研山鐵礦露天采場高陡邊坡人工監(jiān)測過程分析

高紅巖

（河鋼集團(tuán)礦業(yè)公司司家營研山鐵礦，河北 唐山 063700）

邊坡【sideslope】指的是為保證路基穩(wěn)定，在路基兩側(cè)做成的具有一定坡度的坡面。

變形監(jiān)測就是利用專用的儀器和方法對變形體的變形現(xiàn)象進(jìn)行持續(xù)觀測、對變形體變形形態(tài)進(jìn)行分析和變形體變形的發(fā)展態(tài)勢進(jìn)行預(yù)測等的各項(xiàng)工作[1]。

人工監(jiān)測具有成本低、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)的特點(diǎn),可廣泛應(yīng)用于礦山邊坡、臨時(shí)堆場等的安全監(jiān)測。

河鋼集團(tuán)礦業(yè)公司司家營研山鐵礦屬國有大型金屬礦山，地理坐標(biāo)為東經(jīng)118°44′27″～118°45′45″，北緯39°39′42″～39°41′59″。西鄰平青大公路，東距灤河新河約1公里，北鄰研山風(fēng)景區(qū)，南為司家營鐵礦采場，在-392m以上兩采場連通。研山采場南北長約1680m，東西寬約1580m（見圖1）設(shè)計(jì)露天底標(biāo)高-562m，屬于大型深凹露天礦高陡邊坡。

圖1 研山采場開采現(xiàn)狀

隨著該采場近幾年地快速開采，邊幫高度已接近250m，且仍在快速向下延伸，高大邊坡對露天采場的安全生產(chǎn)造成較大威脅，邊坡一旦滑坡將會(huì)導(dǎo)致邊坡一側(cè)作業(yè)面上的人員和設(shè)備受到傷害，造成不可估量的經(jīng)濟(jì)損失，國內(nèi)多數(shù)金屬及非金屬露天礦山在邊坡高度達(dá)到200m時(shí)均開展水平位移和垂直位移變形監(jiān)測。且該采場東西邊幫上部均被第四系地層覆蓋，工程地質(zhì)條件較差，采場邊幫穩(wěn)定性的確認(rèn)逐漸成為該公司安全生產(chǎn)的重要工作重心，監(jiān)測執(zhí)行部門經(jīng)與相關(guān)部門的多次討論及現(xiàn)場踏勘，確定在該采場東幫及北幫分別布設(shè)人工位移監(jiān)測點(diǎn)，用以輔助安全生產(chǎn)監(jiān)督工作[2-4]。

1 地層及構(gòu)造

1.1 地層

礦區(qū)出露地層主要為前震旦系、震旦系和第四系為主。

前震旦系（Ar）地層構(gòu)成本區(qū)古老的結(jié)晶基底，主要由一套變質(zhì)程度較淺、巖性較簡單的變粒巖類、片巖類和石英巖類等組成，混合巖化弱而普遍。該系地層走向近南北，傾向西，傾角40°～50°。

震旦系（Z）地層主要為大洪峪組石英砂巖和少量的含燧石條帶白云巖及燧石巖。其走向北北東，傾向北西西，傾角10°～25°。不整合覆蓋于前震旦系變質(zhì)巖系地層之上。

第四系（Q）地層分布廣泛，占礦區(qū)總面積（10 km2）的70%以上。地表出露以亞砂土為主，次為坡、殘積物，厚度一般20 m～30 m，最厚70 m，一般東薄西厚，北薄南厚。

1.2 構(gòu)造

該采場位于新河復(fù)式背斜西翼，司家營復(fù)式向斜東翼。采場本身為一單斜構(gòu)造，地層走向近南北，傾向西，傾角40°～50°。礦體內(nèi)小型褶皺十分發(fā)育。F4斷層是采場內(nèi)的主要斷層，為壓扭性走向逆斷層，長2700 m，控制深度-450 m，向15°～20°，傾向NWW，傾角40°～55°。

2 點(diǎn)位選定及安裝

基準(zhǔn)點(diǎn)選用該礦辦公樓頂架設(shè)的華測CASS基準(zhǔn)站。

經(jīng)現(xiàn)場多次踏勘，結(jié)合采場現(xiàn)狀及觀測條件，終選定監(jiān)測位置在該采場東側(cè)邊幫+6m、-18m、-42m、-67m、-97m臺(tái)階及北側(cè)邊幫+30m臺(tái)階。

其中該采場北側(cè)邊幫及+6m平臺(tái)東邊幫監(jiān)測點(diǎn)采用混凝土觀測墩，布設(shè)混凝土觀測墩底座均與被觀測部位緊密結(jié)合，其余兩處監(jiān)測點(diǎn)因現(xiàn)場條件受限選用金屬觀測標(biāo)，觀測標(biāo)埋設(shè)深入巖層，均與被觀測部位緊密結(jié)合。點(diǎn)間距50m～100m。本文以北幫為例，監(jiān)測點(diǎn)位見圖2。

監(jiān)測點(diǎn)經(jīng)自然沉降已趨于穩(wěn)定，滿足位移監(jiān)測要求。

如因現(xiàn)場施工等原因監(jiān)測點(diǎn)遭到破壞，將及時(shí)聯(lián)系相關(guān)部門予以修復(fù)或根據(jù)現(xiàn)場情況重新布設(shè)。

圖2 北幫監(jiān)測點(diǎn)布置圖

3 儀器設(shè)備選用

（1）徠卡TCR802。

（2）天寶電子水準(zhǔn)儀。

4 測量設(shè)計(jì)依據(jù)

變形觀測主要依據(jù)、技術(shù)法規(guī)及參考資料有：

（1）《工程測量規(guī)范》（GB50026-2007）。

（2）《建筑變形測量規(guī)程》（JGJ-2007）。

（3）《精密工程測量規(guī)范》（GB/T15314-94）。

（4）《測繪技術(shù)設(shè)計(jì)規(guī)定》（ZBA75001-89）。

（5）《測量平差基礎(chǔ)》孔祥元、梅是義主編，2002年1月。

（6）《測量平差》高月華、趙新吾編，1987年8月。

（7）《全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》

5 測量要求

（1）采用相同的觀測路線和觀測方法。

（2）盡量使用同一臺(tái)儀器和設(shè)備，減少系統(tǒng)誤差。

（3）測量人員盡量為固定人員，保證操作習(xí)慣一致。

（4）提前關(guān)注天氣，氣候環(huán)境條件要滿足觀測要求。

（5）每次觀測前，對所使用的儀器和設(shè)備，進(jìn)行檢驗(yàn)校正。

6 測前準(zhǔn)備

提前制定監(jiān)測計(jì)劃，保障邊幫位移監(jiān)測的連續(xù)性和周期性，準(zhǔn)備好充足的儀器電池及相關(guān)設(shè)備，保障監(jiān)測設(shè)備連續(xù)運(yùn)行，測前應(yīng)進(jìn)行實(shí)地踏勘，確保待監(jiān)測部位及周邊環(huán)境相對安全方可進(jìn)行作業(yè)。應(yīng)實(shí)時(shí)關(guān)注邊幫周圍剝巖進(jìn)度及現(xiàn)狀，根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)增設(shè)或減設(shè)監(jiān)測點(diǎn)，對破壞的監(jiān)測點(diǎn)要及時(shí)恢復(fù)。

7 基本技術(shù)要求

變形測量等級及精度要求按下表執(zhí)行：

表1 變形測量等級及精度要求劃分表

對于巖質(zhì)邊坡，水平位移監(jiān)測相鄰點(diǎn)位中誤差不大于6mm，垂直位移監(jiān)測高程中誤差不大于3mm。

對于土質(zhì)邊坡，水平位移監(jiān)測相鄰點(diǎn)位中誤差不大于12mm，垂直位移監(jiān)測高程中誤差不大于10mm。

8 測量原理

觀測點(diǎn)經(jīng)自然沉降穩(wěn)定后，首次沉降測量值即觀測點(diǎn)沉降基準(zhǔn)值，本次沉降觀測值與沉降基準(zhǔn)值之差即總沉降量，本次沉降觀測值與上次沉降觀測值之差即本期沉降量。首次水平測量值即觀測點(diǎn)水平位移基準(zhǔn)值，本次水平位移觀測值與上次水平位移觀測值之差即總水平位移量，本次水平位移觀測值與上次水平位移觀測值之差即本期水平位移量。

9 觀測頻次確定

按每月一次監(jiān)測頻率對采場邊幫進(jìn)行變形監(jiān)測工作，雨季不少于每月兩次，其他特殊情況下酌情加密測次。

10 數(shù)據(jù)解算

通過內(nèi)業(yè)軟件解算各監(jiān)測點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)，通過計(jì)算得出相鄰兩次監(jiān)測的監(jiān)測點(diǎn)當(dāng)次位移量△x、△y、△z，以及總位移量∑△x、∑△y、∑△z。

變形監(jiān)測的正負(fù)號規(guī)定：

豎向位移：向上為正，向下為負(fù)[5]。

11 結(jié)論和建議

本次觀測數(shù)據(jù)見表2、表3。

表2 監(jiān)測點(diǎn)沉降觀測記錄表

表3 監(jiān)測點(diǎn)水平位移觀測記錄表

本次野外測量和室內(nèi)數(shù)據(jù)計(jì)算比對，分析得出：采場邊坡沉降與水平位移均有小幅度波動(dòng)，無明顯沉降及水平位移，可認(rèn)為測量誤差，在允許范圍內(nèi)，采場邊坡處于相對穩(wěn)定狀態(tài)。

如果監(jiān)測數(shù)據(jù)有明顯沉降及水平位移趨勢，及時(shí)向相關(guān)部門提供監(jiān)測數(shù)據(jù)及報(bào)告，采取加固或放坡等相應(yīng)處理措施。尤其進(jìn)入汛期，每日關(guān)注7日內(nèi)氣象預(yù)報(bào)，加強(qiáng)邊坡巡查，提高監(jiān)測頻次，及時(shí)關(guān)注邊坡動(dòng)態(tài)。

隨著科技的發(fā)展，監(jiān)測技術(shù)手段日新月異，從早期的人工監(jiān)測到如今在線監(jiān)測的普及，兩種監(jiān)測手段相互佐證，從而保證了高大邊坡的穩(wěn)定運(yùn)行。