文/王克東

山西汾西正暉煤業(yè)有限責任公司昌元煤礦屬急傾斜煤層，煤層傾角在 60°～72°之間， 由于歷史開采的原因，致使昌元煤礦存在大面積的露頭和隱伏火區(qū)及塌陷區(qū)。經(jīng)多次論證后，采用“分層剝挖、逐層注水滅火、徹底挖除火體和封堵回填”的綜合滅火方法進行滅火，但在滅火的過程中，形成了150～220m的臨時高陡邊坡。臨時高陡邊坡的穩(wěn)定性成為該治理項目安全生產(chǎn)的關(guān)鍵因素之一。為此，昌元煤礦在對高陡邊坡進行錨索加固的前提下，同時對邊坡進行24小時不間斷監(jiān)測，直至內(nèi)排回填結(jié)束，為綜合治理工程提供了可靠的安全生產(chǎn)保障，在實踐應(yīng)用過程中取得了較好的效果。

一、邊坡變形監(jiān)測的目的

1．對邊坡穩(wěn)定性進行實時動態(tài)監(jiān)測，為施工提供邊坡三維位移數(shù)據(jù)。

2．評價邊坡在施工中的穩(wěn)定性，并作出預測預報，若位移數(shù)據(jù)異常，及時發(fā)出預警。

3．對邊坡可能出現(xiàn)變形破壞的區(qū)域、規(guī)模、滑動方向、發(fā)生時間及危害程度，及時做出分析和預報。

4．統(tǒng)計邊坡位移數(shù)據(jù)，分析研究邊坡變形破壞的規(guī)律。

5．通過邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測，為工程提供可靠的安全保障。

二、邊坡監(jiān)測具體措施

1．主要監(jiān)測設(shè)備

采用瑞士TM30/TM50系列智能全站儀，主要設(shè)備是測量機器人Measurementrobot，它是一種能代替人進行自動目標識別、自動照準、自動測角與測距、自動目標跟蹤、自動記錄于一體的測量平臺，在全站儀基礎(chǔ)上集成了磁驅(qū)伺服驅(qū)動馬達裝置、CCD影像傳感器構(gòu)成的視頻成像系統(tǒng)、多目標快速鎖定和跟蹤技術(shù)并配置智能化系統(tǒng)、應(yīng)用測量軟件和多種通訊開發(fā)接口，具有自動搜索、跟蹤、辨識和精確照準目標、自動進行正倒鏡觀測并獲取角度、距離、三維坐標以及影像等信息功能，使其能在無人的環(huán)境和特殊條件下執(zhí)行精確的測量任務(wù)，并及時地傳送測量數(shù)據(jù)，又稱為智能化自動全站儀。

該儀器精度±0.5"，測距精度±(0.6mm+1ppm*Dkm），圓棱鏡測程最長可達3.5㎞。TM30/TM50系列自動全站儀能夠?qū)崿F(xiàn)免棱鏡自動測量、電子整平、自動正倒鏡觀測、自動記錄觀測數(shù)據(jù)、影像采集等功能，而其獨有的 ATR（Automatic TargetRecognition)模式，使全站儀能自動快速識別目標并進行鎖定，及時準確地掌握全部高邊坡穩(wěn)定性動態(tài)情況。

2.監(jiān)測原理及應(yīng)用軟件

利用測量機器人進行邊坡監(jiān)測時，應(yīng)在高邊坡影響范圍之外穩(wěn)定堅硬的巖石上布設(shè)參考點，在邊坡上布設(shè)目標點，在特定的地點設(shè)置基站，測量機器人在此進行監(jiān)測操作，測量機器人通過對參考點的測量，通過后方交會法實時校正基站測量機器人的坐標，然后對目標點進行測量 （測量周期約180個/小時），結(jié)合溫度氣壓傳感器修正所測數(shù)據(jù)，對監(jiān)測點進行實時在線監(jiān)測，并將測量數(shù)據(jù)通過有線和無線通信方式傳輸?shù)街醒胩幚碚荆脧瓶℅eoMoSMonitor軟件對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行預處理，將測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為測量機器人的GSI數(shù)據(jù)格式，存入數(shù)據(jù)庫中。數(shù)據(jù)庫中的字段包括：序號、點名、X坐標、Y坐標、高程H、觀測日期等信息，然后建立點表、觀測循環(huán)表等，由徠卡Geo-MoSAnalyzer軟件將所采集的數(shù)據(jù)生成監(jiān)測點位移曲線圖，以實現(xiàn)對礦區(qū)高邊坡的實時監(jiān)控。

3．基準網(wǎng)設(shè)置

為了使監(jiān)測點位移數(shù)據(jù)具有可靠性、高精度，在高邊坡影響范圍之外穩(wěn)定的地方設(shè)置4個以上的基準點構(gòu)成基準網(wǎng)。

4．監(jiān)測點選擇與設(shè)置

首先應(yīng)確定主要監(jiān)測的范圍，在該范圍內(nèi)按監(jiān)測方案的要求確定主要滑動方向，按主滑動方向及滑動面范圍確定測點，然后選取典型斷面，再按測線布置相應(yīng)觀測點。對于不同巖層的邊坡，一般在布置測點時均有所不同。對可能形成滑動帶的重點監(jiān)測部位和可疑點，應(yīng)加密測點。

根據(jù)開挖斷面的長度和高度，隨工程進度不間斷布置監(jiān)測點，各個測點與測站點和基準點形成監(jiān)測網(wǎng)，監(jiān)測點在每一層邊坡平臺上按照間隔30～50m設(shè)置。由于地質(zhì)、降水及荷載的原因，部分高邊坡會重復卸載，在每一次卸載結(jié)束后形成的平臺上重新布置監(jiān)測點。基于以上原因，一工區(qū)在施工期間共累計設(shè)置295個監(jiān)測點。

5．監(jiān)測精度及計算方法

在實際監(jiān)測中，單向最大距離不大于1km，儀器測角精度±0.5"，測距精度±(0.6mm+1ppm*Dkm），經(jīng)公式計算監(jiān)測點中誤差為小于等于±2.5mm。在監(jiān)測期間每兩個月對基準點進行一次校正，然后采用后方交會法對測站點進行校正，確保監(jiān)測點采集數(shù)據(jù)的準確性。

6．監(jiān)測程序、頻率與周期

邊坡的監(jiān)測程序按圖1所示進行。

圖1邊坡開挖過程中機器人穩(wěn)定性監(jiān)測的實施流程圖

項目區(qū)一工區(qū)施工形成平臺后設(shè)置監(jiān)測點，于2014年5月12日開始進行監(jiān)測點測量，每天24小時在線監(jiān)測，每隔30分鐘監(jiān)測一次監(jiān)測點，至2016年5月29日開挖區(qū)域回填結(jié)束。

7．監(jiān)測預警實例

2015年5月初，一工區(qū)高邊坡開挖至高程1675m，形成了高約150m，長約400m的高邊坡斷面。其中高邊坡斷面1730m平臺監(jiān)測點JCD172位移量較大 （見圖2），位移量已達到預警值，隨即向項目部及施工方下達報警通知書。施工方接到報警后立即對該危險部位進行處置，于2015年5月17日處置結(jié)束后，立即在該部位重新布置監(jiān)測點 （JCD1207），并及時開始監(jiān)測，監(jiān)測點位移曲線處于平穩(wěn)趨勢，表明該部位已恢復穩(wěn)定狀態(tài)。

圖2 5月4日～5月10日JCD172監(jiān)測點累積位移曲線圖

三、結(jié)論

山西汾西正暉煤業(yè)公司昌元煤礦變形監(jiān)測方案，可準確、及時、直觀地對高邊坡穩(wěn)定性進行監(jiān)測、預警，為工程各個階段施工順利進行提供了可靠的安全技術(shù)保障，在實踐應(yīng)用過程中效果良好。