邊坡內(nèi)部位移監(jiān)測系統(tǒng)

1、第30卷第10期儀器儀表學(xué)報Vol.30No.102009年10月ChineseJournalofScientificInstrumentOct.2009邊坡內(nèi)部位移監(jiān)測系統(tǒng)梁冰，楊冬鵬，孫維吉，李義賢，金佳旭（遼寧工程技術(shù)大學(xué)力學(xué)與工程學(xué)院阜新123000）摘要：隨著我國對煤炭資源大力開采，礦山排土場的排棄量日漸增大，排土場邊坡失穩(wěn)問題頻繁發(fā)生。實(shí)施邊坡內(nèi)部位移監(jiān)測是保證礦山安全生產(chǎn)及運(yùn)輸?shù)闹匾侄魏痛胧?。目前尚沒有廣泛應(yīng)用的長期監(jiān)測

2、邊坡內(nèi)部巖土體位移的專用儀器。介紹了一種邊坡內(nèi)部位移監(jiān)測系統(tǒng)，采用電磁信號發(fā)射及信號測距的思想進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)對礦山排土場邊坡的內(nèi)部巖土體動態(tài)運(yùn)移情況進(jìn)行監(jiān)測。最終實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、自動化、可靠性高，并能實(shí)施長期監(jiān)測，具有預(yù)警功能的監(jiān)測系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：邊坡內(nèi)部監(jiān)測；電磁信號；監(jiān)測系統(tǒng)中圖分類號：TH822文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A國家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)科分類代碼：460.40SlopeinternaldisplacementmonitingsystemLiangBi

3、ngYangDongpengSunWeijiLiYixianJinJiaxu(CollegeofMechanicsEngineeringLiaoningTechnicalUniversityFuxin123000China)Abstract：Withenergeticallyminingourcountry’scoalresourcesthedisgequantityofminetailingsdumpincreasesgreatlyt

4、heproblemofslopeinstabilityhasfrequentlyoccurred.Slopeinternaldisplacementmonitingisanimptantmeanstoassureminesafeproductioncoaltransptation.Atpresenttherearestillnodedicatedinstrumentsfmonitingthedisplacementofslopeinte

5、rnalrocksoilmass.Aslopeinternaldisplacementmonitingsystemhasbeenintroducedinthispaperwhichadoptselectromagicsignalemissionsignalrangingideainthesystemdesigncanrealizethemonitingofthedynamicmigrationofinternalrocksoilmass

6、ofminedumpslope.Finallydigitizationautomationhighreliabilitylongtermmonitingwithearlywarningfunctioncanbeachieved.Keywds：slopeinternalmonitingelectromagicsignalmonitingsystem1引言一般說來露天邊坡、巖土壩體、山體等邊坡發(fā)生失穩(wěn)滑坡時主要是在其滑坡面上發(fā)生但滑坡面的形

7、成是一個緩慢的過程首先在內(nèi)在力等多種因素的作用下坡體內(nèi)部孕育一個很小的裂縫裂縫的形成主要是在裂縫的上下(左右)層巖土體發(fā)生錯動隨著時間的推移裂縫越來越大最后偶然一個外界沖量就會使其失穩(wěn)滑坡造成嚴(yán)重后果。若可監(jiān)測失穩(wěn)、滑坡進(jìn)而可以躲避滑坡災(zāi)害是科學(xué)工作者一直在關(guān)注、思考、研究和亟待解決的重要科學(xué)問題[12]。邊坡監(jiān)測手段能有效對邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行評價但是尋求一個合理有效的監(jiān)測方法及監(jiān)測儀器卻成為當(dāng)今國內(nèi)外一直探討研究的問題。目前的監(jiān)測方法很多

8、傳統(tǒng)的大地測量方法對施測環(huán)境要求高、不適應(yīng)在復(fù)雜惡劣的環(huán)境下工作，且投入人力多，系統(tǒng)的自動化程度不高；應(yīng)用衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）測量價格昂貴，其接收機(jī)天線受外界信號影響難以達(dá)到要求的精度，不能保證海量數(shù)據(jù)實(shí)時可靠地傳輸?shù)娇刂浦行摹Ａ硗饽壳暗倪@些監(jiān)測方法主要還是靠對邊坡或壩體的表面設(shè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測。用表面監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行邊坡內(nèi)部土體運(yùn)移狀態(tài)的分析受人為誤差、環(huán)境誤差等因素的制約實(shí)現(xiàn)過程較困難。這些都對邊坡內(nèi)部監(jiān)測系統(tǒng)提出了較高的要求：1）能夠?qū)崟r

9、測量邊坡內(nèi)部巖土體的運(yùn)移狀態(tài)；2）實(shí)施長期監(jiān)測并具有預(yù)警功能；3）具有較高的測量精度；4）數(shù)字化、自動化、可靠性高。為此本套邊坡內(nèi)部位移監(jiān)測系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和研制過收稿日期：200803ReceivedDate：200803第10期梁冰等：邊坡內(nèi)部位移監(jiān)測系統(tǒng)2173Fig.3Simulationlocationsignalprinciplegraph當(dāng)定時器再次達(dá)到周期時間激勵電磁信號發(fā)射器發(fā)出信號重復(fù)以上的程序得到新的監(jiān)測點(diǎn)S1、T1、a

10、1、b1、P1。信號發(fā)射裝置在邊坡允許的最大位移長度區(qū)域V內(nèi)部由P0運(yùn)動到P1，如圖4所示，可以看出信號發(fā)射器隨邊坡內(nèi)部土體運(yùn)移的空間長度和地理位置。每次計(jì)算長度均以P0為基準(zhǔn)點(diǎn)量取第i次測量點(diǎn)Pi到P0點(diǎn)的距離?Si，?Si可按下式計(jì)算：222(123)iiiiSXYZi?????????????當(dāng)P0Pi≥r時，報警。圖4在V區(qū)域內(nèi)部信號點(diǎn)從P0移動到P1示意圖Fig.4SignalpointfromP0toP1inVarea對于此

11、系統(tǒng)合理地布置多個信號發(fā)射裝置進(jìn)行監(jiān)測可以更加準(zhǔn)確地反映出邊坡內(nèi)部各部分的運(yùn)移情況。要求多個電磁信號發(fā)射裝置發(fā)射信號時間不同布置位置因現(xiàn)場實(shí)際情況而定接收器可根據(jù)發(fā)射信號的時間不同記錄并識別每個信號點(diǎn)所在的位置及移動情況。電磁信號接收裝置把接收到的記錄數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)線傳入計(jì)算機(jī)記錄的測量數(shù)據(jù)由安裝了模擬信號點(diǎn)定位系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)和普通顯示器來控制和計(jì)算最終所需的數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果可由打印機(jī)直接打印輸出。2.3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件流程圖如圖5所示，整

12、個測量與顯示過程采用一個大循環(huán)通過它實(shí)現(xiàn)對測試數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲和管理實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)和測量設(shè)備間的實(shí)時傳輸和管理完成邊坡內(nèi)部位移監(jiān)測系統(tǒng)的自動辨識、智能化計(jì)算。圖5位移監(jiān)測軟件流程圖Fig.5Flowtofthedisplacementmonitingsoftware2.4實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)為驗(yàn)證本系統(tǒng)對內(nèi)部土體運(yùn)移監(jiān)測的準(zhǔn)確性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)采用1m1m1m的木箱并將部分土填至木箱后，把信號發(fā)射器放置其中，用特制米尺以木箱底座一點(diǎn)為基點(diǎn)標(biāo)定其空

13、間坐標(biāo)，最后用土填滿木箱。將信號接收裝置放置在合適的位置處并測量出M1M3、M2M3的長度及∠M1M3M2的角度（參照第2.2節(jié)）。并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際進(jìn)行初始化參數(shù)的設(shè)定（如表1所示）。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)所以周期時間設(shè)置較短t=3h。當(dāng)?shù)?次接收器記錄所測得的S0、T0、a0、b0、P0后在未達(dá)到下個周期時間里用工具將信號發(fā)射器上部土體挖出并通過添、排土的辦法將信號發(fā)射器放置一個新的位置標(biāo)定其新空間坐標(biāo)后用土將木箱填滿待達(dá)到周期后自動記錄下S1

14、、T1、a1、b1、P1。此時可顯示出模擬測量的信號發(fā)射器空間位移量。以后實(shí)驗(yàn)重復(fù)以上過程。而用米尺每次量取的空間坐標(biāo)值與第1次空間坐標(biāo)值之差即為測定值。通過任意選取的第3、第6組實(shí)驗(yàn)測量數(shù)據(jù)值的對比分析可看出模擬測量值與實(shí)測信號發(fā)射器位移值在總位移上相差不大能夠滿足該礦內(nèi)排土場邊坡監(jiān)測的要求。表1邊坡內(nèi)部位移監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)測位移成果表Table1Theresultsofdisplacementobtainedfromtheslopeint

15、ernaldisplacementmonitingsystem初始值測定值實(shí)測值mm模擬測量值mm相對誤差(%)安全性t=24hS0=16.52mT0=8.62mc=2mma0=33.4b0=40.2r=40mmS3=16.96mT3=9.15mX3=20Y3=20X3=18Y3=22M1M3=12ma3=34.5b3=41.2Z3=24?S3=37Z3=22?S3=36–2.78安全M2M3=18mS6=16.82mT6=9.11mX