研山铁矿露天采场高陡边坡人工监测过程分析

高红岩

（河钢集团矿业公司司家营研山铁矿，河北 唐山 063700）

边坡【sideslope】指的是为保证路基稳定，在路基两侧做成的具有一定坡度的坡面。

变形监测就是利用专用的仪器和方法对变形体的变形现象进行持续观测、对变形体变形形态进行分析和变形体变形的发展态势进行预测等的各项工作[1]。

人工监测具有成本低、机动性强的特点,可广泛应用于矿山边坡、临时堆场等的安全监测。

河钢集团矿业公司司家营研山铁矿属国有大型金属矿山，地理坐标为东经118°44′27″～118°45′45″，北纬39°39′42″～39°41′59″。西邻平青大公路，东距滦河新河约1公里，北邻研山风景区，南为司家营铁矿采场，在-392m以上两采场连通。研山采场南北长约1680m，东西宽约1580m（见图1）设计露天底标高-562m，属于大型深凹露天矿高陡边坡。

图1 研山采场开采现状

随着该采场近几年地快速开采，边帮高度已接近250m，且仍在快速向下延伸，高大边坡对露天采场的安全生产造成较大威胁，边坡一旦滑坡将会导致边坡一侧作业面上的人员和设备受到伤害，造成不可估量的经济损失，国内多数金属及非金属露天矿山在边坡高度达到200m时均开展水平位移和垂直位移变形监测。且该采场东西边帮上部均被第四系地层覆盖，工程地质条件较差，采场边帮稳定性的确认逐渐成为该公司安全生产的重要工作重心，监测执行部门经与相关部门的多次讨论及现场踏勘，确定在该采场东帮及北帮分别布设人工位移监测点，用以辅助安全生产监督工作[2-4]。

1 地层及构造

1.1 地层

矿区出露地层主要为前震旦系、震旦系和第四系为主。

前震旦系（Ar）地层构成本区古老的结晶基底，主要由一套变质程度较浅、岩性较简单的变粒岩类、片岩类和石英岩类等组成，混合岩化弱而普遍。该系地层走向近南北，倾向西，倾角40°～50°。

震旦系（Z）地层主要为大洪峪组石英砂岩和少量的含燧石条带白云岩及燧石岩。其走向北北东，倾向北西西，倾角10°～25°。不整合覆盖于前震旦系变质岩系地层之上。

第四系（Q）地层分布广泛，占矿区总面积（10 km2）的70%以上。地表出露以亚砂土为主，次为坡、残积物，厚度一般20 m～30 m，最厚70 m，一般东薄西厚，北薄南厚。

1.2 构造

该采场位于新河复式背斜西翼，司家营复式向斜东翼。采场本身为一单斜构造，地层走向近南北，倾向西，倾角40°～50°。矿体内小型褶皱十分发育。F4断层是采场内的主要断层，为压扭性走向逆断层，长2700 m，控制深度-450 m，向15°～20°，倾向NWW，倾角40°～55°。

2 点位选定及安装

基准点选用该矿办公楼顶架设的华测CASS基准站。

经现场多次踏勘，结合采场现状及观测条件，终选定监测位置在该采场东侧边帮+6m、-18m、-42m、-67m、-97m台阶及北侧边帮+30m台阶。

其中该采场北侧边帮及+6m平台东边帮监测点采用混凝土观测墩，布设混凝土观测墩底座均与被观测部位紧密结合，其余两处监测点因现场条件受限选用金属观测标，观测标埋设深入岩层，均与被观测部位紧密结合。点间距50m～100m。本文以北帮为例，监测点位见图2。

监测点经自然沉降已趋于稳定，满足位移监测要求。

如因现场施工等原因监测点遭到破坏，将及时联系相关部门予以修复或根据现场情况重新布设。

图2 北帮监测点布置图

3 仪器设备选用

（1）徕卡TCR802。

（2）天宝电子水准仪。

4 测量设计依据

变形观测主要依据、技术法规及参考资料有：

（1）《工程测量规范》（GB50026-2007）。

（2）《建筑变形测量规程》（JGJ-2007）。

（3）《精密工程测量规范》（GB/T15314-94）。

（4）《测绘技术设计规定》（ZBA75001-89）。

（5）《测量平差基础》孔祥元、梅是义主编，2002年1月。

（6）《测量平差》高月华、赵新吾编，1987年8月。

（7）《全球定位系统（GPS）测量规范》

5 测量要求

（1）采用相同的观测路线和观测方法。

（2）尽量使用同一台仪器和设备，减少系统误差。

（3）测量人员尽量为固定人员，保证操作习惯一致。

（4）提前关注天气，气候环境条件要满足观测要求。

（5）每次观测前，对所使用的仪器和设备，进行检验校正。

6 测前准备

提前制定监测计划，保障边帮位移监测的连续性和周期性，准备好充足的仪器电池及相关设备，保障监测设备连续运行，测前应进行实地踏勘，确保待监测部位及周边环境相对安全方可进行作业。应实时关注边帮周围剥岩进度及现状，根据实际情况适当增设或减设监测点，对破坏的监测点要及时恢复。

7 基本技术要求

变形测量等级及精度要求按下表执行：

表1 变形测量等级及精度要求划分表

对于岩质边坡，水平位移监测相邻点位中误差不大于6mm，垂直位移监测高程中误差不大于3mm。

对于土质边坡，水平位移监测相邻点位中误差不大于12mm，垂直位移监测高程中误差不大于10mm。

8 测量原理

观测点经自然沉降稳定后，首次沉降测量值即观测点沉降基准值，本次沉降观测值与沉降基准值之差即总沉降量，本次沉降观测值与上次沉降观测值之差即本期沉降量。首次水平测量值即观测点水平位移基准值，本次水平位移观测值与上次水平位移观测值之差即总水平位移量，本次水平位移观测值与上次水平位移观测值之差即本期水平位移量。

9 观测频次确定

按每月一次监测频率对采场边帮进行变形监测工作，雨季不少于每月两次，其他特殊情况下酌情加密测次。

10 数据解算

通过内业软件解算各监测点坐标数据，通过计算得出相邻两次监测的监测点当次位移量△x、△y、△z，以及总位移量∑△x、∑△y、∑△z。

变形监测的正负号规定：

竖向位移：向上为正，向下为负[5]。

11 结论和建议

本次观测数据见表2、表3。

表2 监测点沉降观测记录表

表3 监测点水平位移观测记录表

本次野外测量和室内数据计算比对，分析得出：采场边坡沉降与水平位移均有小幅度波动，无明显沉降及水平位移，可认为测量误差，在允许范围内，采场边坡处于相对稳定状态。

如果监测数据有明显沉降及水平位移趋势，及时向相关部门提供监测数据及报告，采取加固或放坡等相应处理措施。尤其进入汛期，每日关注7日内气象预报，加强边坡巡查，提高监测频次，及时关注边坡动态。

随着科技的发展，监测技术手段日新月异，从早期的人工监测到如今在线监测的普及，两种监测手段相互佐证，从而保证了高大边坡的稳定运行。