平煤西露天矿边坡监测的系统应用分析

控制管理

文章编号:1008-0570(2010)12-3-0056-03

《微计算机信息》(管控一体化)2010年第26卷第12-3期

平煤西露天矿边坡监测的系统应用分析

Applicationofslopemonitoringsysteminpingzhuangwestsurfacemine

(辽宁工程技术大学)

李阳曹兰柱

LIYangCAOLan-zhu

摘要:针对复杂地质条件和水文条件边坡变形进行监测系统应用研究,应用边坡岩移监测和应力监测两种手段对边坡施行

实时监测,分析位移、应力变化曲线,对边坡变形进行判别,建立了反映边坡变形规律且满足一定精度要求的监测系统。本文结合平煤西露天矿边坡实例,对滑坡区域的长期监测资料进行分析和总结,提出了依据位移—时间曲线和应力—时间曲线预报滑坡的方法。为露天矿边坡监测系统做出合理滑坡预报提供了理论依据。关键词:监测系统;滑坡预报;边坡工程

文献标识码:A中图分类号:TD824

技

术创新

Abstract:Thepaperaccordingtothemonitoringsystem'sapplicationresearchinslopedeformationwithcomplexgeologicalandhy-drologicalconditions,usetherockmovementandstressmonitoringinreal-timemonitoringinordertoanalysisthechangecurvewithdisplacementandstressandthedeformationinslope.Atlastbuiltupaaccuatemonitoringsystemreflecttheeformationinslope.Thepracticalexampleinthepapermakeananalysisandsummarywiththelong-termmonitoringdataoflandslidearea.Themethodputforwardbaseondisplacement-timegraphandstress-timegraphmakeatheoreticalbasisforthereasonablelandslidepredictioninopenpitmonitoringsystem.

Keywords:MonitoringSystem;Landslideprediction;slopeengineering

1引言

平能西露天矿顶帮自1997年初开始执行560收口方案,至

2位移监测基本原理及方法

2.1位移监测原理

边坡岩体的位移,直接反映边坡岩体的移动范围、移动量的大小、移动的速度和应力场演变规律,同时也反映边坡的稳定程度。边坡受到力的作用从变形到最终破坏,通常要经历一个相当长的演化过程。边坡失稳的发展过程,往往伴随着一系列边坡地表、地下的宏观与微观变形现象,包括边坡地表的位移、地面裂

缝的出现和发展、地下滑动面的形成等。根据边坡岩体的移动范围、移动量的大小、移动的速度快慢能够直观的反映边坡的发展和变形规律。由于获得的是滑体位移形变的直观信息,特别是位移形变信息,往往成为预测预报的主要依据之一。

2007年9月452以上平盘基本到界。452水平至512、524水平之间边坡角超过40°。随着露天采场开拓延深,同时受深部井工采动等影响,顶帮岩体产生卸荷裂隙,同时原生构造、断层和节理等发生扩展、贯通,形成贯通裂缝,并产生位移。特别是轴线凸边坡岩体节理、裂隙发育,在边坡表面可以直接观察到多条宽

度、落差不等的裂缝。随着平庄西露天矿深部横采内排方案的实施,同时又受到五家四井地下开采的影响,顶帮边坡的稳定性研究显得尤为重要。因此于2007年9月开始根据需要共在工作帮布先后设了56个地表位移监测点,定时对其表面的水平位移量及垂直位移量进行观测。这些点一般沿边坡走向或倾向线性布置,既能反映井工和露天开采引起的地面下沉,又能反映井工和露天开采引起的边坡的整体变化规律。

就目前而言,边坡工程常用的监测方法大致可分为变形观测、应力观测和渗流观测三大类。尽管国内外众多学者和采矿工程师都致力于露天矿边坡稳定性及滑坡预测、预报方面的研究,也形成了很多较成熟的理论的方法,然而大多只局限于单一监测方法。本次监测建立了以地面观测点,地下观测孔、边坡应力监测为主要内容的边坡监控网络。针对西露天矿的实际条件,对顶帮边坡岩体在露井联合开采条件下的变形、破坏规律及其稳定性进行深入研究,从而揭示滑坡机理,为合理滑坡防治措施的提出以及确保露天矿安全生产具有重要的理论意义和实用价值。为该矿的安全生产和滑坡灾害预防提供了有力的技术支持。

李阳:在读硕士研究生

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2.2位移监测曲线的生成

(1)由测量人员采用全站仪,定期记录下各监测点的坐标(x,y,z),数据取至0.1mm。考虑到现场复杂的地质条件、水文条件和各种未知因素,如果把x,y,z三个方向的位移变形都考虑进去求得一个形变量,反而可能使各监测点方向混乱,监测结果不能准确反映坡体的位移变化。因此,我们把坡体形变分为水平和垂直两个方向进行观察。根据现场各监测点的实际情况,分析该点的主要移动趋势,来判断其位移是以水平为主还是垂直为主。既方便数据分析,又有利于准确判断坡体位移情况。进行观测时,设首次观测P点的坐标为(Xp0,Yp0,Zp0),第i次观测点P的坐标为(Xpi,Ypi,Zpi),则P点的变形移动值为=Xpi-Xp0;=Ypi-Yp0;

=Zpi-Zp0。此时P点的水平变形位移值水平=,

。根据计算的结果制成格式一定的excel表格,以垂直=

便于下一步自动生成位移曲线。(如表1)(2)边坡位移监测曲线能够更直观的反映边坡的发展和变形规律,而传统的绘图方式精度差、效率低。为了提高绘图的精度及效率,我们基于内嵌于

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通过建立应力变化与滑坡过程的关系,结合岩移监测实现准确的滑坡预报。

边坡应力远程监测方法的基本原理是:首先给边坡施加一个预应力参加到边坡的应力平衡中(如图3),由于施于边坡的预应力属抗滑力,当边坡内应力产生有利于滑坡的变化时,通过观察预应力的变化,对边坡的稳定做出判断和预报。

监控系统主要由两大部分构成:一部分是智能传感、采集、发射系统,该部分用于安装到监测现场,可将现场锚索等应力数据自动采集、自动发射到接收分析系统;另一部分是智能接收分析系统,该部分可将现场发来的数据自动接收并处理形成动态监测曲线和监测预警曲线(如图4),根据监测预警曲线判断监控对象的稳定状态。

AutoCAD的VBA语言二次开发出了位移监测曲线自动生成系统。只要把监测数据按一定的格式输入到外部数据文件中,利用该系统就可自动生成曲线,大大提高了监测数据的处理速度,提高了绘图精度及质量。(如图1、图2)

表1mj20-1位移监测数据

4曲线分析和滑坡预警

4.1监控预警模式

根据对平煤西露天矿监测数据的分析,把监测曲线分为以下两种模式:

图1mj20-1水平移动分量曲线

(1)稳定模式。该模式监测曲线与警戒线没有交点,监测曲线总体没有与警戒线相交的趋势(见图5)。

(2)滑坡模式。该模式监测曲线总体存在与警戒线相交的趋势,监测曲线与警戒线最终产生交点,交点位置对应横坐标即是监测预警时间,当监测曲线超过警戒线达到某一值后,边坡发生滑坡破坏(见图6)。

技术创新

图2mj20-1垂直移动分量曲线

3应力监测基本原理及方法

图5稳定模式监控曲线特征

图6滑坡模式监控曲线特征

图3边坡监测点剖面图

4.2两种监测曲线分析结果对比

在应用合理的理论和方法分别分析两种曲线之后,再将两种监测曲线对照和比较,势必能够做出更准确的滑坡预报。西露天矿工作帮西北边坡3700剖面附近在07年1月份发生滑坡。我们根据设在3700剖面线和464平盘交点处的MJ37–1监测点记录下的滑坡过程中两种监测曲线的变化,做出了合理的滑坡预报。

图7为MJ37-1监测点远程应力监控与位移监测对比曲线。根据应力监控预警准则,当摄动力监控值达到初始值的3倍

图4监测点应力变化曲线

以滑体、滑床和监控锚索相互作用力学原理为理论基础,提出滑体和滑床相对运动状态的应力监测原理,给出滑动力与监控预紧力的关系。在滑坡发生前,边坡岩体内应力会连续发生变化,在滑动力大于抗滑力后,边坡岩体会发生变形和滑动。从本质上讲滑坡是边坡应力平衡—失衡—新的平衡的过程,通常要经历相当长的时间。边坡岩移监测虽然能够直观的反映滑坡的整体趋势,但单一的只从“现象监测”很难把握精确的滑坡时间。本次监测引入中国矿大研发的“边坡应力远程智能监测系统”,

即发出滑坡预警,曲线到达点D后进行了预警,从位移曲线及现场看到达点D时,垂直位移变化速度开始加快,地表出现不连续裂纹。当滑动力曲线到达点E时,应力变化明显加快。现场观察地表的不连续裂纹开始贯通,从位移曲线上可以看出发生位移且速度较快,监测点的位移监控曲线形态特征也构成滑坡模式。当滑动力曲线到达点F时,滑坡体发生滑动,其裂缝平均宽度为

0.30m,落差为0.33m。当滑动力曲线到达点G时,裂缝平均宽度为0.50m,落差为0.86m,滑落体掩埋监测设备,监测结束。虽然两条曲线不完全吻合,但是可以清晰的看出共同趋势,并能找

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到共同的预警点E。滑坡预警时间比实际滑坡时间提前两周,生产企业根据预警情况及时调整生产计划,最大限度的避免了滑坡给生产造成的不良影响。

《微计算机信息》(管控一体化)2010年第26卷第12-3期

(LiaoningTechnologyUniversity,Fuxin123000,China)LIYangCAOLan-zhu

通讯地址:(123000辽宁阜新辽宁工程技术大学资源与环境工程学院)李阳

(收稿日期:2010.05.05)(修稿日期:2010.08.05)

图7工作帮边坡MJ37-1点应力监控曲线与位移曲线对比图

(上接第196页)

min_SeqSup=2时,MS_Prefixspan算法(思路2)的运行时间要稍大于另外两个算法,这是因为大多数剪枝判断不满足剪枝条件,这些额外的剪枝判断反而增加了算法的整体时间。由此可知,只有当大多数剪枝判断可以进行剪枝时,剪枝技术才能有效地减少

算法的整体运行时间。

5结论

(1)本次采用位移与应力相结合的边坡智能监测系统不同于传统的单一方法监测,通过监测边坡平衡———失衡过程中的

位移、应力变化进行滑坡预报。具有实时性、远程性、超前性、准确性的特点。以往边坡监测对滑坡预报的局限性大大降低。系统实现自动化,智能化,监测结果直观、准确、便于分析,使边坡监

6结论

本文在传统序列模式概念的基础上,通过添加多序列约束,提出了多序列环境下的多序列模式的概念,并实现了在多序列环境中挖掘多序列模式的算法MS_Prefixspan算法,多序列约束的引入能够让用户表达更复杂的需求,能够让挖掘结果集中于那些能够体现序列间关联的模式。基于多序列约束的剪枝技术能够有效地提高算法的时间性能。

本文作者创新点:在传统序列模式概念的基础上,增加多序列约束提出了多序列环境下的多序列模式概念,并且提出了基于多序列约束的剪枝技术,有效的提高了算法的性能。

技术创新

测工作变得十分简单明了。

(2)针对复杂的地质条件和水文条件边坡的监测系统研究,应用边坡岩移和岩应力两种监测手段相结合对边坡施行实时监测,

分析滑坡与位移、应力变化的关系。对监测结果详细分析为露天矿边坡监测系统做出合理滑坡预报提供了理论依据。缓解了西露天矿的边坡问题,对边坡稳定性有更准确判断,采取有效措施避免滑坡或减少滑坡损失。保证边坡的稳定性与其作业的安全性,提高了经济效益。对西露天矿边坡监测方法具有指导意义。这一系统的推广应用必然为人类减少滑坡灾害做出贡献。

(3)人工监测有受人为因素影响,测量精度低、不系统、不能全天24h监测等缺点,而且有时还具有一定的危险性。为改变这一情况,可以改用自动全站仪记录位移监测数据。参考文献

[1]李天斌,陈明东,王兰生.滑坡实时跟踪预报[M].成都:成都科技大学出版社,1999

[2]薛应东,肖石等.平庄西露天矿边坡应力远程智能监测系统的研发及应用[J].露天采矿技术,2008

[3]刘汉东.边坡失稳时预报理论与方法[M].郑州:黄河水利出版社,1996

[4]何满潮.滑坡地质灾害远程监测预报系统及其工程应用[J].岩石力学与工程学报,2009

[5]杜宇飞.郑明新等监测技术在边坡稳定性评价中的应用[J].华东交通大学学报,2006

[6]夏元友,闫冬梅,申翃,周新强.基于Web的三峡库区边坡稳定性评价决策系统的研制与开发[J].微计算机信息,2006

作者简介:李阳(1982—),男,内蒙古赤峰市人,辽宁工程技术大学,硕士研究生在读,研究方向:露天采矿工程,露天矿边坡稳定研究;曹兰柱(1962—),男,内蒙古四子王旗人,辽宁工程技术大学,博士生导师,教授,研究方向:露天采矿工程,露天矿边坡稳定研究。Biography:LIYang(1982—),male,chifenginneimengguProvince,LiaoningTechnologyUniversity,graduatestudentsinreading,researcharea:Openminingengineering,surfaceminestabilitystudies.

(123000辽宁阜新辽宁工程技术大学资源与环境工程学院)

李阳曹兰柱

-58-360元/年邮局订阅号：82-946

参考文献

[1]Agrawal,R.andSrikant,R.,“MiningSequentialPatterns,”in

lConf.onDataEngineering.1995,p3-14Proc.ofthe11thInt’

[2]J.T.Lee,Huei-WenWu,Tzu-YuLeeetal..Miningclosedpatternsinmulti-sequencetime-seriesdatabases[J].Data&KnowledgeEngineering,200968:p1071-1090

[3]GongChen,XindongWu,XingquanZhu.MiningSequentialPatternsacrossTimeSequences[J].NewGenerationComputing,2008,26:p75-96

[4]PeiJian,HanJiawei.MiningSequentialPatternsbyPatter-growth:ThePrefixSpanApproach[J].IEEETransactionsonKnowledgeandDataEngineering,2004,6(10):p1-17

[5]JiaweiHan,MichelineKamber.数据挖掘:概念与技术(英文版.第2版)[M]北京:机械工业出版社,2006

[6]黄小红,陈丽华等.多属性约束事件序列的关联规则挖掘方法[J].微计算机信息.2009,1-3:p187-188

作者简介:宁朝波(1983-),男,广西钦州人,硕士研究生,研究方向:智能系统与智能CAD技术;秦亮曦(1963-),男,广西灵川人,教授,研究方向:数据挖掘、进化计算;张恺(1983-),男,河南开封人,硕士研究生,研究方向:人工智能技术。

Biography:NINGChao-bo(1983-),male,GuangxiProvince,graduatestudentofGuangxiUniversity,Researcharea:IntelligentSystemsandIntelligentCADTechnology.

(530004广西南宁广西大学计算机与电子信息学院)宁朝波

秦亮曦张恺

(SchoolofComputer,ElectronicsandInformation,GuangxiUniversity,Nanning530004,China)NINGChao-boQINLiang-xiZHANGKai

通讯地址:(530004广西南宁市大学路100号广西大学西校园A276信箱)宁朝波

(收稿日期:2010.04.26)(修稿日期:2010.07.26)

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