边坡稳定性监测预警技术研究与应用.pdf

*基金项目:国家重点研发计划项目(2 0 2 0 Y F C 1 9 0 9 2 0 5).边坡稳定性监测预警技术研究与应用*兰晓平1,欧阳波1,覃美满2,3,董培林2,3,张翼翔2,3,马永超4(1.湖南瑶岗仙矿业有限责任公司,湖南 郴州市 4 2 3 0 0 0;2.长沙矿山研究院有限责任公司,湖南 长沙 4 1 0 0 1 2;3.金属矿山安全技术国家重点实验室,湖南 长沙 4 1 0 0 1 2;4.赤峰中色白音诺尔矿业有限公司,内蒙古 赤峰市 0 2 4 0 0 0)摘 要:针对湖南某钨矿露天边坡稳定性的评估以及监测预警过程繁琐且系统维护升级困难等问题,建立了一套B/S架构下边坡在线监测预警系统,并对该系统应用的结构框架与监测成果进行了阐述分析。应用结果表明:系统每间隔1 0m i n的数据传输实现了对威胁边坡稳定性的各项指标的动态监测;根据预先设定的预警阈值可准确判断当前边坡的稳定状态,并可对将要发生的边坡灾害发出预警;克服了传统C/S架构下系统设计存在的局限与弊端,体现了B/S架构下边坡在线监测预警系统应用的优越性。关键词:B/S架构;边坡稳定性;监测预警;预警阀值0 引言边坡问题作为露天矿山安全生产的重点,一直都是矿山经营管理人员时刻关注的热点,倘若防范与治理不当,将会给矿区作业人员和生产设备造成极大的安全隐患。随着矿山开采规模的逐渐增大,边坡安全管理要求也应进一步提高,在监测手段、数据采集、信息储存、命令请求、决策判断和操作执行等方面相较于传统处理方式亟待更新优化1。近些年,诸多学者因互联网技术在信息传输处理方面的优势而将其用于矿山边坡的稳定性监测。例如,张慧君等2依靠V i s u a lS t u d i o.N E T开发环境并结合A r cE n g i n e构建了可实现矿山边坡可视化的安全监测系统;代朵等3基于北斗卫星设计并开发了对边坡高自动化的位移监测系统;何维等4运用雷达技术构建出了合成孔径雷达监测系统,实现了对露天采场变形的监测。不过上述监测系统的功能实现需要搭载某一款客户端应用软件,过程繁琐且系统维护升级困难,又或者仅是边坡数据经收集处理后可视化信息的单向传输,无法达到用户与系统之间信息交互反馈的效果。现针对湖南某钨矿露天边坡的稳定性监测设计了一套基于B/S架构的监测预警系统,可以有效克服传统系统应用的不足。1 系统总体设计1.1 网络结构该预警监测系统网络结构如图1所示,矿山管理人员在网页端即可实施操作查阅相关数据;WE B服务器运用S Q L语句处理客户网页端的命令并将其发送至数据库服务器,反馈的数据结果以HTML文本形式传送至客户网页端形成用户界面。其中数据库服务器用于存放关于影响边坡稳定性的监测数据,当接收到来自WE B服务器的边坡业务的请求时,系统对存储数据查询处理并及时反馈结果。在此种结构下,用户仅须通过WE B浏览器浏览网页并完成少部分的业务逻辑,主要业务逻辑在服务器上进行处理。图1 预警监测系统网络结构I S S N1 6 7 1 2 9 0 0C N4 3 1 3 4 7/T D采矿技术 第2 3卷 第3期M i n i n gT e c h n o l o g y,V o l.2 3,N o.32 0 2 3年5月M a y.2 0 2 31.2 系统架构系统宏观上分为信息收集层、数据处理层、客户端应用层,在B/S的架构下用户无须安装应用软件,只须运用WE B浏览器于网页端操作展示,界面简约通用,且拓展维护方便。信息收集层主要通过联通安置在矿山边坡的各式传感器,收集整理边坡各类相关的监测数据,且及时将数据实时更新传输至服务器;云服务器作为信息和命令传输、查询、处理、执行的中枢,调动数据库里面的有效数据回应客户桌面网页端的用户输入,以达到实时监测的效果,系统架构如图2所示。架构中的数据处理层需要根据各种业务逻辑整合各项数据,是该套数据交互系统的核心部分。图2 预警监测系统架构1.3 系统功能系统功能如图3所示,主要分为监测管理、系统及预警管理、历史记录三大板块。图3 监测预警系统功能(1)监测管理。提供边坡各项监测指标的实时监测数据,根据客户端用户选择的测点将边坡上该处当前时间2 4h内的各类数据以实时图表形式显示,供用户参考以及决策分析。(2)系统及预警管理。系统管理人员可实现对账号信息的维护和系统的升级更新,根据生产需要及时添加或者删除系统使用用户的权限,智能分配用户可以查阅的界面和操作的权限。(3)历史记录。该板块记录着边坡以往监测的各项数据,用户具有使用该功能的权限后可以在线选择具体的测点、时间区段将统计到的历史数据以图表形式展示后查阅并导出,该项功能为被监测矿山边坡的稳定性研究提供了重要的参考依据。2 现场应用2.1 边坡概况及监测布置湖南某钨矿矿床类型主要为石英脉型钨矿,矿山分布于山丘地形之中,海拔1 6 9 1m,相对高度一千多米,位于华南陆台湘赣加里东复活区中部边缘,属于南岭东西褶皱带5。出露的地层包括寒武系()变质石英砂岩、泥盆系跳马涧组(D2t)中厚层滨海相砂岩、棋子桥组(D2q)灰岩夹细碎屑岩,其中寒武系变质石英砂岩和泥盆系跳马涧组砂岩为岩体的主要直接围岩6。随着矿床的进一步开采,露采的区域北部边帮不断扩展,已经形成了较大规模不可忽视的边坡,已知地层倾向与坡向一致,为顺层滑坡。滑坡 区 平 面 呈 舌 状,边 坡 后 缘 高 程 约 为1 5 2 0m,前缘高程约为1 4 7 3m,边坡潜在滑坡区域面积为1.2 2k m2。为及时动态掌握矿山边坡的变形状况,特将此系统运用于矿山边坡状态的监测,以保障矿山正常作业和人员设备的安全。其中监测基准点位于主边坡的西南方位,并在边坡上设置6 2 4平台、6 3 6 1平台、6 3 6 2平台、6 4 8平台、6 6 0平台,每个平台代表一个监测区域,用户可通过网页端界面访问查阅每处传感器的表面位移、内部沉降、雨量、水位等监测数据。2.2 预警指标及级别综合考虑众多诱发边坡滑坡灾害的监测指标,根据矿山边坡各个区域的力学计算和相关规范制定了各个监测点多类监测数据的预警阈值,且设置了相对应的蓝色预警、黄色预警、橙色预警、红色预警的预警级别,其中蓝色预警级别为历史正常监测数据的上限,时常变动故不设置预警阈值,而黄色、橙色、红色是理论上可能发生边坡灾害的数据值,红色为最高预警级别,危险程度最大。某处传感器预警阈值设置见图4。59兰晓平,等:边坡稳定性监测预警技术研究与应用图4 某处传感器预警阈值设置由于传感器在边坡中地理位置的差异,图4中数值仅表示边坡区域内某一处传感器预警阈值设置信息,权限管理人员还需要在系统界面中选择其他区域的传感器,根据实际确定预警级别并设置每个级别的数据值。该功能确保了传感器监测数据在大于或等于设置的某个级别的临界值时,系统将会根据预警级别及时发出不同的报警信息。工作人员可通过降低预警阈值引起系统报警来检验和测试系统当前的可靠程度,以保障该应用安全精准预警的效果。2.3 监测成果分析通过现场调研,发现露天矿山边坡滑坡皆是由于各种原因改变了边坡自身受力状况,即下滑力大于抗滑力,最终导致边坡失稳。相对于其他监测数据,边坡表面位移才能够刻画此类宏观变化,故此处主要通过观察边坡表面位移判断当前边坡的稳定状态,这也与常鑫等7验证的边坡位移分析法可行性相符合,其他类型监测数据起辅助判断作用。图5与图6是位于边坡6 3 6 2平台处边坡表面水平位移和竖向位移变化图。从图5、图6可知:(1)该处表面水平位移和竖向位移均被实时监测,每1 0m i n更新一次数据;(2)6 3 6 2平台处表面水平位移在9月2 2日无变化波动或者变化波动很小,而竖向位移则存在明显的波动,如图7所示,进一步访问得知此刻竖向位移波动值为+0.0 9mm;(3)此时间段内位移变化均远离警戒线,位移量与警戒值相差太大,所以图表上的曲线看起来近似直线,此处边坡处于稳定状态。图5 6 3 6 2平台表面水平位移变化图6 6 3 6 2平台表面竖向位移变化图7 6 3 6 2平台表面瞬时竖向位移 在系统实际运作过程之中,需要综合6 2 4平台、6 3 6 1平台、6 3 6 2平台、6 4 8平台、6 6 0平台多处数据全面判断当前边坡的状态,由此避免凭借单一区域监测数据产生误判的情形。该系统应用的各项指标的预警阈值也不是固定的,彼此相互影响而产生些许变动,如雨量的变化会影响水位、浸润线的阈值设置,工作人员需要对类似状况作出及时调整。此外客户端用户还可根据自己的工作需求从条件输入框里选择开始、结束时间、传感器名称等查询所有历史监测数据,用户可选择以表格或图像的形式导69采矿技术2 0 2 3,2 3(3)出数据供矿山管理人员参考分析和决策。4 结论(1)此套基于B/S架构下的监测预警系统已运用于湖南某钨矿边坡稳定性的监测预警工作中,实践表明,该系统可将各类数据经云端服务器准确同步传输至网页端界面,以达到实时监测的效果,并对超越警戒阈值的数据或者异常数据给予预警,显著提高了边坡灾害的预控防治水平。(2)该套系统无须安装客户端,克服了C/S架构下的系统只适用于局域网、升级维护成本高、操作流程繁琐、信息无法交互共享的弊端,对其他矿山边坡的智能化监测预警有一定的借鉴意义。参考文献:1 忠鑫,孙鑫,曾祥玉,等.我国露天煤矿智能化建设现状及困境与发展路径J.露天采矿技术,2 0 2 2,3 7(0 3):1-7.2张慧君,黄铭,白崇宇,等.基于V i s u a l S t u d i o平台构建矿山边坡安全监测系统J.工程与建设,2 0 1 3,2 7(0 3):2 9 3-2 9 6.3代朵,卢才武,顾清华,等.露天矿边坡北斗卫星位移监测系统设计与实现J.金属矿山,2 0 1 5(0 9):1 1 2-1 1 5.4何维,林永春,李永昌.拖车式合成孔径边坡雷达监测站在金属露天矿山边坡监测预警中的应用J.中国安全生产科学技术,2 0 2 2,1 8(S 1):9 9-1 0 3.5何茜.郴州市瑶岗仙钨矿采矿对生态环境的影响及生态恢复技术研究D.长沙:湖南农业大学,2 0 1 5.6祝新友,王艳丽,程细音,等.湖南瑶岗仙石英脉型钨矿床成矿系统J.矿床地质,2 0 1 5,3 4(0 5):8 7 4-8 9 4.7常鑫,刘树新.基于露天边坡力学参数的位移反分析研究J.中国煤炭,2 0 1 8,4 4(1 2):3 6-4 0.(收稿日期:2 0 2 2-1 0-1 3)作者简介:兰晓平(1 9 8 5),男,宁夏彭阳人,高级工程师,主要从事矿山安全、生产技术等管理工作,E-m a i l:l x p l h y1 6 3.c o m。通信作者:覃美满(2 0 0 0),男,湖北利川人,硕士研究生,主要从 事 数 字 矿 山 及 计 算 机 应 用 方 面 的 研 究,E-m a i l:2 6 6 7 1 2 6 7 3 2 q q.c o m。79兰晓平,等:边坡稳定性监测预警技术研究与应用