邊坡內(nèi)部位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

1、第30卷第10期儀器儀表學(xué)報(bào)Vol.30No.102009年10月ChineseJournalofScientificInstrumentOct.2009邊坡內(nèi)部位移監(jiān)測(cè)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(guó)對(duì)煤炭資源大力開(kāi)采，礦山排土場(chǎng)的排棄量日漸增大，排土場(chǎng)邊坡失穩(wěn)問(wèn)題頻繁發(fā)生。實(shí)施邊坡內(nèi)部位移監(jiān)測(cè)是保證礦山安全生產(chǎn)及運(yùn)輸?shù)闹匾侄魏痛胧Ｄ壳吧袥](méi)有廣泛應(yīng)用的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)

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(cè)系統(tǒng)，采用電磁信號(hào)發(fā)射及信號(hào)測(cè)距的思想進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山排土場(chǎng)邊坡的內(nèi)部巖土體動(dòng)態(tài)運(yùn)移情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。最終實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、自動(dòng)化、可靠性高，并能實(shí)施長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，具有預(yù)警功能的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：邊坡內(nèi)部監(jiān)測(cè)；電磁信號(hào)；監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中圖分類號(hào)：TH822文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A國(guó)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(shuō)來(lái)露天邊坡、巖土壩體、山體等邊坡發(fā)生失穩(wěn)滑坡時(shí)主要是在其滑坡面上發(fā)生但滑坡面的形

7、成是一個(gè)緩慢的過(guò)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(gè)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(cuò)動(dòng)隨著時(shí)間的推移裂縫越來(lái)越大最后偶然一個(gè)外界沖量就會(huì)使其失穩(wěn)滑坡造成嚴(yán)重后果。若可監(jiān)測(cè)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(wèn)題[12]。邊坡監(jiān)測(cè)手段能有效對(duì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)但是尋求一個(gè)合理有效的監(jiān)測(cè)方法及監(jiān)測(cè)儀器卻成為當(dāng)今國(guó)內(nèi)外一直探討研究的問(wèn)題。目前的監(jiān)測(cè)方法很多

8、傳統(tǒng)的大地測(cè)量方法對(duì)施測(cè)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(dòng)化程度不高；應(yīng)用衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量?jī)r(jià)格昂貴，其接收機(jī)天線受外界信號(hào)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(shí)可靠地傳輸?shù)娇刂浦行摹Ａ硗饽壳暗倪@些監(jiān)測(cè)方法主要還是靠對(duì)邊坡或壩體的表面設(shè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。用表面監(jiān)測(cè)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(guò)程較困難。這些都對(duì)邊坡內(nèi)部監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提出了較高的要求：1）能夠?qū)崟r(shí)

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

10、1、b1、P1。信號(hào)發(fā)射裝置在邊坡允許的最大位移長(zhǎng)度區(qū)域V內(nèi)部由P0運(yùn)動(dòng)到P1，如圖4所示，可以看出信號(hào)發(fā)射器隨邊坡內(nèi)部土體運(yùn)移的空間長(zhǎng)度和地理位置。每次計(jì)算長(zhǎng)度均以P0為基準(zhǔn)點(diǎn)量取第i次測(cè)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(shí)，報(bào)警。圖4在V區(qū)域內(nèi)部信號(hào)點(diǎn)從P0移動(dòng)到P1示意圖Fig.4SignalpointfromP0toP1inVarea對(duì)于此

11、系統(tǒng)合理地布置多個(gè)信號(hào)發(fā)射裝置進(jìn)行監(jiān)測(cè)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(gè)電磁信號(hào)發(fā)射裝置發(fā)射信號(hào)時(shí)間不同布置位置因現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況而定接收器可根據(jù)發(fā)射信號(hào)的時(shí)間不同記錄并識(shí)別每個(gè)信號(hào)點(diǎn)所在的位置及移動(dòng)情況。電磁信號(hào)接收裝置把接收到的記錄數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)線傳入計(jì)算機(jī)記錄的測(cè)量數(shù)據(jù)由安裝了模擬信號(hào)點(diǎn)定位系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)和普通顯示器來(lái)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(gè)測(cè)量與顯示過(guò)程采用一個(gè)大循環(huán)通過(guò)它實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲(chǔ)和管理實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)和測(cè)量設(shè)備間的實(shí)時(shí)傳輸和管理完成邊坡內(nèi)部位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的自動(dòng)辨識(shí)、智能化計(jì)算。圖5位移監(jiān)測(cè)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(duì)內(nèi)部土體運(yùn)移監(jiān)測(cè)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(hào)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(hào)接收裝置放置在合適的位置處并測(cè)量出M1M3、M2M3的長(zhǎng)度及∠M1M3M2的角度（參照第2.2節(jié)）。并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)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(shí)間設(shè)置較短t=3h。當(dāng)?shù)?次接收器記錄所測(cè)得的S0、T0、a0、b0、P0后在未達(dá)到下個(gè)周期時(shí)間里用工具將信號(hào)發(fā)射器上部土體挖出并通過(guò)添、排土的辦法將信號(hào)發(fā)射器放置一個(gè)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(dòng)記錄下S1

14、、T1、a1、b1、P1。此時(shí)可顯示出模擬測(cè)量的信號(hào)發(fā)射器空間位移量。以后實(shí)驗(yàn)重復(fù)以上過(guò)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(cè)定值。通過(guò)任意選取的第3、第6組實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)值的對(duì)比分析可看出模擬測(cè)量值與實(shí)測(cè)信號(hào)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(chǎng)邊坡監(jiān)測(cè)的要求。表1邊坡內(nèi)部位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)測(cè)位移成果表Table1Theresultsofdisplacementobtainedfromtheslopeint

15、ernaldisplacementmonitingsystem初始值測(cè)定值實(shí)測(cè)值mm模擬測(cè)量值mm相對(duì)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