露天矿边坡监测预警体系及变形速率阈值确定方法

作     者：韩流 陈祥宸 舒继森 Gerson.S.V. Tovele 

作者机构：中国矿业大学矿业工程学院 

出 版 物：《煤炭科学技术》 (Coal Science and Technology)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金面上项目(52374144) 新疆维吾尔自治区重大科技专项项目(2023A01002) 煤矿安全技术国家重点实验室联合开放基金(2022-KF-23-10) 

主　　题：露天矿 边坡监测 预警阈值 关键切线角 边坡雷达 GNSS 

摘      要：边坡监测是保障露天矿人员设备安全的最后一道防线，完善的边坡监测预警体系和准确的预警阈值是实现监测效果的重要途径，然而，现有的监测系统存在独立运行、无法互补，预警阈值设定缺少依据等问题，这正是我国露天矿边坡监测亟待解决的重要科学问题。以重力式滑坡为研究对象，根据累计位移量-时间曲线特征，将其分为渐变型、突发型和稳定型三类；根据滑面的形状将其分为圆弧滑动和平面滑动两类。对比分析了边坡雷达和GNSS监测的优劣性，并基于刚体运动模型建立了边坡雷达监测单元的位移量和变形速率的误差解算模型，进而结合两种监测方法的优势提出了针对露天矿的“边坡安全评价-边坡雷达覆盖式监测-GNSS精准预警边坡监测预警体系。根据切线角预警判据，提出了基于关键切线角正切值倍数法确定边坡变形速率四级预警阈值，进一步根据同类滑坡加速阶段T值等分法确定关键切线角。对未发生过滑坡的露天矿边坡，给出了两种关键切线角和预警阈值确定思路。对两个露天矿边坡滑坡案例进行研究，确定了匀速阶段和关键切线角，给出了四级预警阈值，将阈值应用于边坡变形预警，结果表明：露天矿#1的阈值可及时准确的判定东帮变形所处的预警等级，并在第一次Ⅰ级预警信息发出后预留6h的应急撤离时间；露天矿#2的关键切线角可应用于确定不同阶段的阈值，但平均速率需要结合具体监测阶段的S-t曲线精准确定。变形监测体系和预警阈值确定方法为露天矿边坡监测的可靠性提供有力支撑。