露天矿边坡滑（移）动监测与数据处理及滑坡规律性初探

2005/10/25 13:58:20

摘要：本文根据阜新海州露天煤矿边坡滑（移）动监测的多年实践，总结出较深露天矿边坡监测方法；用计算机进行监测数据处理并绘制出各种变形曲线图；由多次已经发生的边坡滑（移）动实践（兼有滑坡规律），初步探讨出露天矿边坡滑（移）动的普遍规律性。

关键词　露天矿　边坡　观测线　监测　数据处理　滑坡预报

序言
　　由于露天采矿形成采场，使得该地层自然压力的平衡遭到破坏。在一定的条件下，容易诱发产生边坡滑（移）动（即滑坡）。露天矿滑坡严重地影响着露天采矿生产和人员的安全。因此，用科学的边坡滑（移）动监测方法，利用计算机处理监测数据并绘制各种变形曲线图，总结滑坡与外界条件及变形值的有机关系，寻找边坡滑（移）动的客观规律，逐步做到滑坡预报，对于露天矿生产和安全，提高经济效益和社会效益有着极其重要的意义。

1　露天矿边坡滑（移）动监测方法

1.1　滑坡观测线（点）的建点

　　根据已经发生的滑坡实践及其理论分析，我们在采场北帮(非工作帮）布设了9条观测线
（点）（见图1）。

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图1　采场边坡观测线

　　在观测点上安置微棱镜标板（RS90）。经过用瑞士TC2000全站仪在采场测试，RS90标板最
远测程可达400m,有效偏角为±45°。精度基本与该全站仪配套的棱镜精度相同。这样观测既方
便（免得每次立棱镜）又避免棱镜对中误差。

1.2　观测方法

1.2.1　距离和角度测量
　　距离和角度（含水平角和竖直角）测量采用TC2000全站仪，该仪器标称精度为±
(3+2ppm)mm,配J2级经纬仪。经过实测资料分析求得：该仪器测角中误差m_β＝m_δ=±2＂．5；测
距中误差为m_s=±3.3mm。

1.2.2　观测点坐标和高程计算
　　为了方便计算和整理成果，这里采用假定坐标系统，即沿观测线方向为坐标纵轴，坐标传
递点（C点）为坐标原点（见图2）。

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图2　观测点假定坐标系统

　　由图2不难看出，观测点i的坐标与高程的计算公式为：
　 g2301.gif (1237 bytes) （1）

1.2.3　观测点位置（平面和高程）精度估算
　　对式（1）两边取全微分，经整理得：

　 g2302.gif (2463 bytes) （2）

　　观测点i的点位误差：

　　 g2303.gif (1849 bytes) 　　(3)

式（3）中
　　m_β——水平角观测中误差；
　　m_δ——倾角观测中误差；
　　m_D——全站仪测距中误差；
　　D——边长；
　　β——水平角（即在假定坐标系统中的坐标方位角）；
　　δ——倾角；
　　m_i——仪器高丈量中误差；
　　m_v——镜高丈量中误差。
　　ρ＂＝206265＂
　　在海州矿边坡观测中，β≈180°，δ≤5°，故式（3）可写为：

　　 g2304.gif (2452 bytes) 　　　　　　(4）

　　从实测资料分析得：mβ＝±2＂．5，mδ=±2＂．5，mD=3.3mm,Di=400m(最长距离）；mi=mv＝±1.0mm。代入式（4）算得：
　　m_i=±5.9mm
　　m_{H_i}=±5.1mm
　　取两次测量高差互差中误差的2倍为限差，即M_H容＝22m_{H_i}=±14.4mm，可见，这是完全能够
满足《煤矿测量规程》第303条“当观测点的水平移动和下沉大于30mm时，即认为滑坡期已开
始”的要求的。

2　数据处理

　　外业观测数据采用GRE3电子记录器自动记录。采用IBM586微机计算各种变形值（略），并
按《规程》要求绘制出各种移动和变形图（图从略）。

3　露天矿滑坡规律性（滑坡预报）探讨

3.1　探讨滑坡规律性的基本思路

　　总结以往滑坡的规律，如滑坡表面的变形值及其速度、地质条件、水及大雨影响等情况，
以此来认识和揭示未来滑坡的规律，从而做出准确的滑坡预报。
　　海州露天煤矿自建矿至今，累计发生滑坡100余次，滑坡体达数十万m3。其中具有典型意义
的大滑坡共有三次（见附表）。

3.2　滑坡的理论分析

附表　海州露天煤矿三次较大滑坡纪实

外界条件

序次	滑坡时间	滑坡位置		滑落岩体			外界条件
序次	滑坡时间	平面	高程	长(m)	宽(m)	体积(万m³)	外界条件
一	1977年7月27日 4时30分	北帮 E₁～E₃ N780～N970	＋102～＋38	200	190	17.3	骤降暴雨存在弱层面
二	1986年9月3日 14时30分	北帮 E9＋50～E11＋69 N766～N973	＋87．2～＋23．3	219	197	31．2	连续3天大雨断层处有弱层面
三	1990年7月24日 15时30分	北帮 E20～E22＋16 N700～N840	＋70～＋7	216	140	18．6	连降1周大雨断层处存在弱层面

3.2.1　滑坡发生前的客观条件
　　这三次大型滑坡的发生条件有如下共性：
　　a　发生在雨季（大雨当中或大雨过后）；
　　b　发生在断层处或软岩层处（如页岩）；
　　c　三次滑坡均发生在北帮（顺层边坡），见图3；
　　d　滑坡前均出现与边坡走向近于平行的裂缝（大的裂缝宽达300～400mm）；
　　e　边坡点变形大，且速度快，空间变形达400～500mm，变形速度达300～500mm/天。

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图3　顺（逆）层边坡

3.2.2　对滑坡发生的理论分析
　　影响露天矿边坡滑（移）动的因素很多，首先是岩层的物理力学性质，特别是岩石的强度
对岩体滑（移）动有很大影响。岩体的裂隙面（层理、片理、解理、节理）、断层、褶皱以及
水文地质等条件，对整个岩体强度起着不同程度的降低作用，因而是发生滑坡的内在条件。
　　露天矿边坡的稳定程度与边坡角度有关。边坡角越小，边坡越稳定，但剥岩工程量越大；
反之，边坡角越大越经济，但过大边坡角会使边坡不稳定而易发生滑坡。
　　此外，滑坡还与时间因素有密切关系，边坡暴露时间越长，由于各种因素影响的积累，使
边坡越来越不稳定，超过一定限度，就会发生滑坡。
　　对海州矿多次滑坡特别是三次大滑坡的实测资料分析表明：滑坡都是发生在顺层边坡的剪
切性破坏。这里的岩体中存在着抗剪强度较低的弱层面（如页岩），而且朝向采场（即顺层边
坡），当弱层面上部岩体的自重和其他外部负荷所构成的下滑力超过沿弱层面的抗滑力时，上
部岩体将沿此弱层面，向下滑（移）动，即形成滑坡。特别是在雨季，由于大量雨水在岩体裂
隙中流动并形成一定的水位，产生水压，成为附加载荷作用于边帮上，改变了边坡岩体的受力
状态，加之流水在某些弱层面的溶解和冲刷作用及其浮力作用，都将降低边坡岩体的稳定程度。另外，由于爆破产生拉伸波作用，加剧弱层面的张开和错动。上述诸因素的综合，促成滑坡。

3.3　滑坡预报初探

3.3.1　滑坡过程

　　滑坡从早期征兆出现到滑坡完成，经历着三个时期，即初始期、恒速度滑动期和加速滑动
期（图4）。

3.3.2　滑坡预报内容
　　滑坡预报包括三部分内容（三要素）：滑坡位置（范围）、滑坡形态（类型）和滑坡发生
时间。

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图4　滑坡过程

　　从边坡管理角度，滑坡预报又分为：
　　长期预报（几个月至几年），侧重宏观掌握边坡稳定状态；
　　短期预报（几天至一、二个月），认真做好监测及其它工作并采取相应的安全措施；
　　临时预报（几个小时到1～2天），采取安全措施；
　　上述三种预报，以短期预报和临时预报最为重要。

3.3.3　滑坡预报初探
　　由以上分析可以看出，影响滑坡的因素是复杂的、综合性的，因此滑坡预报也只能采取
（至少目前是这样）综合的概率统计的定性预报法，包括下述几个内容：
　　a　边坡岩体内有断层，且存在弱层面；
　　b　连降大雨过程中或大雨过后；
　　c　边坡暴露时间较长（半年以上）；
　　d　边坡变形速度加快，大于300～500mm/天。
　　出现上述情况，就要考虑有可能滑坡，应采取各种相应安全（人员和生产）措施。

作者单位：（辽宁工程技术大学）（辽宁　辽河油田）

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