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科技经济导刊投稿:测量机器人在矿山边坡变形观测的应用浅析

点击次数:   更新时间:2015-9-8 14:28:26

测量机器人在矿山边坡变形观测的应用浅析

张玉明

 

(承德天地方园安全技术咨询有限公司  河北 平泉  067500

 

摘要:通过传统测量技术和测量机器人ATR技术的对比,阐述了测量机器人在矿山边坡变形测量中的优点;通过测量机器人和ATR功能的应用、数据成果的分析对比,对测量机器人ATR功能在矿山边坡变形观测的具体做法进行总结并推广。

关键词:水平位移;沉降位移;垂直位移测量;三角高程测量

 

中图分类号:P204  文献标识:A   文章编号:1007-1547201507(上)--01

 

作者简介:张玉明(1972- ),女,满族,承德天地方园安全技术咨询有限公司技术员。

 

 

1 引言

   对于矿山而言,无论是矿山开采的施工还是竣工都要进行安全监测。在这一过程中,矿山边坡的监测是矿山工程的重要内容。对矿山这类比较危险的区域进行安全监测时,采用什么方法既简单,又速度快且精度高,是测绘工作者和矿山管理部门甚至国家共同关注的重要问题。用常规的测量方法,如经纬仪、水准仪,普通全站仪进行观测,不但浪费人力、财力,效率低,而且精度也不高。测量机器人的问世为矿山开采提高了效率。

2 矿山变形监测的目的及任务

影响矿山边坡稳定的因素很多,其中有两个因素最为重要:水平位移、沉降位移。一般情况下,发生以下情况时应该进行边坡报警:

1)矿山开采边坡周边最初坡面平均下沉量超过3×10-3H和局部位置沉降速度大于10mm/d;

2)矿山开采的边坡周边原始地面最大总水平位移超过6×10-3 H

3)开采层一侧每一个变形观测点向同一个方向水平移动量平均超过10mm/d,或下沉高度平均大于10mm/d;

4)矿山开采边坡周边最初坡面不均等下沉高度大于1.2×10-3H

3 监测内容和测点布设

3.1 边坡水平位移监测

边坡水平变形监测工作就是研究露天矿边坡地质环境和工程地质条件,从而确定变形明显部位,重点监测,建立一个长期的变形观测网。

3.2  监测点选点的要求

监测点的数量和布设一定是合理的,监测点宜少不宜多。②监测点的位置的选择必须应具有突出的特点,随时间变形量较大,以便于分析和计算。③监测点要布置在观测方便且不易被破坏的位置。④所有监测点都必须埋设在不容易被破坏且能长期保存的地方。

3)监测点的建立

按照设计要求对露天矿的边坡岩体表面位移监测系统共建立了10个监测点。监测桩的位置确定首先用GPS进行放样,并对其监测点位置进行调整,监测桩桩顶安装有强制对中器。在建立基准点和监测点时,为了保证桩点的稳定,要深埋,桩深要到1200mm或到基岩,并且在挖到基岩后还要向下钻400mm,并且在岩石上打4400mm深的钻孔,埋下600mm-1000mm长的螺纹钢,并用混凝土浇筑。

4)基准点的选取要求

根据要求,按照水平位移和沉降位移二等变形测量的精度要求,此次变形监测的精度由变形体的体积、沉降速度、仪器和方法所能达到的实际精度而定。

根据矿山实际情况,对矿山沉降量和实际沉降量与实际作业的情况做出预计,设计了5个重要基准网点,位置在矿山坡上,其他点在离矿山200米以外布设,位于稳定区。要求布设的基准点位能够全面观测到矿山的变形情况,考虑到测区的实际情况,而且对于10个监测点要完全通视,并且要求基准网的选取与埋设精度达到二等三角网要求。

控制点的埋设要求:控制点的坑深1.2-1.5m之间,埋设时要求在岩石上打四个眼,形成四边形,插入直径20mm,长0.8-1.0m的金属杆,并灌入混凝土。离地面上的距离大约2000px,抹成塔形。在塔顶端有强制对中的铁板。

5)边坡的垂直位移监测

水准测量方法在矿区受到地形的限制,在坡度较大和地形比较复杂的地区,测站架设将会增多,从而使精度降低,并且外业作业量和测量成本较大,测量速度较慢。然而三角高程测量不会受地形高低起伏的限制,且测量速度快。所以我们采用测量机器人的三角高程测量代替二等水准精度对其测区进行垂直位移测量。

6)三角高程测量的原理

采用全站仪通过测量两点间距和竖角来求算两点间高差间距的方法,称为三角高程测量。在AB两点安置仪器进行一次单向观测,获得两组两点间的平距、竖直角、仪器高和棱镜高,就可以单向测得AB两点间的高差hABhBA,再取两次单向观测的高差平均数作为最终的高差h。即h= [ hAB+-hBA]/2

4 测量机器人在矿山具体实验方案

首先选择基准点,根据基准点布置工作基点,工作基点要分布合理,保证能观测到所有变形观测点。工作基点最好事先进行高程、坐标的联系测量,便于以后进行坐标转换。

将测量机器人安置在经过平差的工作基点上,并在混凝土观测桩上安置具有对准工作基点观测站反射棱镜。首先用人工照准目标的方法对各监测点进行逐点人工观测,取得监测点的坐标XYH,然后由测量机器人的ATR功能自动寻找照准目标,对各变形观测点进行逐点自动观测,得到各监测点的坐标(XYH)。

5 监测周期的确定

1)在边坡变形破坏发展初期,可以将监测时间分别安排在雨季前后。如第一次监测日期安排在1-3月份,第二次监测日期安排在10-12月份,这时,不仅反映了边坡坡体的最大变形,而且节省了大量的人力和物力。

2)在边坡变形破坏的中后期,坡体的形变量很大,有时一个月甚至几天的位移就达到几厘米甚至几十厘米。这时,监测周期就要因地制宜进行加密。

3)在边坡破坏发展到关键时刻,甚至需要一天一次或一天多次监测,以便及时掌握坡体变形信息,对边坡发生滑坡的时间做出较为可靠的预测,为防灾减灾提供科学、可靠的依据。

6 结束语

在矿山中,测量机器人更优于其他传统测量仪器。它不仅观测速度快于传统仪器,有更高的精度,而且为测量人员减少了作业时间,减轻了工作负担,不必再时刻携带沉重的仪器进行超负荷的工作。并且它可全天候观测,在各种恶劣天气下都可以正常进行观测,为矿山的开采实时地进行保驾护航,提供准确的报告信息。

 

参考文献:

[1] 马振利,吉长东,任东风. GPS与测量机器人联合作业模式在露天矿变形监测中的应用[J] .矿山测量,2007,(01.

[2] 徐佳, 刘晓峰, 宋伟东, 杨帆.TCA2003边坡自动监测系统的研究[J] . 矿山测量,2005,(01.

 


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