺(tái)，其中重點(diǎn)要求：生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)單位要重視對(duì)相關(guān)安全生產(chǎn)的法律、法規(guī)的遵守，重視對(duì)安全生產(chǎn)的管理工作，積極構(gòu)建安全生產(chǎn)責(zé)任制及其規(guī)章制度，完善安全生產(chǎn)條件，推進(jìn)安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，提升安全生產(chǎn)水平，保障安全生產(chǎn)的有序開(kāi)展。新安全法的出臺(tái)和實(shí)施更促進(jìn)了各級(jí)安監(jiān)部門(mén)相繼出臺(tái)新的政策法規(guī)保障礦山露天邊坡和排土場(chǎng)的管理工作。國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局第67號(hào)令《非煤礦山企業(yè)安全生產(chǎn)十條規(guī)定》第二項(xiàng)第8條及第9條規(guī)定：必須落實(shí)邊坡安全措施；必須按設(shè)計(jì)排土，加強(qiáng)排土場(chǎng)管理。

3 邊坡安全監(jiān)測(cè)的技術(shù)方法

3.1 測(cè)量機(jī)器人技術(shù)

測(cè)量機(jī)器人是智能型的電子全站儀，它可以代替人工對(duì)目標(biāo)進(jìn)行自動(dòng)跟蹤搜索、辨識(shí)和精確找準(zhǔn)，同時(shí)能收集其距離、三維坐標(biāo)以及角度等信息內(nèi)容。因而，測(cè)量機(jī)器人技術(shù)是當(dāng)前測(cè)量?jī)x器制造領(lǐng)域的佼佼者，是集多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)于一體的測(cè)量?jī)x器，利用CC影響傳感器輕松識(shí)別“目標(biāo)”并快速分析推理，自動(dòng)準(zhǔn)確地完成各項(xiàng)操作流程，因而能夠輕松勝出手工操作，并實(shí)現(xiàn)對(duì)其的替代。與此同時(shí)，測(cè)量機(jī)器人還可以與各類(lèi)測(cè)量軟件相結(jié)合，有效替代人工需完成的測(cè)量任務(wù)，例如：分析處理測(cè)量數(shù)據(jù)的軟件、控制測(cè)量過(guò)程的軟件、制定測(cè)量計(jì)劃的軟件等，并可以高效完成各項(xiàng)測(cè)量任務(wù)。

3.2 GNSS監(jiān)測(cè)技術(shù)

GNSS檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于其測(cè)量精度高、自動(dòng)化水平高，將其科學(xué)合理地運(yùn)用于露天礦邊坡穩(wěn)定性的檢測(cè)作業(yè)中，對(duì)邊坡安全性有著積極影響。因此可以有效利用GNSS定位精度高、無(wú)需通視的特點(diǎn)，將其與數(shù)據(jù)無(wú)線遠(yuǎn)程傳輸技術(shù)相結(jié)合，加之監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)化分析處理系統(tǒng)的融合，可構(gòu)建出先進(jìn)的邊坡穩(wěn)定性的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

3.2.1 表面位移監(jiān)測(cè)

表面位移的檢測(cè)系統(tǒng)可采用在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)位移的實(shí)時(shí)情況精準(zhǔn)掌握。其中設(shè)備組成有：天線、GNSS接收機(jī)、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備和防雷設(shè)備等。

3.2.2 雨量監(jiān)測(cè)

利用智能雨量計(jì)掌握實(shí)際降雨量，同時(shí)可分段記錄一天內(nèi)每小時(shí)的降雨量，并對(duì)每日降雨量做具體統(tǒng)計(jì)。

3.2.3 爆破震動(dòng)監(jiān)測(cè)

設(shè)備振動(dòng)和人工爆破產(chǎn)生的振動(dòng)波會(huì)促使地層中產(chǎn)生地震波后發(fā)生反射產(chǎn)生反射波，最終被傳感器接收后并記錄。其中振動(dòng)記錄儀的功能是記錄分析機(jī)械振動(dòng)波、地震波和各類(lèi)沖擊信號(hào)的數(shù)據(jù)，將結(jié)果顯示輸出以及打印和存儲(chǔ)。它是與各類(lèi)傳感器直接相連的，將模擬的電壓量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量后存儲(chǔ)，通過(guò)串行口和移動(dòng)終端設(shè)備，經(jīng)由計(jì)算機(jī)進(jìn)行譜圖顯示、波形顯示和測(cè)試結(jié)果的表格顯示及打印、存盤(pán)等。

3.3 三維激光掃描監(jiān)測(cè)技術(shù)

三維激光掃描檢測(cè)技術(shù)在測(cè)繪領(lǐng)域的應(yīng)用較為廣泛，通常常見(jiàn)于建筑物立面掃描、古建筑物測(cè)繪以及三維建模等，這種監(jiān)測(cè)方法的優(yōu)勢(shì)在于可快速獲取數(shù)據(jù)并有效縮減外業(yè)監(jiān)測(cè)工作量，收集的監(jiān)測(cè)點(diǎn)運(yùn)數(shù)據(jù)信息可達(dá)到mm級(jí)，精確度較高，同時(shí)還可以結(jié)合建模軟件，快速建立起三維模型，并且對(duì)變形過(guò)程可以做動(dòng)態(tài)展示，因此在邊坡的變形量的分析和評(píng)估工作中是極為有利的。

3.4 近景攝影監(jiān)測(cè)技術(shù)

使用高分辨率的數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行近景攝影獲取邊坡數(shù)字立體影像像對(duì)，并使用影像匹配、相對(duì)定向等攝影測(cè)量處理技術(shù)，解析處理后獲得邊坡位置和高程信息，最后可以對(duì)獲得的多個(gè)周期的三維數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)分析，可以更直觀有效的了解邊坡變形的實(shí)際情況。

3.5 其他監(jiān)測(cè)技術(shù)

3.5.1 振弦式傳感器技術(shù)

合理利用遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，在邊坡的相應(yīng)位置埋置傳感器節(jié)點(diǎn)，分節(jié)點(diǎn)在振弦式傳感器作用下獲取數(shù)據(jù)。同時(shí)，分節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)和曲線變化是受到中心檢測(cè)軟件的定時(shí)監(jiān)測(cè)的，可以科學(xué)預(yù)測(cè)報(bào)警。

3.5.2 雷達(dá)干涉技術(shù)

邊坡的安全監(jiān)測(cè)也可采用地基干涉雷達(dá)技術(shù)。分析處理有效的檢測(cè)數(shù)據(jù)，并比對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的變形情況，及時(shí)分析總結(jié)相應(yīng)預(yù)警級(jí)別，對(duì)地質(zhì)災(zāi)害隱患做預(yù)警預(yù)報(bào)。這可以大大減少對(duì)邊坡安全性的影響。

4 結(jié) 語(yǔ)

科學(xué)有效的甄別災(zāi)難前兆，并及時(shí)監(jiān)測(cè)出礦場(chǎng)的安全隱患，合理運(yùn)用科學(xué)的監(jiān)測(cè)方法排除露天礦邊坡存在的安全隱患，對(duì)礦業(yè)領(lǐng)域的影響是積極有效的，直接關(guān)系到其經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和工作人員的生命安全。因而，對(duì)邊坡的安全措施的探討要始終保持高度警惕，不斷更新認(rèn)知，并積極投入實(shí)踐檢驗(yàn)，為我國(guó)采礦事業(yè)的蓬勃發(fā)展做出積極努力。