摘 要

露天矿山边坡的稳定性是影响作业人员安全保证、矿山一线安全生产、矿山经济稳步发展的重要制约因素。因此针对和尚堡露天矿进行边坡在线监测系统的构建以及预警预报系统研究，为控制边坡失稳研究提供精确的理论依据。系统的从系统需求着手，综合分析先进的监测手段和监测器材，研究确定相应的边坡监测指标，确定合适的设备选型、合理的布点方式以及通讯方式，设计了可靠的露天矿边坡在线监测方案。同时应用回归分析的方法对监测数据进行趋势研究，进行预警预报研究，建立预警系统及软件开发，该监测系统的设计与开发能够为露天矿边坡稳定性研究提供参考。

关键词：露天矿；边坡；在线监测系统；预警预报；

Abstract

The stability of open-pit mine slopes is an important constraint to the safety and security of operators, the safety of first-line mine production, and the steady economic development of mines. In this paper, the construction of the on-slope on-line monitoring system for the open pit mine in Heshangbao and the study of the early-warning and forecasting system are studied, which provides an accurate theoretical basis for the study of the control of slope failure. The paper starts with the system requirements, comprehensively analyzes advanced monitoring methods and monitoring equipment, studies and determines corresponding slope monitoring indicators, determines suitable equipment selection, reasonable distribution methods and communication methods, and designs a reliable online monitoring of open pit slopes. Program. At the same time, the methods of regression analysis are used to conduct trend research on monitoring data, carry out early warning and forecast research, and establish early warning systems and software development. The design and development of this monitoring system can provide reference for the study of slope stability of open pit mines.

Key words: open-pit mine; slope; monitoring system; warning and forecast;

目录

Abstract 4

第1章 绪论 7

1.1研究背景 7

1.2国内外监测系统研究现状 7

第2章 和尚堡石灰石露天矿边坡工程地质环境 8

2.1矿区自然地理条件 8

2.1.1位置交通 8

2.1.2自然地理概况 9

2.2地质环境条件 9

2.2.1地层岩性特征 9

2.2.2构造 10

2.2.3水文地质特征 11

2.3和尚堡石灰石露天矿开采设计及边坡工程参数 11

2.3.1 开采方式 11

2.3.2 开采技术指标 12

2.3.3 设计采场要素 12

第3章 和尚堡边坡在线监测系统的构建 13

3.1和尚堡边坡监测的意义及作用 13

3.2基本思路 13

3.3监测系统的设计原则 13

3.4通讯方式的选择 14

3.5监测系统的设计方案 15

3.5.1在线监测系统组成 15

3.5.2系统总体框架 16

3.6各子系统设计方案 16

3.6.1边坡位移监测子系统 16

3.6.2边坡地下水监测子系统 19

3.6.3降雨量监测系统 20

3.6.4裂缝监测系统 21

3.6.5振动监测子系统 22

3.6.6锚杆应力监测子系统 22

第4章 边坡预警系统 23

4.1边坡预警理论概述 23

4.2预警方法的选择 24

4.2.1位移监测预警方法 24

4.2.2应力监测预警方法 24

4.3预警系统等级和预警方式 25

第5章边坡在线监测系统软件设计 26

5.2软件系统功能设计 26

5.2.1用户登录模块 27

5.2.2数据存储模块 27

5.2.3数据分析模块 28

5.2.4安全预警模块 31

第6章 结论和展望 32

6.1结论 32

5.2不足与展望 33

参考文献 33

致谢 35

第1章 绪论

1.1研究背景

边坡失稳，国际公认的世界性三大地质灾害之一，对于国家财产安全和人民群众的日常生活提出了严重威胁。无论是自然边坡土体还是人工边坡工程，在工人爆破作业、自然强降雨降雪、地上河流的冲刷侵蚀、蓄流水库的水位升降以及进行工程开挖作业等外部因素作用下，很容易造成局部岩土体瞬间的变形破坏乃至失稳滑坡。

我们国家幅员辽阔，是一个滑坡灾害较为频繁的国家，每年因边坡工程失稳破坏会引发数百万次大小各异的滑坡灾害,由此地质灾害造成的国民经济损失平均每年超过1000多亿元。同时依据我国《地质灾害防治条例》，滑坡、泥石流、崩塌等三类突发性的地质灾害与边坡的联系极为密切，对保证人民群众的生命财产安全的措施提出了更高的要求。

所以，对于各类边坡工程尤其是临近人们生产活动的复杂边坡,除了应该进行基础的工程地质调查、勘探、测试以及进行稳定性分析评价以外,还应该有效地进行边坡的动态监测,对边坡失稳的可能性和滑坡的时间进行分析预测,同时还应该及时安排相应的防灾减灾措施,这对于保障人民群众的生命财产安全以及国民经济的发展都有着极为重大的意义。

对于露天矿山而言，随着矿山开采规模的增大，会逐渐形成必须的高陡边坡，同时高陡边坡的存在对于露天矿的安全生产有着重大威胁。边坡工程一旦滑坡，一方面会直接导致附近进行生产工作的人员受到伤害以及设备的损失，另一方面会对露天矿的后续生产调度以及今后的稳定性发展造成难以估计的经济损失，建立实时边坡监测系统来保障矿山安全生产的需求迫在眉睫。

建立边坡监测系统，是评价边坡稳定系的重要手段之一。进行边坡的稳定性评价，能保证矿山的正常安全生产从而取得较好的经济效益；掌握边坡变形规律和演变特征，为滑坡预警预测研究提供可靠的精准的监测数据；进行滑坡预测预报研究分析，以实现对边坡失稳灾害的预警预报，保证作业人员及设备的安全，能很大程度上将边坡失稳灾害的损失降到最低；在后续的滑坡治理过程中，通过积累的边坡监测数据为防治方案设计提供支撑材料，为安全生产提供技术支持；同时在防治工程结束后，可根据监测的数据实时地动态地分析边坡岩土体的变形情况，这是评价工程治理效果好坏的一项重要依据。

1.2国内外监测系统研究现状

边坡监测技术及手段从传统的监测技术及监测方法向自动化、高精度化、遥感化、全面化等方向发展，监测系统的设计越来越完善精确，数据的获取以及处理分析更为精准可靠，大大节省了人力成本。

传统的边坡变形监测方法一般为常规大地测量法如三角测量、水准测量、交会测量等。如今随着科技的进步，国内外将其他领域先进的科学技术与边坡变形监测相结合的实例不断涌现，如自动全站仪技术、GPS 技术、三维激光扫描技术、传感器网络监测技术等。有效解决了传统监测方法监测精度低、监测任务繁重、数据处理复杂的问题，新型的监测技术、监测设备以及监测系统逐渐开始取代了传统的监测方法以及监测设备。

2000年Charles et al．尝试性的将TDR监测系统与钻孔测斜仪联合使用，进行同一个滑坡体的应力监测；2012年东北大学杨凤芸等应用TM30自动全站仪进行露天矿边坡高精度监测；2014年任月龙等将雷达数据、测量机器人与GPS数据相结合，设计出多传感器网的监测方案；2017年许佳宾等将三维激光扫描技术应用于高危边坡表面位移监测；

虽然高新技术应用于边坡监测成本较高，但其拥有的功能以及监测的成果、效率以及监测数据的可靠性精确性等是传统监测技术所不可比拟的。这些先进的科学技术所带来的安全保障和经济效益是难以估量的，我相信，其于各工作方面的应用和发展的前景无限光明。

1.3研究内容和技术路线

主要研究内容为和尚堡边坡露天矿监测系统的构建和边坡的预警预测。边坡的长期实时监测，将会得到大量的边坡监测数据，而这些数据的获取、传输和处理，要求建立一套可靠的数据采集、传输和处理的边坡监测系统。结合传统边坡的监测方案和自动化边坡监测理论确定边坡监测系统由以下部分组成：

(1)数据感知部分：包括各监测指标如边坡位移、边坡应力应变、地下水、降雨量、边坡裂缝等以及各种类型的传感器；

(2)数据采集部分：包括采集单元；

(3)数据传输部分：采用无线或有线传输；

(4)数据存储部分：access数据库信息存储；

(5)控制分析部分：监控中心软件及图表等信息显示；

技术路线如下图所示：

图 1边坡监测系统技术路线图

和尚堡露天矿边坡在线监测系统

监测指标

监测设备

监测手段

边坡预警研究

滑坡预警判据

滑坡预警模式

滑坡阶段划分

边坡预警预测系统

第2章 和尚堡石灰石露天矿边坡工程地质环境

2.1矿区自然地理条件

2.1.1位置交通

和尚堡矿区，地理位置位于秭归县以西约60公里，行政区由秭归县郭家坝镇郭家坝村管辖。探矿权登记范围各拐点地理坐标如下：

1．东经110°42′21″，北纬30°54′15″；

2．东经110°42′21″，北纬30°54′03″；

3．东经110°42′38″，北纬30°53′44″；

4．东经110°43′51″，北纬30°53′44″；

5．东经110°43′51″，北纬30°54′15″。

矿区距长江郭家坝码头约12公里，距长江支流童庄河约2.9公里。矿区北侧有省级公路通过，有简易公路可通至矿区北侧兰家湾，交通尚便利。

图 2交通位置图

2.1.2自然地理概况

矿区山脉走向为北西—南东、海拔标高为336.8～1225.58米。矿区内植被较少，主要以灌木为主，局部分布有少量松树林。矿区年平均降水量约1000～1200毫米，多集中于7、8、9三个月。无霜期180～230天。

2.2地质环境条件

矿区历经多次构造运动，加里东、华力西—印支运动以垂直升降为主；燕山运动早期形成褶皱、断裂，构成区域主体构造格局，喜山运动表现为差异升降。

2.2.1地质构造

矿区位于黄龙洞背斜北西段之北东翼，郭家坝向斜南东仰起端。矿区总体呈单斜构造，近东西走向，倾向较稳定，为北至北偏西，一般340-10°，倾角一般50°-65°，局部倾角可大于70°。

矿区范围内未见较明显的断裂构造，但构造节理较发育。构造节理多较平直，少量呈弯曲状，大部分无充填物，少量充填粘土质，地表多沿节理发育岩溶裂隙。构造节理延伸一般3-5米，少量大于10米。

另外，矿区及外围10公里范围内未见岩浆岩和变质岩分布。

2.2.2水文地质特征

矿区内地下水主要由大气降水沿溶蚀裂隙渗入补给。大气降水多数以地表径流形式排泄，矿区北部为地下水排泄场所。矿区内无地表水体，矿床位于当地侵蚀基准面之上，同时矿床属以大气降水充水为主的矿床，地形有利于自然排水，矿床水文地质条件属简单类型。

2.2.3工程地质条件

矿区内矿层及顶、底板围岩均为沉积岩。大致可划分为薄-中厚层（含薄层、微薄-薄层）结构、中厚-厚层（含厚层、巨厚层）结构以及散体结构三种。

地质条件总结如下：

①矿区地形、地貌条件比较复杂；②地层岩性比较单一，岩溶不发育，节理、裂隙较发育；③岩体结构以中厚层状为主，岩石强度整体较高，稳定性较好，开采边坡坡度较高。因此，该矿区工程地质条件属中等类型。

2.3和尚堡石灰石露天矿开采设计及边坡工程参数

2.3.1 开采方式

矿山开采方式为山坡露天开采，矿山最高海拔1225.58m，最低开采标700m，根据矿山地形条件和矿层赋存情况，矿山开采采用自上而下的水平分层采矿法，台段高15m。

2.3.2 开采技术指标

最低开采标高 700米

最终底盘宽度 ≥60米

最终边坡角 ≤55°

矿石最小可采厚度 ≥8米

夹石最小剔除厚度 ≥2米

剥采比 ≤ 0.50:1（米³/米³）

爆破安全距离 ≥ 300米

2.3.3 设计采场要素

露天采场设计要素见表1。

表 1设计采场要素图

第3章 和尚堡边坡在线监测系统的构建

3.1基本思路

①依据和尚堡露天矿边坡的实际情况以及边坡在线监测的研究现状，选取边坡的表面位移、内部位移、地下水监测、降雨量监测、边坡裂缝监测、爆破振动监测、应力监测等多个监测手段相结合的方式，进行和尚堡边坡在线监测系统的构建，同时建立边坡预警系统。

②通过学习了解各种监测方法并比较当前合适的监测技术，结合和尚堡边坡体的地质情况以及生产施工的成本，选取合适的测量仪器以及可靠的布点方式进行监测。

③在已经获取到精确的、可靠的监测数据的基础上，进行相应的数据检测并将数据做成数据库系统。

④建立数据库后，通过图表、报告等形式进行边坡稳定性研究和分析，再通过相应的各项指标如一段时间内边坡位移的绝对变化量、变化率等，依据判定边坡稳定的标准如边坡安全系数、国家的边坡工程规范等建立边坡预警系统。

该边坡在线监测系统可以智能地进行数据的获取、数据的无线传输、数据自动接收与分析结果动态显示，然后通过后续自主开发的分析软件系统进行综合处理，计算机上可显示相应的作业信息以及动态监测曲线。

3.2监测系统的设计原则

为了保证边坡监测系统的可靠性以及合理性，监测系统的设计方案通常应该包括以下10个原则^[1]：

1. 可靠性原则；
2. 多层次原则；首先选取多种手段进行监测，从而可以相互补充、相互制约；其次可以合理考虑以设备监测为主，人工巡视为辅检查；
3. 优先监测关键部位的原则；
4. 根据实际需要选择仪器种类、精度和量程的设计原则；
5. 方便实用原则；
6. 信息反馈高效的设计原则；
7. 无干扰和少干扰的设计原则；
8. 地质信息和仪器监测信息并重的设计原则；
9. 有利于测点和仪器保护的原则；
10. 经济合理的设计原则；监测系统应充分考虑在满足监测精度时的成本要求；

位移监测的布点应包含以下4个原则：

1. 布点方式的选取有科学依据
2. 布点的数据精确可靠
3. 综合考虑成本和精度的要求
4. 关键部位重点监测

3.3通讯方式的选择

一般的，有线通讯方式能够稳定、快速、高效的进行数据的传输，但是其线路的布置较复杂，具有一定的局限性，而且后续维护工作较困难。综合考虑和尚堡边坡露天矿边坡实际情况以及成本要求，拟采用无线的通讯方式进行数据传输，并在某些情况复杂的监测指标进行有线电缆的方式辅助进行数据传输。目前，在监测领域上主要应用的无线方式一般有 GPRS、CDMA、Wi-Fi和ZigBee等几种，其具体优缺点见表2。

表 2无线传输类型优缺点

无线传输类型	优点	缺点
GPRS	（1）适用性较强；（2）信号覆盖能力和通讯速率良好力； 以上是毕业论文大纲或资料介绍，该课题完整毕业论文、开题报告、任务书、程序设计、图纸设计等资料请添加微信获取，微信号：bysjorg。 相关图片展示： 您需要先支付 80元 才能查看全部内容！立即支付 课题毕业论文、开题报告、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。 最新文档 泗阳县中小学足球运动的现状调查与对策研究 南京市雨花台中学校园足球活动开展制约因素调查分析 酒店管理系统的设计与实现 基于安卓的公路客运售票系统的设计与实现 淮安市金湖三所高中女生耐力跑的现状调查及对策研究 连云港市灌云县初级中学体育课开展情况调查与分析 连云港市新浦区业余网球运动发展现状与市场前景探讨 影响铜山区初中生选择课余体育体育锻炼项目的因素分析 浅析刘锦棠对新疆环境治理的贡献 洪泽县城区中学开设羽毛球课程现状调查与研究 宿迁市宿城区中学开展篮球运动现状的调查分析 高校健美操教学中学生学习兴趣培养的研究 关于宿迁市区三所高中的校园篮球开展状况的调查分析 联系我们 加微信咨询 加QQ咨询 服务时间：09:00-23:50(周一至周日)   