基于北斗系统的矿山地表GPS监测研究

矿山地表形变是一种常见的灾害类型,是在自然因素和人为因素的双重作用下引起矿区周围岩土体应力状态的变化,导致矿山地表岩土体发生垂直升降运动或者水平运动现象,进而引起岩土体弯曲变形、破裂。矿山地表形变具有形变空间分布密集、强度大的特点,矿山地表形变具有缓慢型和突发型两种类型,前者形变周期长,后者形变时间短,对矿山地表形变监测带来了困难。基于此,文章将北斗系统应用于GPS监测系统中,尝试分析了基于北斗系统的GPS监测系统的形变监测效果。实践表明,该技术可以获得更高的监测精度,对矿山地表形变的动态变化规律有着直观的反应,对研究矿山地表形变规律有着重要的促进意义。此外,将北斗系统应用于矿山地表形变监测中,可以显著提高GPS监测系统的监测精度,能够获得实时动态监测数据,且受监测环境的影响较小,能够输出多元化的监测分析成果图件,提高了监测技术的自动化程度。     

井工开采对露井协采边坡的偏态扰动规律研究

结合平朔矿区露井协采工程实践,利用数值模拟方法分析平面条件下井采方向对露井协采边坡变形破坏的影响。研究表明:相对于向坡开采,背坡开采对露井协采边坡岩体扰动更加明显。通过物理相似模拟研究了露井协采覆岩破断过程,基于“岩梁”理论建立力学模型,分析了井采工作面覆岩破断机制和覆岩垮落的偏态性,进而从理论上解释了露井协采边坡受井采扰动的偏态性,并对偏态跨落特性进行了现场应用分析。在露井协采生产实践中,建议井采工作面采用向坡的方向推进,从而降低井工开采对边坡稳定的不利影响,提高煤炭资源回收率。     

官庄铁矿深埋破碎矿体开采岩体变形测试分析

 以大量实测资料为基础,分析官庄铁矿北区深埋破碎厚矿体开采引起的围岩变形和地表移动规律。实测结果表明,官庄铁矿北区地表下沉属于连续下沉,岩层破坏主要是缓慢型破坏。分析过程中,把几种实测分析方法和数值分析法有机结合在一起,形成岩体移动变形综合研究方法,对地下开采引起的岩体移动机制进行具体分析。分析中所采用的实测分析类方法包括蠕变试验分析、地表移动观测分析、围岩变形监测分析、原岩应力量测分析;数值分析类方法包括ANSYS和FLAC。结合官庄铁矿工程实例,通过具体测试分析,探讨深部开采岩体移动变形规律及特点,即深部开采覆岩移动变形具有均匀、整体压缩变形等特点,地表移动连续且周期较长。实践证明,所采用的综合研究方法是分析岩体移动和地表下沉机制的有效途径。     

充填法开采引起地表移动、变形和破坏的过程分析与机理研究

基于地表GPS监测及地下围岩变形破坏的调查取证等大量数据资料,以金川二矿区为例,针对由充填法开采引起的地表移动、变形和破坏的现状,分别对其进行了滞后于开采的分析、对矿山井巷工程安全影响的后效性分析及空间发展过程分析。指出导致金川二矿采用充填法开采引起地表移动、变形和破坏的滞后期长、后效性强烈的原因,如充填支护作用与间断面的摩擦作用等等,并指出矿体采出至充填体充入期间围岩发生的移动、变形和破坏与整个矿山的地表岩移、变形和破坏的关系,所得的结论与现场基本一致,对今后的生产具有一定的指导意义。     

GPS在抚顺西露天矿北帮地面变形监测中的应用

针对抚顺西露天矿北帮的滑坡地质灾害,探讨了GPS全球卫星定位导航系统在该矿边坡变形监测中的应用,介绍了GPS系统的定位原理和特点,阐述了抚顺西露天矿监测网系统的设计方案,并根据测量的初步成果提出了建议,以期确保矿区人民生命财产安全。     

Effect of digital elevation models on monitoring slope displacements in open-pit mine by differential interferometry synthetic aperture radar

Displacement monitoring in open-pit mines is one of the important tasks for safe management of mining processes. Differential interferometric synthetic aperture radar (DInSAR), mounted on an artificial satellite, has the potential to be a cost-effective method for monitoring surface displacements over extensive areas, such as open-pit mines. DInSAR requires the ground surface elevation data in the process of its analysis as a digital elevation model (DEM). However, since the topography of the ground surface in open-pit mines changes largely due to excavations, measurement errors can occur due to insufficient information on the elevation of mining areas. In this paper, effect of different elevation models on the accuracy of the displacement monitoring results by DInSAR is investigated at a limestone quarry. In addition, validity of the DInSAR results using an appropriate DEM is examined by comparing them with the results obtained by global positioning system (GPS) monitoring conducted for three years at the same limestone quarry. It is found that the uncertainty of DEMs induces large errors in the displacement monitoring results if the baseline length of the satellites between the master and the slave data is longer than a few hundred meters. Comparing the monitoring results of DInSAR and GPS, the root mean square error (RMSE) of the discrepancy between the two sets of results is less than 10 mm if an appropriate DEM, considering the excavation processes, is used. It is proven that DInSAR can be applied for monitoring the displacements of mine slopes with centimeter-level accuracy.     

Real-time monitoring instrument designed for the deformation and sliding period of colluvial landslides

A real-time monitoring instrument for colluvial landslides that can capture horizontal displacement during the deformation period of the slope, deep dislocation displacement, accurate depth of the slip surface, and sliding direction during the initial sliding period has been developed. The horizontal displacement monitoring system is a monitoring apparatus assembled in an array based on the MEMS (Micro-Electro-Mechanical System). Horizontal displacement is obtained by integration of the X- and Y-direction angles along the drilling direction, and the sliding direction is simultaneously measured via vector composition of the X- and Y-direction angles obtained from the MEMS sensor. Deep dislocation displacement is calculated based on the relative displacement between the base point embedded in the bedrock and measuring point above the sliding surface, and measurement of relative displacement is executed by an angular displacement sensor fixed on top of the inclinometer tube. The accurate depth measurement of the slip surface is transferred to the judgment about the on-off state of the signal wire. Based on the long-term monitoring of the Yu Jiaba landslide at the Three George dams, an open-pit mine in Inner Mongolia province, and an Anshan open-pit mine, the results reveal that the reliability of the instrument is very high. High accuracy, ability to capture the entire landslide process, large deformation monitoring, autonomous data collection, and reusable characteristics could be implemented.     

井筒地表监测网建立及移动变形规律分析

为监测地下煤炭开采对某矿工业广场主井井筒造成的影响,建立了井筒地面监测系统,布设了由52个监测点和2个基准点组成的变形监测网。本文在介绍井筒监测网的布设方案、观测方法和各期观测成果质量评价结果的基础上,通过移动变形分析,以主井附近地表监测点的移动变形量为例,采用3DMS系统绘制井筒附近地表监测点移动变形过程图,结合地质采矿条件和监测时间,分析了主井附近地表受开采影响的移动变形规律。     

GPS在厂坝露天矿边坡位移监测中的应用

本文结合厂坝露天矿实际,建立了GPS边坡位移监测系统,包括监测点和监测范围的确定、监测网的布设、监测方式与监测周期等等,最后结合现场情况对监测结果进行简要分析。实践表明,GPS监测能够达到矿山边坡变形监测的精度和要求,结果显示边坡整体是安全的,但北帮边坡局部潜在着失稳风险,东帮边坡稳定性比北帮的要高,但仍要加强边坡的安全管理,防止局部滑塌。     

深大型露天煤矿闭坑前后滑坡及地表变形地质灾害分析与防治

分析研究深大型露天煤矿闭坑前后可能发生滑坡、地表变形等地质灾害。以抚顺西露天矿为例,引发灾变的地质背景条件为北帮西区的倾倒滑移体、北帮东区的沉陷滑移体及南帮的顺层层状结构体,而诱发灾害的主导因素为露天采矿特征、采矿形成的最终边坡、井采与露采的复合作用及闭坑后疏干排水停止、水文地质条件的改变对边坡岩体的作用。计算结果表明闭坑最终边坡稳定性将逐渐下降并引发灾变,从而危害城市与企业安全,提出创新露天采矿学科理论、工程技术防治措施、法规制定与监督管理等3条防治对策建议。     

似单差数据处理方法及其在矿区变形监测中的应用研究

介绍了从监测时段的观测值中单历元直接解算监测点变形量的似单差方法 (SSDM方法 ) ,利用某矿区边坡监测的实测数据对SSDM方法的正确性进行了检验 ,总结了该方法的突出特点。     

复杂地质条件下露天矿边坡稳定的相似模型研究

针对东北抚顺西露天矿复杂的地质条件,利用物理模拟方法对岩体开挖、边坡形成过程进行相似模拟,并对全场边坡岩体位移变化跟踪观测。通过对该露天矿在边坡在开采扰动过程中的位移变形进行统计和分析,可较全面地给出边坡岩体在开挖过程中的位移变化规律,基本掌握该露天矿边坡变形破坏模式及其产生的主要原因,从而得出地质构造对边坡破坏的影响模式。     

露天边坡与周边环境安全综合评价方法的研究

露天开挖所引起的岩体抗破坏强度与抗变形刚度是两个方面的问题，两者产生不同的影响。在满足岩体强度的条件下，边坡岩体可能是安全的，但刚度不足或者变形较大，将对周边环境产生破坏作用。对于周边为城市群的老矿区开采而言，安全的定义应该是保证矿山与周边环境两者的安全，否则，开采效益可能是个负数。针对这两方面的问题进行综合分析，然后，结合实例就边坡稳定性和地面变形进行了分析，并给出了综合分析方法。     

A new prediction model for rock slope failure time: a case study in West Open-Pit mine,Fushun, China

Establishing an accurate method for predicting the failure times of rock slopes subject to creep deformation is challenging, but at the same time crucial for preventing damage to properties and loss of life. In this paper, the Medium–short Term Prediction of Landslide by Polynomial (MsTPLP) model is proposed based on the Levenberg–Marquardt (LM) algorithm. The West Open-Pit mine in Fushun, NE China is currently the largest open-pit coal mine in Asia. The landslide on the southern slope of the West Open-Pit mine was selected as the study case. Global Positioning System (GPS) monitoring is employed in landslide displacement monitoring. Based on the analysis process of the MsTPLP model, the displacement time series derived from GPS monitoring points is selected as the input. The model parameters of the MsTPLP model are obtained using the Levenberg–Marquardt (LM) algorithm. The predicted failure time of a landslide, which is the output, can be determined according to the prediction criteria of the model. The prediction results show that the MsTPLP model can provide accurate landslide displacement predictions (correlation coefficient R ² > 0.98 and average relative error ARE < 17 %). The forecasting results of the landslide show that the estimated failure time is Mar 5, 2014. Based on field investigation and displacement analysis, the landslide on the southern slope of the West Open-Pit mine occurred on Mar 9, 2014. The predicted and actual failure times are significantly close, demonstrating the potential of the new method in landslide prediction.     

不等厚互层顺层磷矿高边坡变形机制研究

以云南晋宁磷矿东采区顺层高边坡为研究对象,通过现场勘察,对现场滑坡形态、破坏情况、滑面及滑体特征等进行分析,并从地质、力学角度上分析滑坡变形破坏特征、力学机制及滑坡演化形成过程。最后采用离散元分析验证。研究结果表明:滑坡变形破坏模式为滑移—拉裂破坏,降雨及磷矿开采是滑坡滑动的重要诱因。磷矿层开采坡前缘切断岩层,形成临空面,岩体卸荷松弛发育裂隙,雨水下渗到全风化粘土层面附近富集,层间含水化强的物质,在长期浸泡软化、不等厚互层差异风化等作用下,岩体力学性质大幅衰减,滑体沿软弱层面向临空方向滑动,坡体后缘岩体被拉开,形成张拉裂缝,软弱滑动面贯通,边坡发生变形破坏,主要是以岩石的拉张破坏为主,拉应力对岩石的破坏起主导作用。从计算的位移、滑动形态、变形速率及应力分布判断,滑坡的变形机制为滑移—拉裂破坏模式。其研究成果为矿区高边坡稳定性分析及加固设计提供一定参考依据。     

露天矿边坡、排土场自动化监测预警系统研究

为克服传统边坡监测方法中监测点数少、监测周期长、自动化程度低等弊端,针对针对漳县祁连山水泥厂露天矿边坡、排土场的实际情况,基于北斗卫星导航定位技术、物联网、移动互联网等技术,建立了点与面结合的无线监测预警系统,实现了实时、动态、自动、全天候、全覆盖监测。经监测效果评价,该监测系统应用效果良好,为矿山安全管理起到了重要的指导作用,也为类似条件的边坡监测设计提供了参考依据。     

井工开采作用下某露天矿边坡强度稳定性数值分析

根据平朔安太堡露天矿边坡的工程实际,运用数值分析方法对井工开采前后露天矿边坡的稳定性进行了分析,同时对边坡坡表和内部岩土体的速度矢量进行了预测研究.结果表明:自然状态下边坡的安全系数较高,井工开采作用会大幅度地降低边坡的稳定性;由数值模拟所得出的速度矢量图可知,坡表砂岩和泥岩接触面附近网格点的速度较大,易发生滑动,此处需要进行加固设计.最后考虑了岩土体的剪胀角ψ=φ/2时边坡的安全系数,结果表明:剪胀角为0时,边坡的安全系数较小;剪胀角为φ/2时,边坡的安全系数较大;四种工况的安全系数平均增大了4.2%.     

程潮铁矿西区不同采矿水平下的岩体变形规律分析

 金属矿山不同采矿水平下的岩体变形规律分析,能为矿山地表移动沉陷范围的圈定及安全生产决策提供依据。以湖北鄂州程潮铁矿西区为例,依据近8 a监测所得的地表及深部岩体变形成果,对不同采矿水平下的岩体变形规律进行分析。结果表明：开采－290,－307.5和－325水平时,顶板岩体进入初始冒落阶段;开采－342.5水平时,顶板岩体进入了大量冒落阶段,其崩落是间断发生的;开采－358水平时,地面沉降漏斗均匀扩展,岩层移动表现出很强的连续性;开采－375水平时,围岩进入快速向外扩展阶段,边界线、移动线得到了较大的扩展,下盘沉降漏斗在2010年1月之后变为不均匀扩展,岩层移动出现了突变性;开采－395水平时,围岩进入扩展放缓阶段,边界线、移动线基本未向外扩展,下盘沉陷坑区域变形仍旧非常剧烈,没有减缓的趋势。     

辽宁新邱废弃矿山环境治理中浮煤残煤回采研究

新邱露天煤矿矿区环境治理是阜新市目前最大的民生工程,通过该项目的实施,可以改变矿区及周边生态环境恶劣的现状,同时因地制宜地构建和恢复宜人宜居的生态环境。其中,浮煤、残煤自燃治理是矿山环境治理的一个重要环节。结合矿区地形地貌,进行勘察规划设计,利用三维模型以及采矿技术手段掌握矿区浮煤、残煤分布情况,进而利用3D模型通过3D-MINE软件估算浮煤、残煤保有储量。探讨研究应用单斗卡车采掘工艺清理浮煤、削坡清理边坡残煤自燃煤层,既消除了浮煤、残煤自燃产生的火灾,又有效地回采浮煤、残煤。新邱露天煤矿矿区环境治理中浮煤、残煤的回采利用对其他露天煤矿环境治理有一定借鉴意义。     

基于3S技术和地面变形观测的三峡库区典型地段滑坡监测系统

三峡水库建成蓄水后,大量的高边坡和库岸的稳定性将发生变化,针对库区地质灾害的特点,讨论了运用3S技术与地面监测网相结合监测滑坡和库岸变形的有关问题,介绍了在万州、巫山和奉节等地初步建立的“三峡库区库岸与滑坡变形监测及灾害预警系统”与获得的部分观测成果。这些成果已经在评估三峡库区滑坡和库岸稳定性方面发挥了积极的作用。