矿山监测（共10篇）
矿山监测 篇1
我国是矿业大国, 随着国民经济的飞速发展, 我国的矿山开发规模也日益扩大, 为我国经济的发展做出了突出的贡献。矿山开发是一项改变自然地形地貌的人类活动, 大规模的矿山开发对于矿山的地质环境产生了十分严重的影响, 由此也形成了很多矿山地质环境问题。矿山开发诱发的地质环境问题与矿山的矿产种类、开采方式、矿山地质环境背景以及矿山开发企业的管理水平, 开发规模有着密切的关系。我国幅员辽阔, 地质条件复杂, 矿山的种类也多种多样, 开采条件也各有不同, 再加上矿山开采企业结构复杂、技术水平与管理水平参差不齐, 使得我国由于矿山开发诱发的地质环境问题表现出类型多、分布广的特点。具体来说可以归纳为资源损毁、地质灾害、环境污染3大类, 主要包括矿产资源开发压占、毁损土地资源严重;采矿活动引发的地面 (沉) 塌陷、地裂缝、边坡失稳等地质灾害问题突出;矿产资源开发过程中的“三废”排放污染环境, 造成公害;采矿活动造成了地下水均衡系统破坏;采矿活动加剧了矿区水土流失和土地沙化。[1]
对矿山地质环境进行专业、系统的监测是评估、判断矿山开发对地质环境的影响与危害程度的前提与基础工作。由于多种原因, 我国对于矿山地质环境的监测起步较晚, 矿山地质环境系统化的监测工作还没有有效开展起来, 在监测内容与方法、监测技术、监测范围以及监测质量等方面还存在不足, 在一定程度上严重影响了矿山环境管理的决策以及矿山地质环境保护与恢复治理工作的开展。
1 矿山地质环境监测的对象及要素
根据目前相关的研究成果, 矿山地质环境监测对象主要包括了矿区地下水环境、地下水污染、土壤环境、土壤污染、采空区塌陷、边坡、含水层破坏、地表形态破坏等。
地下水环境主要是指监测由于矿山开发而对矿区地下水环境造成的影响, 主要监测要素包括地下水位、水质、水量、流速、温度等;地下水污染是指由于矿山开发而导致的有害、有毒物质进入地下水, 引起地下水质量下降的现象, 其主要监测要素为地下水污染组分以及地下水温度等;土壤环境监测主要是指对矿区土壤在矿业活动中其生态环境系统受到的影响进行的监测, 主要监测要素包括土壤微量元素、重金属元素以及土壤水溶性盐等;采空区塌陷监测是指对矿山采空区进行的在自然、人为等因素作用下产生的失稳、塌陷过程或现象的监测, 其监测要素主要为地表、地下形变以及孔隙水压力、土压力及地脉动等;不稳定边坡是指在矿山开发过程中形成的易发生失稳变形或破坏的临空土体或岩体, 其监测要素主要为地表、地下形变以及岩土体含水率、地脉动、孔隙水压力及土压力等;含水层破坏是指由于矿山开发而造成地下水含水层位置、厚度、孔隙率等发生物理变化, 致使含水层的渗透系数、导水系数等水文地质参数改变的过程或现象, 其监测要素主要为含水层厚度、地下水位、地下水流量等;土壤污染是指由于矿山开发而产生的有害、有毒物质进入土壤, 引起土壤的组成、结构和功能发生变化, 构成对农作物和人体的影响和危害的现象, 其监测要素主要为土壤污染组分以及土壤水溶性盐等;地表形态破坏是指在矿山开发过程中改变了矿区的地表形态, 造成矿区的地形地貌发生重大破坏的过程或现象, 其监测要素主要为压占土体面积、剥离岩土体积以及植被损毁面积等。
2 矿山地质环境监测的原则
矿山地质环境监测的原则主要包括四个方面:即国家、地方和矿山企业联合监测原则;重点区域重点监测、先行监测原则;常规与应急监测相结合的原则;多种监测手段与方法并重原则。
国家、地方、企业三级联合监测可以确保对矿山的地质环境监测更到位, 有利于矿山地质环境监测落到实处;重点区域重点监测、先行监测, 在国家与地方层面, 这一原则是优先对矿产集中开采区或者群采点进行监测, 以确保矿山地质环境监测工作的有序开展, 在矿山企业层面, 则是集中技术与资金实力, 对矿区的重点监测对象优先进行监测;常规与应急监测相结合原则是指要在常规的定期监测之外, 对于重点区域、重点监测对象应具备应急监测的能力, 以应对发生突发性事件时快速获取矿区地质环境数据的需要;多种监测手段与方法并重是指要将传统的监测手段与高新技术相结合, 要充分考虑到监测技术的经济性、适用性以及有效性。
3 矿山地质环境监测的主要内容
矿山地质环境监测的主要内容为矿山开发侵占、破坏土地及土地复垦监测;固体废弃物及其综合利用监测;尾矿库监测;采空区地面沉降、塌陷监测;矿区地质灾害监测;矿区水土流失与土地沙化监测;矿区地表水污染、地下水监测;矿区土壤污染监测等。
矿山开发对于矿区土地资源的侵占、破坏是十分严重的, 因此, 对其进行必要的监测是矿山地质环境监测的重要内容, 具体的监测内容包括侵占、破坏土地的面积、方式, 植被破坏的类型、面积以及土地复垦的面积等。矿山开发过程中会产生大量的固体废弃物, 对矿区的地质环境具有十分重要的影响, 因此也是矿区地质环境监测的重点, 具体内容包括固体废弃物的排放种类、年排放量、积存量以及综合利用量等, 此外, 固体废弃物的堆放也是监测的重要内容, 包括堆放隐患、压占地面积等。尾矿库是矿山地质环境监测的重点区域, 主要监测内容包括尾矿库的数量与规模大小、尾矿的主要有害成分以及存在的主要隐患等。采空区塌陷监测内容主要为塌陷区数量, 塌陷面积, 塌陷坑最大深度、积水深度, 塌陷破坏程度等;矿区地质灾害监测的主要内容为对矿区本年度地质灾害发生次数、造成的危害, 地质灾害隐患点或隐患区的数量, 已得到治理的隐患点或隐患区的数量的全面监测;矿区水土流失与土地沙化监测内容主要为矿区水土流失和土地沙化的区域面积及治理情况等;矿区地表水污染、地下水监测的主要内容为对矿山开发排放的废水废液类型, 年产出量、排放量、处理量、排放去向以及地表水体污染源、主要污染物、污染程度及造成的危害、年循环利用量、年处理量等方面的监测;矿区土壤污染监测的主要内容为土壤污染的污染源、主要污染物、污染程度及造成的危害等。
4 矿山地质环境监测的主要技术与方法
矿山地质环境监测的主要技术方法包括现场人工调查、量测以及取样分析;GPS监测;遥感技术监测等。
对于矿山采空区的监测, 矿区塌陷面积较大的, 可以采用遥感技术监测;重点矿区可采用高精度GPS、钻孔倾斜仪、全站仪等监测, 其他则可以采用人工现场调查、量测。矿区水土流失监测可以采用遥感技术监测和人工现场调查、量测相结合的方式。矿区土地沙化监测可以采用地下水水位动态监测和地面GPS监测以及遥感卫星监测等。矿区侵占破坏土地与土地复垦监测采用人工现场调查、量测, 辅以遥感技术方法。矿区土壤污染监测可以采用人工现场调查、取样分析, 辅以土壤污染自动监测仪的方式进行。其它如矿区地表水体监测、废水废液排放监测、地下水水质监测等, 采取人工现场调查、取样分析的方法进行。
摘要：矿山开发对于矿区的地质环境造成了诸多的不良影响, 对矿山地质环境进行专业、系统的监测是开展矿山地质环境保护与恢复治理工作的重要基础。该文对矿山地质环境监测的对象及要素进行了较为详细的阐述, 提出了矿山地质环境监测的原则, 并对矿山地质环境监测的内容与方法进行了探讨。
关键词：矿山地质环境,环境监测,地质环境监测
参考文献
[1]张进德, 田磊, 赵慧.我国矿山地质环境监测工作方法初探[J].水文地质工程地质, 2008 (2) :129-132.
[2]孙伟, 王议, 张志鹏, 等.矿山地质环境监测对象及要素研究[J].中国矿业, 2014 (7) :57-60.
矿山监测 篇2
中国矿业大学机电工程学院 罗雪
【摘要】本文章主要介绍多媒体在矿山监测监控系统中应用。主题词 多媒体
矿山
监测
监控
The use of multimedia in the mine monitoring &supervision [Abstract]The paper briefly introduce The use of multimedia in the mine monitoring &supervision。
Key words multimedia mine monitoring supervision 1 引言
众所周知，安全是煤矿山产中的头等大事；高效是一切生产活动所追求的重要目标。及时准确无误的监测监控井下井上生产环境和设备工况，工人的安全，所在位置，生产情况，确保安全实现自动化管理是煤矿检测系统必备的条件。基于这种要求，采用多媒体进行监控监测日益普及，今天就来谈谈多媒体在矿山监测监控系统中应用。正文
一般所说的多媒体技术是指,即将文本、图形、图像、音频、视频、动画等单媒体通过计算机进行综合处理后形成复合信息传播媒体。对于矿山矿井的特殊环境来说，对多媒体的技术要求相对来说比一般的要高。具体要求如下： 1）实用性和经济性，如防弧，防湿度过大，由于矿井深度带来的信号减弱，信号不稳定等。矿山监测监控对多媒体的要求； 多媒体系统应始终坚持面向应用，坚持使用经济原则。
2）先进性和成熟性 应采用先进的技术方法，又要注意结构设备的相对成熟，抑郁应用到实际操作中，可操作性要强
3）开放性和标准性 为了满足形同选不用的多媒体设备同时协调运行，在长期的使用中可方面便维新更好换，遵循统一的国际标准，设备来源更加丰富。4）可靠性和稳定性 必须保证实时的不间断的监测监控活动的进行，必须拥有较高的的稳定性和可靠性，以取得最佳的使用效果。5）可操作性要强 易于普通工人的监测报告 多媒体的应用可分为四个部分组成；
采集端：负责所需金控监测对象的数据的采集。如使用GPS定位矿井下工作人员所处的工作面工作位置，湿度传感器采集矿井中湿度的数量值，瓦斯传感器监测井道中瓦斯的含量，氧气的含量，传输段：将采集的数据通过一定的形式传送到下一阶段。比如将瓦斯传感器采集的数据传输到计算机系统中。
中继处理段：如果传输段的距离太远，此时信号已经十分微弱，此时可使用中继处理段来接受数据，放大后传送给下一个端口。比如无线视频的传送距离是很有限的，为了加大传输的距离，因此，家中继段很有必要。
接收端处理段：接受传送段和中继段传送的数据，并进行处理，如输出此时瓦斯的浓度值，是否在安全得范围内。
矿山监测 篇3
关键词：矿山地质环境；遥感原理；遥感调查；动态监测；方式应用
一、遥感监测理论知识概述介绍
遥感监测是利用遥感技术进行监测的技术方法。遥感技术就是根据电磁辐射（发射、吸收、反射） 的理论， 应用各种光学、电子学和电子光学探测仪器对远距离目标所辐射的电磁波信息进行接收记录， 再经过加工处理， 并最终成像， 从而对环境地物进行探测和识别的一种综合技术。监测对象主要是地面覆盖、大气、海洋和近地表状况等。遥感广泛用于气象、土地、海洋、农业、地质、和军事等领域。
二、矿山地质遥感监测的研究背景
我国矿业活动诱发的矿山环境地质问题类型多、分布广，主要可以归纳为资源损毁、地质灾害、环境污染三大类，包括：①矿产资源开发压占、毁损土地资源严重；②采矿活动引发的地面（沉）塌陷、地裂缝、边坡失稳等地质灾害问题突出；③矿产资源开发过程中的“三废”排放污染环境，造成公害；④采矿活动造成了地下水均衡系统破坏；⑤采矿活动加剧了矿区水土流失和土地沙化。
为了进一步掌握我国矿山地质环境发展变化趋势，必须进行矿山地质环境监测。通过监测及时掌握矿山地质环境动态变化规律，预测矿山地质环境发展变化趋势，从而提出相应的防治措施。由于多方面的原因，我国还没有系统地开展矿山地质环境监测工作，严重影响了矿山环境管理决策的制定。
三、遥感技术应用于环境监测的原理及优势
1.遥感技术监测的原理
不同环境体由于组成它们的分子和原子数量和排列组合方式不同， 它们所特有的发射的电磁波性质也不同， 它们反射外来电磁波的性质也就不同。因此不同的环境体发射不同波段的电磁波，不同的环境体对太阳和人工辐射有不同的吸收和反射及透射能力，这些差别经过“遥感”形成了不同的成像，然后通过这些不同的遥感成像解译就可区分不同的环境体，这就是遥感技术可进行宏观环境要素监测的原理。
2.遥感技术监测的优势
遥感技术应用于宏观生态环境要素的监测，具有视野广阔、获取的信息量多、效率高、适应性强、可用于动态监测等众多优点， 同时其技术方法成熟。尽快进行宏观生态环境的遥感监测， 对提高环境监测工作的水平， 扩大环境监测的影响力， 使环境监测基础工作与经济的发展、人们生活水平的提高、环境保护的要求相适应， 对最终控制我国生态环境状况恶化的趋势， 保护生态环境， 具有非常重要的现实意义。
四、尾矿库遥感监测与安全性评估
1.尾矿库底数与合法性遥感监测
矿山环境遥感监测的实践经验证明，空间分辨率在2．5m 以上的遥感数据完全能够准确地识别出各种矿业活动所需的尾矿库，包括正在生产使用的尾矿库、废弃的尾矿库和已闭库的尾矿库。如果辅以“安全生产许可证”数据，则能进一步识别出未颁发安全生产许可证的尾矿库，为分类实施监管和依法关闭取缔非法生产、不具备安全生产条件的尾矿库监管提供客观的、现实性强的基础数据。
2.尾矿库安全性遥感评估
尾矿库的安全由尾矿库的防洪安全、尾矿坝安全和尾矿库库区安全3部分组成。另外，库容监测及突发降雨条件下的库容量也是和尾矿库安全性密切相关的重要因素。参考尾矿库安全技术规程，用遥感和地理信息系统技术识别和计算相关因子，从以下4个方面开展尾矿库稳定性评价。
【1】防洪安全遥感调查
（1）采用1：1万比例尺甚至更大比例尺的DEM数据，计算尾矿库滩顶高程。目前，雷达干涉测量及Lidar技术均能够生成高精度的DEM 数据，提取现实性较强的高分辨率DEM数据。
（2）尾矿库干滩长度遥感测量。
（3）尾矿库沉积滩干滩的平均坡度遥感估算。需要高分辨率的DEM 方可满足估算需求。
【2】尾矿坝遥感调查
（1）尾矿坝的轮廓尺寸、变形、裂缝、滑坡和渗漏、坝面保护等遥感监测。借助于高空间分辨率遥感数据，可以实现对尾矿坝的轮廓尺寸、一定程度的裂缝、滑坡、坝面保护情况等的遥感监测，利用雷达干涉测量则可以实现对尾矿坝变形的监测。
（2）尾矿坝的外坡坡比监测。利用高分辨率的DEM 数据生成坡度图，可以监测尾矿坝的外坡坡比。
【3】尾矿库库区遥感监测
（1）尾矿库库区周边山体稳定性遥感监测。利用空间分辨率大于2.5m 的遥感数据监测周边山体滑坡、崩塌（塌方）和泥石流等情况，分析周边山体发生滑坡等地质灾害的可能性。
（2）矿区范围内危及尾矿库安全遥感监测。目前，矿产资源开发状况遥感监测已经形成了较为成熟的工作方法和技术流程。结合采矿权数据，可以获取矿区上游及周边界外开采的状况，查清是否存在采砂等危害尾矿库安全的隐患情况。
【4】尾矿库库容遥感监测
当尾矿库库容接近或者超过设计库容时，则有溃坝的可能性。利用最新时相的立体像对遥感数据，基于正射影像获取尾矿库的水位、水位线内的面积、边界等参数；采用高分辨率的DEM 统计出尾矿库的最高水位线高程信息及最高水位线内的平均高程信息，利用式（1）即可计算出尾矿库库容。
3.尾矿库环境影响评估
对尾矿库下游和周边的居民地、重要基础设施、水源地影响情况的评估是尾矿库监管的重要内容。利用遥感数据可以查清尾矿库下游和周边的居民地、重要基础设施、水源地等的空间分布：结合高分辨率的DEM 数据可以估测尾矿库的库容量。结合三维遥感影像可以对尾矿库的环境影响状况进行初步评估。
总结：构建高效、通用、可靠的监测体系，建立矿山地质环境监测及综合评价应用示范与相关的标准规范，全面推进以遥感、地理信息系统为核心的空间信息技术在矿山地质环境遥感监测中的综合应用，直接服务于矿区可持续发展，具有重要的现实意义。
参考文献
[1]吴虹，杨永德，王松庆．矿山生态环境遥感调查试验研究Ⅱ]．国土资源遥感，2004，4
[2]王洁，杨锋杰，李江涛，等．遥感技术在江西德兴铜矿矿区污染研究中的应用Ⅱ]．山东科技大学学报2005，24
矿山地质环境监测工作方法初探 篇4
本文中笔者针对于现阶段的矿山地质环境监测工作方法做了简单的分析。对于什么是矿山地质环境监测工作, 为什么要进行这种工作, 以及到最后的这种工作的有利之处在哪。都做了比较准确并且是比较客观的评价。对于现阶段的矿山地质环境的现状也做了简单的分析。
1 矿山地质环境监测工作的简单介绍
矿山地质环境监测工作在采矿工作中是非常重要的一项工作。简单的说就是对于采矿中遇到的一些列的环境问题进行了非常好的监测。对于采矿前后都会有着非常明确的介绍。很显然, 在一定情况下, 采矿的前后, 都会对相关的地质环境有着非常明显的破坏。下面笔者主要对于什么是矿山地质环境监测, 为什么要进行矿山地质环境监测, 矿山地质环境的现状, 矿山地质环境监测的意义
四个方面, 做一个简单的介绍。
1.1 什么是矿山地质环境监测
矿山地质环境就是对于矿山周围的环境进行检测, 采矿等工作对周围的环境有着非常大的影响, 在正式开采之前, 一定得对其进行预测开采后的结果。矿业活动会影响到矿山周围的环境, 包括周围的地质以及相关的大气等因素。相关的矿山地质环境监测就是对其中的各个方面进行的监测。及时对其作出反馈信息。有问题就要及时解决。这样才能保证整个的矿山地质环境的稳定。对于采矿后对地质环境的破坏也要及时的补救, 这样才能更好的让人与自然和谐共处。
1.2 为什么要进行矿山地质环境监测
矿山地质环境的监测有着其自身的意义。非常明确的就是对于现阶段的生活环境的不断恶化, 人们对于高质量的生活需求中, 逐渐忽略了对于生活环境的保护, 大力开采矿产资源的时候, 不难发现的就是对于现阶段的环境的大肆破坏。地形的塌陷, 地下水质的污染, 相关的一系列的问题的出现就直接导致了我们的生活质量的下降。大家都觉得生活质量的提高就是对于高新科技的拥有以及使用, 其实不然, 良好的环境才是享受生活的前提。所以说进行矿上地质环境的监测的主要的原因就是因为相关的环境问题遭到破环。
1.3 矿山地质环境的现状
矿山地质环境的现状确实是不容乐观的。相关的地形发生塌陷之后, 直接导致的就是相关的地下水循环发生了改变, 也使得非常多的生物链发生了断裂, 最后的结果就是对于整个的矿山地质环境发生了非常大的影响。如何更好的对现阶段的环境问题得到改善也是现阶段的主要问题。但是针对于相关的采矿企业而言, 人们对于矿山地质环境的监测等工作的重视程度还是不够的。人们的生活水平的不断提高, 导致的就是越来越对生活环境的漠视。最终的结果就是现阶段的矿山周围的环境现状不容乐观。
1.4 矿山地质环境监测的意义
矿山地质环境监测的意义是非常重要的。从最简单的环境方面来说, 不难看出的就是现在的矿山地质环境中, 有很大一部分是因为被采矿企业以及相关的采矿后的一系列的原因造成的。对于现阶段的很多问题来说, 如何更好的对矿山地质环境进行监测也是现阶段的矿产企业的重点问题之一。提高了矿山地质环境的监测, 才能更好的对矿山周围的地质环境进行全面的了解。为最终的环境保护以及环境的改良有着非常好的监测作用。也是对现阶段的环境进行一个比较全满的了解。
2 矿山地质环境监测的工作方法
矿山地质环境监测的工作主要的几个方面就是塌陷深度, 积水深度, 塌陷面积等方面的监测, 还有就是对于现阶段主要的地下水的遥感监测。塌陷的区域主要的就是对于现阶段无法完全完成的填补矿材的面积。有很多人对于注水等方法也进行了非常好的研究但是相关的地质环境还是会遭到很好的破坏。怎样将这样的监测工作以及善后工作做得更好, 就需要现阶段工作人员的共同努力去探索了。下面笔者主要对于塌陷给大家做一个简单的介绍。希望能对大家有一定的帮助。
2.1 塌陷是矿山地质环境的主要问题
塌陷区影响因素监测主要包括地表水动态, 地下水动态, 人类工程活动情况监测。大家都知道, 一旦出现了塌陷, 那么整个的地质环境就被破坏的非常严重了。一方面是由于塌陷而导致的地下水的断流, 以及相关的地形被破坏之后的一些地表的生物链的断裂甚至是整个覆灭性的破坏。
3 矿山地质环境监测未来的发展
现阶段的人们对于矿山地质环境的监测还是存在着非常多的疑惑。下面笔者就对于矿山地质环境监测未来的发展做一个简单的介绍。主要从矿山地质环境监测的发展趋势, 建立完善的矿山地质环境监测体制两个方面入手。
3.1 矿山地质环境监测的发展趋势
矿山地质环境监测的发展趋势其实都是非常可观的。主要的原因在于现阶段的环境越来越差, 人们已经在进行清醒的认识了。如何更好的对这样的生活做一个改善, 那就是加强矿山地质环境监测。
3.2 建立完善的矿山地质环境监测体制
建立完善的矿山地质环境监测体制对整个的环境的保护以及改善都是有着非常大的意义的。很显然的就是在现阶段下, 人们对于环境保护的意识还不是太强烈, 更好的进行相关的强制, 是非常有必要的。建立完善的矿山地质环境监测体制就是非常重要的事情。对相关的工作都有着非常明确的规定。
4 结论
综上所述, 笔者对于现阶段的矿山地质环境做了一个简单的介绍。对于现阶段的人们对于矿山地质的环境监测的认识以及现阶段的矿山地质环境的现状, 众所周知的就是现在的地质环境相对较差, 并且相关的技术的开采还是非常落后的, 对于开采之后, 地形的塌陷以及一系列的环境问题等等, 都是非常严峻的。如何更好的对环境进行保护也是亟待解决的。笔者在本文中为大家介绍的, 希望能对大家有一定的帮助。
参考文献
[1]刘小飞, 辛亮, 程胜高.钒矿开发固体废物对环境的影响及处理处置探讨[A].中国矿物岩石地球化学学会第11届学术年会论文集[C], 2007.
矿山监测 篇5
摘要：随着我区矿山地质环境监测工作不断地成熟发展，以过去单一调查为手段的矿山监测工作将由卫星遥感监测及更为细化整体型监测所慢慢取代。其中所说的细化整体型监测就包括以无人飞行器为手段，对矿山各类型监测要素（如排土场、露天采坑）进行无时段限制飞行监测。本文简要阐述针对小型无人飞行器在我区矿山地质环境动态监测工作中的应用。
关键词：无人飞行器；矿山地质；环境监测；地空一体化
1. 引言
通过无人飞行器近几年在我国不断地发展与演变，技术逐渐日益成熟，其应用领域不断拓宽，涵盖了包括地质环境测量在内等诸多领域。由于我区是一矿业大省，其矿产资源丰富，矿山开采类型多样，开采历史悠久。矿业的开发在推动我区国民经济发展中做出不可磨灭贡献的同时也随之而来造成了生态及地质环境的破坏。为了全面及科学系统地掌握我区矿山地质环境年度动态变化情况，分析其矿山地质环境问题变化特征。内蒙古自治区国土地环系统出台了一系列全区年度性矿山地质环境动态上报机制，包含全区各矿山地质环境问题、保证金治理方面等。并于2014年通过矿山地质环境动态监测示范区的建设，秉承先试点，后推广，示范先行、逐步推进原则，总结出一套行之有效的监测方法对全区重点矿区地段进行针对性监测。本文简要介绍通过此次矿山地质环境动态监测示范区建设所运用到的小型无人飞行器监测工作方法。
2. 我国无人飞行器发展现状
无人机（unmanned aerial vehicle或drone）是一种由无线电遥控设备或自身程序控制装置操纵的无人驾驶飞行器。无人机用途广泛，成本低，效费比好，无人员伤亡风险，生存能力强，机动性能好，使用方便等优势，使得无人机在航空拍照、地质测量、高压输电线路巡视、油田管路检查、高速公路管理、森林防火巡查、毒气勘察、缉毒和应急救援、救护等民用领域应用前景极为广阔。正是因为看到未来无人机的民用市场潜力巨大，除一些科研院所外，民营企业也开始介入无人机市场。目前粗略估计全国约有170多家单位在生产无人机。“就低端产品而言，一套无人机系统的生产成本有可能不超过几十万元，这也是中国有众多厂家看重无人机市场前景的一个原因。
现如今我国小型无人飞行器分为固定翼及四轴或四轴以上螺旋翼两种，其中用途较为广泛性价比较高的主要为四轴或四轴以上螺旋翼飞行器，它主要具备机动性、灵活性和安全性、其分辨率相对较高、无需专用起降场地，升空准备时间短、易于操控，并可空中悬停多角度拍摄等特点，特别适合在山区及地形复杂地段应用。本文所介绍的小型无人飞行器为四轴螺旋翼飞行器。
3. 全区矿山地质环境动态监测现状
3.1 全區矿山地质环境动态监测现状
自2010年至今，内蒙古自治区国土系统按年度形成以县级→市级→省级→部级的逐级上报表格数据的模式，建立了我区年度矿山地质环境动态监测数据库体系，为矿山地质环境治理提供了基础数据。并且从2014年开展的监测示范区项目也有助于进一步对全区重点矿区实施动态监测提供有效技术帮助。从矿山企业来讲，我区2008年矿山地质环境治理恢复保证金制度建立以来。已有部分大中型矿山开始对矿区存在的矿山地质环境问题有针对性的展开定期监测。
3.2 矿山地质环境监测存在的问题
虽然我区现已初步开展了矿山地质环境监测工作，但由于矿山地质环境监测工作本身所具有的系统性、准确性、可操作性等诸多要求，况且在全国层面矿山地质环境监测仍处于实验性阶段。对于我区下一步矿山地质环境监测工作仍面临严重的挑战。其存在的具体问题如下：
3.2.1 在行政监测方面：虽然我区从2010年开始就已经通过全国矿山动态监测上报系统，初步了解掌握了全区年度性矿山地质环境现状，但由于全区矿山数量较大、矿种较多、分布面积较广等因素，对于全区矿山整体性监测统计而言仍存在巨大难度，加之全区矿山动态监测系统仅能满足年报需求且上报数据的准确性仍有待于进一步提高。
3.2.2 矿山企业自行监测方面：通过近几年矿山动态监测工作及矿山保证金与矿山地质环境治理方案的逐步开展，全区不少大中型矿山均已开展矿山地质环境动态监测工作，并且投入了不少财力与物力，取得了显著的成效，同时带来了很多新方式、新技术、给全区矿山地质环境监测工作下一步的发展方向提供了很多新思路。但由于各矿山企业根据自身需求，仅把监测力度投入在矿业开发易产生地质灾害隐患点处，不具有规模性。且所需监测经费投入较高，不具有普及性与可操作性。
4. 飞行器在矿山地质环境动态监测工作中的应用
综上所述，现阶段我区矿山地质环境动态监测仍处于起步阶段，所涉及矿山地质环境问题数据，大部分仍靠过去的调查方法及以点带面的形式统计出来，所反映的数据准确程度仍有较大差异。本次全区矿山地质环境动态监测示范区所运用的小型无人飞行器将对这一问题进行实验性监测。
4.1 监测工作流程
考虑到飞行器对地形地貌景观破坏有直观的监测效果，根据矿山地质环境的类型（工业广场、排土场、露天采坑、地面沉陷、地面塌陷、已治理区域），飞行器除不能反映深度以外，均能通过平面或多角度拍摄，后期合成校正等手段反映其监测类型面积及整体变化情况。其监测工作流程如下：
首先，将飞行器起降地点布设在所监测类型的中心部位，这样更便于对监测类型进行航空拍摄；其次，地面人员对所监测类型周边及中心地带布设若干控制点，布设可按地面参照物进行设点。起飞后可根据监测类型的大小，来控制飞行高度，本文所运用的四轴螺旋翼飞行器最大飞行高度为500m，最远控制距离为1000m。根据实际监测，在飞行高度200m时对地物拍摄面积为0.2km2。若监测类型面积较大时，可设定航线（一般按“S”形）对地物进行分片拍摄，后期拼接来进行。若反映监测类型整体情况时，可根据监测类型实际形态，选取适当高度及角度（本文飞行器摄像头偏移角度为±90°）来进行拍摄。
4.2 后期处理
在飞行拍摄结束后，若条件允许可现场进行影像合成及校正工作。其主要考虑若本次飞行拍摄达不到预期效果，可安排重复拍摄，以达到其监测目的。影像合成时（单幅就能反映监测类型的除外）必须遵循飞行航线拍摄时间轨迹，运用图像合成软件进行拼接，拼接后根据先前布设好的地面控制点及参照物，运用空间地理信息校正系统软件进行后期合成校正，已达到量测监测类型面积的效果（见照片1、2）。
5. 结束语
矿山地质环境动态监测是一项任重道远的工作，其监测过程中所运用到的方式方法也在逐步摸索阶段，本文仅通过运用小型无人飞行器来对矿山地质环境问题类型进行航拍监测工作论述，以求拓宽我区矿山地质环境监测手段领域，为实现日后系统性“地空一体化”矿山监测做出努力。
参考文献：
[1] 无人机在矿山监测中的应用（卢小平）.
[2] 周文生， 吴振宇， 刘海燕. 无人机遥感在矿山地质环境调查中的应用[J]. 地下水， 2014（2）：128-129.
矿山监测 篇6
近些年, 我国煤矿安全事故频繁发生, 其中主要是顶板和瓦斯事故, 从煤矿事故统计来看, 顶板事故一直居各类事故之首。因此, 对于煤矿巷道顶板的压力监测是一项十分必要的工作, 如何实时、有效的监测巷道顶板的压力成为煤矿安全监控系统中的研究重点。若能及时准确地掌握巷道或工作面某一区域的压力变化情况, 便可将人员伤亡和经济损失降至最低。另外, 实时采集巷道中的顶板压力数据, 也可根据其压力变化趋势对该区域可能出现的事故做出预测。
1 系统无线通信模块选择
由于煤矿井下工作环境恶劣, 各种干扰因素复杂, 另外还需要考虑到各种安全因素, 如防爆等, 故设计时选用工作电压低、功耗小、发射功率小、抗干扰能力强的Zigbee无线通信模块。本设计中采用的是Chipcon公司推出的用来实现嵌入式Zig Bee应用的片上系统CC2430, 它支持2.4GHz IEEE 802.15.4/Zig Bee协议, 芯片具有可编程闪存以及通过认证的Zig Bee TM协议栈。它采用增强型8051 MCU、32/64/128kb闪存、8KB SRAM等高性能模块, 并内置了Zig Bee协议栈, 加上超低能耗, 使得它可以用很低的费用构成Zig Bee节点。
2 矿山压力智能传感器节点的设计方案
矿山压力智能传感器节点布置在巷道, 由于这些节点内写入的坐标与实际环境的坐标一一对应, 因此, 这些结点在布置完成后就不轻易更换位置, 除了结点出现故障或者网络重新布置。固定在巷道中的传感器采集节点具有主要两个功能:监测整个矿井的环境特征, 转发数据。由于这些结点处于矿井巷道, 因此, 可以考虑采用矿用安全电池进行供电。矿井巷道固定结点作为无线传感器网络的传输转发结点, 担负着传输自身采集的压力数据值。这些数据最终传送到汇聚结点, 然后再经过有线网络保存在整个系统的数据服务器内。每个工作层面的无线传感器局域网内的通信采用无线方式, 而无线网络之间则采用有线局域网的形式进行通信。智能传感器节点固定在巷道顶板上, 根据煤矿压力数据采集装置的功能要求, 硬件主要由四部分组成:数据采集模块、微处理模块、无线通信模块、电源模块4个部分组成, 如图1所示。作为一个完整的嵌入式检测系统, 要求设计的组成部分的性能必须是协调和高效的, 各个模块实现技术的选择需要根据实际的应用系统要求而进行权衡和舍取。
传感器模块负责监测区域内信息的采集和数据转换;处理器模块负责控制整个传感器节点的操作, 存储和处理本身采集的数据以及其它节点发来的数据;无线通信模块负责与其它传感器节点进行无线通信, 交换控制消息和收发采集数据;能量供应模块为传感器节点提供运行所需的能量。
3 系统软件设计
本文的工作是设计矿山压力智能传感器节点, 主要是对智能传感器节点的应用层程序进行开发。节点无任务时处于休眠状态, 只有中断请求时才被激活。传感器节点上电工作以后, 主要执行以下步骤:
首先进行硬件初始化 (包括MCU的时钟起振、各层的硬件支持的初始化、无线模块的初始化等) ;其次寻找网络并申请加入, 在成功加入传感器网络之后, 进行地址绑定, 这样可以让传感器节点的地址信息出现在协调器的绑定表中, 实现传感器节点与协调器的关联;随后传感器节点进入休眠模式, 等待中断的发生, 中断包括通信事件和数据采集事件;数据采集部分依次是压力数据采集、数据处理和数据存储, 采集程序完成后, 节点返回到休眠模式;
通信子程序包括发送数据和接收数据, 需要建立通信链路;每次中断完成后传感器节点都返回到休眠模式, 等待下次中断事件的发生。
4 结论
对于煤矿巷道顶板的压力监测是一项十分必要的工作。由于低成本、低功耗、高容错、自组织、多功能等不同于其他无线网络的特性, 使得无线传感器网络在环境状态监测, 突发事件处理和移动目标跟踪三大类应用中, 具有传统系统无可比拟的优势。本文针对目前的煤矿监测系统的不足, 结合无线传感器网络的特点, 将基于Zig Bee技术的无线传感器网络技术应用于矿山压力监测系统, 设计了一套适合于矿山井下环境的无线压力传感器系统。
摘要：对于煤矿巷道顶板的压力监测是一项十分必要的工作, 如何实时、有效的监测巷道顶板的压力成为煤矿安全监控系统中的研究重点。考虑到煤矿井下的实际环境, 本文研制了一种基于ZigBee技术的无线传感器网络的矿山压力监测系统。
矿山压力监测与数据处理分析系统 篇7
基于对以上情况的综合考虑,在充分利用我校先进的矿压理论研究基础上,结合已开发完成的于矿压监测相关的系列产品,如KJ216综采支架压力监测系统,采用新的软件设计理念,先进的软件开发工具以及数据库技术等研发了矿压数据监测与数据分析平台系统。
1 系统总体设计
总体设计的任务是根据需求分析阶段得到的目标系统的物理模型确定一个合理的软件系统的体系结构[5]。本系统依据已有的矿压理论研究,结合煤矿工作面的压力、进尺等数据,最终给出目标工作面内的矿压规律,并且利用计算机将压力数据用图形展示出来;通过极值求解的算法,借助信号处理的方法,利用极值点实现在杂乱的时序数据里获取初撑力和循环末阻力进而实现周期来压步距的提取;将压力数据通过人为设定相关参数将数据结果分析出来,从而节省了人力、物力,提高了工作效率[4]。软件的功能分解属于软件开发中的总体设计阶段,软件的总体设计从总的方面决定了软件系统的扩充性和维护性[6]。本系统的软件功能分解如图1所示。
2 系统模块设计
煤矿顶板动态监测与矿压数据分析平台主要是对矿井中监测的数据进行数据处理,主要分为以下五个功能模块:系统设置模块,数据监测模块,数据查询模块,数据分析模块和用户设置模块。每个主要功能模块又有各个子功能模块。
2.1 系统设置模块
系统设置模块这一模块包括矿井基本信息设置、监测分站设置、生产进度管理、测点设置、报警设置、系统初始化。矿井基本信息设置主要实现对应用单位、工作面、区域和支架等信息进行添加、修改和删除的功能;监测分站设置实现了对监测分站的各种参数的添加、修改和删除的功能;生产进度管理实现了对生产工作面推进进尺和班产量的添加、修改和删除的功能;测点设置实现了对监测点对应的支架以及支架接线次序进行设置,同时对支架信息进行添加、修改和删除的功能;系统初始化是对系统的所有信息进行初始化。
2.2 数据监测模块
数据监测模块主要是用来进行数据采集的。传感器将井下的矿山压力数据采集以后通过光纤将数据传送到一个通讯分站中。计算机通过USB接口和通讯分站相连,系统中的数据监测模块通过调用Serial Port类,采用RS232通信协议将数据从通讯分站中解析出来,存入数据库中完成数据采集的工作。数据采集模块的工作原理如图2所示。
2.3 数据查询模块
数据查询模块下的单点阻力查询可以用来查询单点阻力曲线;单架阻力查询可以用来查询单架阻力曲线;平均阻力查询可以用来查询一个工作面内所有支架的平均阻力曲线;测点监测数据查询可以某个测点支架的原始数据。
2.4 数据分析模块
数据分析模块下的提取进尺是用户根据查询条件选择工作面内的进尺类型;计算循环是用户根据限定值和最小阈值在原始数据里求出循环;计算初撑力和循环末阻力是根据进尺和循环求出初撑力和末阻力;计算来压步距是根据循环末阻力和限定值求出显著步距和稳定步距;导出报表是根据计算结果导出相应的报表。
2.5 用户设置模块
用户设置模块主要是包括用户管理和修改密码,在这一模块中用户可以根据提示修改个人信息,系统管理员用户可以在这一模块中添加普通用户并为其设置相应的权限。
3 系统实现
3.1 系统的技术架构
系统主要使用C#语言进行开发,数据库为SQL Serv⁃er2008,采用MVC三层架构的设计模式搭建该项目的一个完整开发环境。系统分为表示层(UI)即View,业务逻辑层(BLL)即Controller,数据访问层(DAL)即Model的三个层次来实现程序“高内聚,低耦合”,MVC的框架如图3所示。
3.2 系统的体系结构
系统采取的是客户机和服务器结构,即Client/Server体系结构。C/S结构的优点是能充分发挥客户端PC的处理能力,很多工作可以在客户端处理后再提交给服务器。对应的优点就是客户端响应速度快。本系统的物理结构主要有系统设置模块、数据通讯模块、数据分析模块、数据查询模块、更改外观和用户设置模块构成,系统的物理部署由客户端以及数据库服务器SQL Server2008组成。
3.3 系统数据库结构
本系统共有11个表,存储的数据主要有煤矿基本信息、工作面基本信息、进尺和产量统计信息、支架压力传感器信息、初撑力和末阻力信息、步距信息等各种信息。系统开发的数据接口是ADO.NET,ADO.NET数据提供者对象接口实现了通用数据访问类,在访问数据库时可以统一调用通用的数据库访问接口,使应用程序能够高效、快捷和安全访问数据库,从而提高代码的重用性、通用性、灵活性和扩展性。
4 结束语
目前为止,安全生产一直是困扰煤炭企业长期生存发展的重要问题,本文结合已有的矿压监测设备和矿压理论研究成果,设计的矿压数据监测与分析平台,解决了矿压规律预测与分析的问题。
本文取得的最主要成果有:
1)本文提出了把C/S的模式应用于煤矿压力的监测和数据分析的信息管理中,提高了安全监察管理的效率和数据处理的准确性。
2)矿山压力监测与数据处理分析系统支持多种原始数据的计算,最大限度的保持数据的有效性。
3)系统采用可视化的设计理念,能够将原始的压力曲线实时的显示在界面上,用户可以更直观的看出矿压压力的变化规律。同时外放计算参数,用户可以根据实际需求改变参数来改变计算结果,最大程度上提高计算结果的准确性和实用性。
摘要：在矿山生产过程中,由于对矿山压力显现观测预报不及时和处理不当所引起的生产事故,对矿山企业安全生产和矿工的人身安全构成了极大的威胁。由于矿压环境的复杂多变性,受海量实时数据的限制,矿压专家很难从矿压数据中分析出矿压运动规律。基于对矿压理论的分析,开发出一套矿压数据处理系统通过极值求解的算法,借助信号处理的方法,利用极值点实现在杂乱的时序数据里获取初撑力和循环末阻力进而实现周期来压步距的提取,来辅助矿压专家对矿压运动进行分析。
关键词：矿山压力,数据分析,来压步距,初撑力,循环末阻力
参考文献
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矿山监测 篇8
关键词：矿山,测绘技术,地质环境,遥感监测
矿山地质是我国采矿化建设重点工程, 引入信息技术为支撑, 构建符合国际化标准的动态监测控制平台, 有助于提升矿山地质的综合监测力。 因此, 深入了解信息系统功能特点, 提出远程控制模式, 能够推动我国矿山地质科技化改革, 彰显高科技用于采矿体系的功能优势。
1矿山地质环境主要灾害
由于各国生产力发展的水平不同, 各国政府及社会对于环境保护的意义的理解与重视程度也不尽相同, 这些是测绘院参与项目建设必须面临的风险隐患。 矿区地质环境对后续开发与利用具有决定性影响, 搞好地质环境监测具有多方面意义, 有助于实现地质环境监测的高效性。 结合目前监测情况, 矿山地质环境主要灾害包括:
(1) 滑坡。 山体滑坡是斜坡上的泥土或岩体在地球重力作用下沿着斜坡作整体或局部向下运动的现象。 在矿山开采的过程中一旦遇到雨水, 与山体滑坡紧密相连的就是泥石流。 泥石流造成的危害也是非常的大。
(2) 塌陷。 采空区塌陷在各类的矿山中都不同程度的发生过此类地质灾害, 其过程是十分复杂的, 当地下矿层被采出之后, 采空区的顶板岩层在自身重力和其上覆岩层的压力作用下, 产生向下的弯曲和移动。
(3) 崩塌。 崩塌主要发生在雨季、软硬相间的岩层, 由于差异分化, 坚硬岩体突出, 由于结构面切割或重力蠕变, 易产生崩塌、落石。 地质构造发育使完整的岩体被分割成割裂体, 割裂体在诱发因素下失稳形成崩塌。
2矿山地质环境动态监测
采矿行业风险形成的关键矛盾点正在于此, 在采矿行业风险的形成中, 起着推波助澜的作用。 数据库安全控制是科技化改革的成果, 也是现代信息技术领域创新的必然要求, 与商业信息时代发展是不可分割的。 面对企业日趋增多的数据量, 测绘系统关系模型可以进行优化处理, 通过筛选、 优化等方式, 对数据资源进行筛分, 最后根据用户所要求的东西筛出可用的信息。
(1) 操控系统。 “智能化”是动态监测控制的主流趋势, 采用人工智能技术建立更为稳定的计算模式, 由人工智能系统取代手工数据操作流程。 因此, 移动网具有兼容性、广泛性、功能性等特点, 为网络数据传输处理提供了虚拟化平台, 提高了网络用户的实际操作服务水平。 近年来, 计算机应用技术研究取得先进成果, 在传统计算机操控平台基础上, 研制出了动态监测控制系统作为中介, 提供更具便捷性的数据处理服务平台。
(2) 网络系统。 矿山地质信息系统是采矿科技化发展中必须配备的专用设备, 其主要是采用计算机、遥感器、通信网络等核心要素, 有助于实现系统矿山地质人机设备调控的均衡性, 建立更加“安全、高效、优质”的监测指挥方案。 通过“远程网络”可以实现矿山地质信息的一体化处理, 按照设定数据执行可行的方案, 不仅掌握了信息系统性能变化状态, 也实现了远程分析结果的标准化, 从而提高了动态监测指挥系统的实地工作性能。
(3) 调度系统。 信息系统远程次数增多, 既带来了一系列的远程破坏, 也威胁到了测绘区矿山地质运行的安全性, 阻碍了采矿工程建设的可持续发展。 根据信息系统动作状态建立可靠的远程指挥制度, 并充分利用远程控制操作方案, 为指挥人员提供更加准确的数据信息。 远程控制是矿山地质及设备使用前的综合性监控, 也可对动态监测设备及人员制定针对性的调度方案, 可判断远程状态下设备结构功能损耗及运行状态。
3地质环境遥感监测模块设置与应用
发达国家矿山地质测绘系统采用新模式, 利用传感器、控制器、转换器等构建先进测绘平台, 帮助采矿企业设定高精度的数据处理平台。 如:工业技术先进的德国, 其则用传感器建立控制系统作为采矿化调度中心, 根据编程程序来调整矿山地质监测模式, 从而满足不同区域实地测绘要求, 保证了远程控制信号的稳定传输。 测绘技术用于矿山地质遥感监测, 其主要模块设置与应用:
(1) 传感器。 从传感器性能发展看, 为了改变矿山地质远程控制性能, 在动态监测系统结构改进过程中, 可通过传感器器件, 并重点结合矿山地质人机一体化技术, 从软件、硬件对矿山地质指挥系统实施改造, 对使用到的设备性能熟练掌握, 从而把握矿山地质远程调度指标。
(2) 控制器。 伴随着社会科学技术的改革发展, 传感器在机械、电气等设备自动化控制中的运用更加广泛, 以促进信息设备在矿山地质建设中的高效转换。 随着我国矿山地质信息化发展, 信息系统承载的远程调度荷载也日益扩大, 导致指挥系统设备远程操控次数明显增加。 将控制器运用于动态监测远程控制中, 基于控制器矿山地质控制系统设计方法, 为自动化控制改造提供指导依据。
(3) 转换器。 信息系统是矿山地质调节控制的核心构成, 不仅可以实现动态监测远程信号转换控制, 也是维持区域测绘安全调度的重要保障。 结合矿山地质实地测绘要求, 研制符合监测实况的远程控制系统, 能够全面提升矿山监测设备操控效率, 增强矿区动态监测的综合监测力。 信息系统用于矿山地质远程控制建设, 体现了高科技在采矿信息化中的作用。
4遥感动态监测系统数据处理
本次研究中, 网络系统、遥感系统、控制系统等, 均是矿山地质远程控制中心, 借助三大功能模块实现了动态监测信息化调度目标。 基于测绘系统平台, 矿山地质环境遥感监测要重视数据处理与应用, 主要数据包括:
(1) 添加功能。 矿山地质信息添加处理, 主要根据GPS- GIS矿山地质群体人数变化情况, 利用信息管理系统进行必要的添加, 及时收录学生矿山地质相关的数据信息, 这样才能为矿山地质管理工作提供真实的信息依据。 基于党建信息化平台下, 必须设置可行的信息查阅模块, 及时处理相关的矿山地质信息。
(2) 编辑功能。 矿山地质信息编辑处理, 我国高等教育正处于优化改革阶段, 每年GPS-GIS参与矿山地质监测会遇到各种特殊情况, 如何掌控矿山地质信息变化趋势, 这也是矿山地质信息管理系统需要处理的问题。 为了避免传统人工数据处理带来的不足, 现阶段矿山地质信息管理系统开始采用智能化处理模式, 设计智能编辑模块完善信息录入与处理。
(3) 删除功能。 矿山地质信息删除处理, 一般来说, 每年遥感矿山地质数据库都要定期清理, 删除一些不必要的数据信息, 能够减小管理数据库的库存量, 避免信息存量过大而影响到系统的运行速率。 设置信息删除模块是为了更好地发挥信息管理优势, 体现出遥感信息化建设的发展走向, 为矿山地质管理体制建设提供更多的技术支持。
5结论
总之, 测绘技术是对矿山工程勘测的综合应用, 结合遥感系统可建立动态监测模式, 对矿山区域地质环境构造进行系统性地划分。 随着测绘技术应用范围扩大化, 矿山地质灾害监测具有多方面功能选择, 实现了地质灾害监测与防治的协调运行。 测绘院要充分利用遥感监测平台, 对矿山地质执行全程跟踪与勘测分析, 确保监测系统运行及控制的科技化发展。
参考文献
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矿山尾矿库自动监测技术的应用 篇9
铜矿峪矿是北方铜业股份有限公司的主体矿山, 目前年处理矿量在400万t以上, 二期工程建成投产后年处理矿量将达到600万t。铜矿峪矿十八河尾矿库, 作为Ⅱ级尾矿库, 承担着铜矿峪矿尾矿的储存与蓄水作用。该矿历来重视安全生产工作, 近几年不仅加强了安全生产管理制度的建设, 而且为实现安全化生产, 在矿山生产的多项环节中采用了一系列新的安全技术, 特别是矿山尾矿库自动监测系统的投入使用, 使尾矿库安全生产管理人员可以及时直观地掌握尾矿库的实际动态, 进行安全评价、预警预报, 为尾矿库的安全管理提供了有力支持, 为确保尾矿库安全运行提供了一个高新技术平台, 使得矿山安全生产的整体水平又迈上了一个新的台阶。
2 十八河尾矿库概况
北方铜业股份有限公司铜矿峪矿十八河尾矿库于1969年开始建设, 1972年4月投入使用。该库为河谷型尾矿库, 采用上游式堆筑方式筑坝。库内汇水面积6.65km2, 尾矿库防洪标准采用百年一遇设计, 千年一遇校核。该库库底最低高程486m, 设计尾矿最终堆积高程570m, 总堆积高度84m, 总库容12 000万m3, 有效库容8 500万m3, 尾矿库的等级为Ⅱ级库。尾矿库初期坝为均质土坝, 坝顶高程509m, 坝高23m, 顶宽3m, 内坡比1∶2.25, 外坡比1∶ (2.25~2.75) 。目前该库坝体实际堆积高度74m, 坝体长度1 600m, 总坡比1∶6, 堆积坝纵向坡比0.3%, 外坡坡比1∶2, 沉积滩平均坡度1∶ (100~120) 。
2009年以前, 该库只有人工观测设施, 涉及尾矿安全的相关数据的采集采用人工方式, 浸润线每周观测1次, 汛期每天1次, 位移监测点每月监测1次。
3 尾矿库自动监测系统
2009年5~12月, 由北方铜业股份有限公司通过招标确定北京矿冶研究总院中标实施十八河尾矿库自动化监测系统。项目涉及坝体表面位移、库水位、浸润线、降雨量、渗流量、浊度、干滩长度、安全高差、视频、巡线定位等方面的内容。项目根据子坝抬升和东梁导渗施工情况, 分两期进行建设:一期工程包括坝体与东梁位移、降雨量、库水位、浸润线、坝体渗流以及安全高差监测等建设工作, 于2009年6月正式开工建设, 8月底完工投入使用;二期工程包括干滩长度、视频、东梁渗流量与浊度监测等建设工作, 于子坝抬升和东梁导渗施工完成后开始建设, 于2009年12月中旬完工投入使用, 该系统应用了计算机软硬件技术、网络技术、检测技术以及现代通讯技术, 使十八河尾矿库监测系统实现了自动化、实时化、智能化。
3.1 监测系统构成
尾矿库安全自动化监测系统由现场监测预警系统与后期数据分析发布与共享系统两部分组成, 其中前部分由现场监测站、数据处理子系统、数据通讯子系统、监控报警子系统组成, 后部分由数据分析发布与共享系统组成, 见图1。
3.2 监测内容及监测点布置
(1) 18个坝体浸润线监测点。利用原有的18个浸润线观测井, 共布置了3个观测横断面, 每个断面6个监测点。
(2) 7个坝体位移GPS监测点。布置了2个横断面, 每个断面2个点;2个东梁位移GPS监测点;1个GPS基准点。
(3) 1个库区水位监测点, 布置在篦子沟浮船处的岸边上;1个降雨量监测点, 布置在大院值班室的房顶上。
(4) 8个干滩长度监测点。共布置了4个观测剖面, 每个剖面2个点, 其中一个点靠近子坝内坡脚位置, 另一个布置在离坝顶150m处的位置。
(5) 1个坝体渗流监测点, 布置在初期坝的坝坡脚汇水处;2个东梁渗流量监测点, 分别布置在东梁导渗工程的两端汇水处。
(6) 1个井沿高程监测点, 布置在3#泄洪井上。
(7) 2个东梁浊度监测点, 与东梁渗流监测相对应, 分别布置在东梁导渗工程的两端汇水处。
(8) 4个巡视定位监测点, 配备4台巡视手机和4台巡视轨迹定位器。
(9) 6个视频监测点, 分别布置在初期坝1个、坝顶3个、泄洪井1个, 以及拦洪坝引水井处1个。
3.3 监测系统设计的基本依据与标准
系统方案设计遵循下列规范或标准:AQ2006-2005《尾矿库安全技术规程》、SL60-94《土石坝安全监测技术规程》、SL268-2001《大坝自动监测系统设备基本技术条件》、GB50057-94《建筑物防雷设计规范》。
3.4 自动化监测系统的主要监测技术
3.4.1 GPS位移监测技术
GPS变形监测技术是基于全球卫星定位系统来进行坝体变形监测的, 该技术具有全天候监测、抗干扰强、费用高等特点, 本系统采用的是进口单频GPS接收机。
3.4.2 浸润线监测技术
采用进口渗压计来监测坝体浸润线的深度。其原理为:通过在坝体里钻凿钻孔, 把渗压计放置在钻孔里 (与测压管结合使用) , 通过测量渗压计的压力, 再转换为水位 (高程) , 即可得到坝体的浸润线高度。渗压计与自动数据采集仪通过电缆连接, 采集仪再通过无线方式与现场值班室相连, 从而形成整个监测网络。
3.4.3 库水位监测技术
库水位采用超声波测距测量法进行监测。即在库岸边安装超声波液位计, 通过测量仪器距库水面的高度来计算库水位高程。
3.4.4 渗流量监测技术
本系统采用进口超声波明渠流量测量技术, 利用排出的水流通过一个三角形槽口的堰板, 通过堰口流出的水量与量水堰水头高度之间的函数关系 (经验公式) , 然后用自动遥控方式 (超声波液位传感器) 测量堰上水头高度就可以得出流量。
3.4.5 干滩在线监测技术
干滩监测主要包括干滩长度、滩顶高程、干滩坡度等监测内容。由于当前大多数检测方法难以准确并快速测定滩顶高程和最高洪水位高程, 再加上水边线的界线很不明显, 该处又无法进入, 通常只能目测, 据此推算出来的总干滩长度和调洪干滩长度不准确可信。本系统利用干滩高程关键监测点和人工测点, 采用曲线拟合方式, 拟合出整个干滩面的实际曲线图, 然后结合库水位高程、泄洪井井沿高程, 经过计算得出实际的干滩长度、滩顶高程等值, 并可进行后续的最小安全超高、防洪高差、调洪库容等计算。干滩面高程采用进口超声波液位计进行测量, 测量原理:在设定的监测点立杆安装超声波液位计, 通过测量液位计距地面的高度来计算干滩面高程。
3.4.6 浊度监测技术
采用QZ201C型在线浊度监测仪, 该仪器为散射光浊度仪, 是水浑浊度的专用测试仪器, 通过测量穿过水散射出来的光强度来衡量水的浑浊度, 即散射光强度与液体中颗粒数成正比。其内带微处理器, 双光束浊度测量仪器, 双A/D转换, 其精度和可靠性均很高。
3.4.7 视频监测技术
采用具有红外夜视能力的高速球机进行尾矿库重要构筑物和重要位置的实时视频监测, 视频监控系统具有水平360°旋转和垂直90°旋转、实时录像、回放等功能。图像清晰度为500电视线, 镜头220倍变焦 (22倍光学变焦, 10倍数码变焦) 。
3.4.8 巡视员在线监测技术
本系统采用GSM实时定位和可视化在线显示技术来实现对巡视员的在线实时监测。在监控中心设置一套短信发送平台, 通过主机控制短信平台的信息发送和接收。巡视员在现场巡查时, 佩带一台定位器和一台巡视专用手机。主机控制短信平台定时向巡视员的定位器发送控制短信, 定位器收到短信后会及时返回一条携带巡视员定位信息 (经纬度) 的短信给短信平台, 通过软件识别, 监控主机把巡视员的巡视轨迹显示在专门的巡视定位图上, 实现对巡视员工作状态的实时在线监控。同时, 如果巡视员发现现场有异常情况时, 可通过佩带的巡视手机直接登陆监测系统, 在系统里的巡视定位栏目里填写现场发现的问题, 及时把现场的情况向上级汇报。该技术解决了目前人工巡视与自动化监测相脱离的问题, 实现了巡视员巡查过程的可视化在线监测, 使巡视信息能迅速融入到自动化监测系统。
4 监测系统应用效果
4.1 系统效果
(1) 系统能实现坝体位移、浸润线、降雨量、库水位、浊度、干滩长度等参数的自动采集, 通过这些数据能实时把握尾矿库运行的安全状态, 并根据监测数据的变化情况指导尾矿库安全管理的日常工作。
(2) 系统具有远程查询和控制功能, 可通过局域网或互联网对监控主机进行遥控监测, 实现数据采集软件上的所有功能, 并对数据采集软件中的历史数据有访问权限的进行查询。
(3) 系统可监视运行期间坝体的状态变化和运行情况, 在发现不正常现象时及时发出报警, 防止事故发生, 以保证生产的安全运行。如浸润线超过预先设置的警戒值时, 系统发出声光报警, 及时通知管理人员进行校核。
(4) 系统能根据实时采集的数据计算库区的调洪高差、安全高差;系统能综合历史数据和实时采集的渗流、水位、雨量、形变等数据, 进行相关参数的过程线分析、滞后时间分析、沉降分析、横断面分析、纵断面分析等有关坝体安全分析。
4.2 仪器精度与系统精度
(1) 浸润线监测系统精度小于20mm。
(2) 2小时解算时间内, 坝体表面变形平面监测系统精度小于5mm, 垂直监测精度小于8mm。
(3) 仪器高程精度优于5mm, 渗流量监测精度小于10ml/s。
(4) 仪器高程测量精度优于5mm, 库水位监测系统精度小于20mm。
(5) 仪器精度2.5%FS, 浊度监测系统精度小于20NTU (度) 。
(6) 仪器高程精度优于5mm, 干滩长度通过曲线拟合计算得出, 测系统精度小于10m。
(7) 仪器高程精度优于5mm, 安全超高监测系统精度小于100mm。
(8) 降雨量监测系统精度为0.1mm。
(9) 巡视员定位系统精度小于10m。
5 存在问题
(1) 该系统投入使用后存在的一个主要问题是太阳能电池板的采光面积与蓄电池容量不足。一遇到阴雨天, 就会因为太阳能电源不足造成整个系统瘫痪。经过多次改进, 增加太阳能的采光面积及蓄电池的容量, 现在这个问题基本得到解决。
(2) 无线网桥的收集信号范围窄, 只有60°角, 各个无线网桥之间靠串联接替传输信号, 一个无线网桥出问题, 与其相关联的传输信号就无法传输出去。同时, 个别无线网桥的耐环境能力差, 曾出现下雨进水的现象。
(3) 干滩长度误差大。干滩长度是通过采用超声波液位计测量滩面高程间接计算得到的。一方面, 尾矿库的环境比较恶劣, 粉尘大, 采用超声波液位计的测量精度达不到;另一方面, 库区内的坡度不均匀, 靠近坝前的坡度大, 库区内的坡度小, 如果计算公式考虑不周全的话, 也影响到计算结果。
(4) 采用GSM实时定位和可视化在线显示技术来实现对巡视员的在线实时监测的巡视员在线监测技术过于复杂, 在现场难以实施。巡视员在线监测技术应采用设相应监测菜单的巡线专用手机对巡视内容记录及发送, 要简便易行, 不可过于复杂, 同时对巡视员巡视位置实时定位。
(5) 渗流量与浊度监测仪的监测受环境影响较大, 应及时清理明渠中的杂物及淤泥。
6 结语
十八河尾矿库自动监测技术的成功应用, 实现了对坝体位移、浸润线、降雨量、库水位、浊度、干滩长度等参数的自动采集, 并通过局域网或互联网对监控主机进行遥控监测, 对数据采集软件中的历史数据有访问权限的进行查询;实现了对库区主要运行状态和运行情况的监视;实现了实时计算库区的调洪高差、安全高差和有关坝体安全分析。通过自动监测技术的成功应用做到了实时把握尾矿库运行的安全状态, 并根据监测数据的变化情况指导尾矿库安全管理的日常工作。降低了尾矿库生产管理人员的劳动强度, 提高了尾矿库的管理水平。但是, 尾矿库自动监测技术应用于尾矿库的时间不长, 可以借鉴的成功范例不多, 在使用中还存在一些不足之处, 需要在以后的工作中进一步完善。
摘要：对铜矿峪矿十八河尾矿库自动监测技术进行了总结, 阐述了自动监测技术的主要技术点与取得的效果, 并指出了其存在的问题。
盾构在矿山法隧道中推进监测分析 篇10
1 工程概况
某工程采用“矿山法+盾构法”复合工法施工,先在区间隧道中部施作一个工作竖井,用矿山法施工初衬隧道。区间隧道整体设计为土压平衡盾构施工。预先采用矿山法暗挖,并修筑初次支护,然后盾构通过矿山法隧道施作管片衬砌,在管片衬砌与矿山法隧道衬砌之间压注水泥浆形成多层复合衬砌。左右线矿山法加盾构施工段分别长147.5 m和287 m,埋深约10 m。
2 监测方案
2.1 监测目的
1)确定环向接缝受到盾构前方堆土深度影响情况、环缝随推进距离变化规律,为隧道长期稳定提供参考。
2)通过钢筋应力计监测管片环向受力情况,特别是注浆局部荷载的影响,以确保管片姿态并为隧道管片的优化设计提供依据。
2.2 监测方案
共8个监测断面。试验段有3个监测断面,分别为断面1—1～3—3,常规监测设有5个断面,分别是断面4—4～8—8。
3 监测结果及分析
3.1 土压力监测
选取有代表性且数据完整的监测断面进行分析。图1～图3分别为3个试验断面土压力随时间的变化情况(因土压力盒经凿除混凝土保护层等机械作业,成活率较低,每个断面监测数据的总量有限)。总的来看,土压力的变化可以分两个阶段,如图1所示,第一阶段管片脱出盾壳后,土压力盒与混凝土导台、两侧部分挤进土体相接触,土压力急剧增大,但由于隧道内积水较多,使管片产生上浮,土压力又逐渐下降;第二阶段是对该试验环或其前后几环进行壁后压浆,造成土压力二次上升。
由图2可以看出,处于不同部位的土压力大小不等,且变化规律不同。处于底部的土压力盒T2,由于隧道积水使管片上浮,土压力急剧下降,直至为零,表明该处管片上浮量大,且后来的第一次壁后压浆也没能很好的控制管片的上浮,需进行二次及时补浆;处于顶部的土压力T3一直为零,表明该处有空隙,没有充填密实;处于右下的T4土压力除刚开始有下降外,后来一直维持在6.5 kPa左右,变化不明显。
由图3可以看出,处于底部的T7在壁后压浆后,土压力迅速增大,表明壁后压浆有效的控制了该环的管片上浮,但从该环T6的土压力变化来看,该环顶部仍有部分空隙没有很好的充填密实。
选取2月15日的监测数据进行环向土压力分析。可以看出,3—3断面顶部的土压力较小,几乎一直均为零,表明该处没有充填密实。通过在盾构前方堆土施工,可以部分增加刀盘面板的支护力,进而压紧环缝间的橡胶止水条,但仅靠前方堆土不足以填密管片与矿山法隧道之间的空隙。如果不及时进行管片壁后压浆,加之矿山法初衬隧道渗漏水严重,隧道管片上浮是难免的,且从监测情况来看,需要多次壁后压浆,才能保证管片和矿山法初衬隧道之间的空隙有效充填,特别是隧道顶部60°范围内。局部较大的土压力可能是由于刀盘旋转挤土进入空隙,恰好与该处的土压力盒外表面有效接触所引起的。
3.2 钢筋轴力监测
图4～图6分别为3个试验断面钢筋计轴力随时间的变化情况。画在同一图上的一对钢筋计代表埋在同一块上的同一位置,一个在内侧环向主筋上,另一个在外侧环向主筋上。
可以看出,处于不同部位的钢筋计受力情况不同,如图4所示,处于底部的钢筋G1-1和G1-2,由于受到底部土体的反力作用,该处管片受到正弯矩作用(管片内侧受拉为正),使内侧主筋受拉,外侧主筋受压,与实测钢筋轴力计受力情况相符,G1-1受拉、G1-2受压,特别是在壁后压浆后,二者的轴力均不断增大,表明壁后压浆使该环管片底部的土压力增大,有效控制了管片上浮。G1-1和G1-2钢筋轴力同时达到最大值,分别为11 kN和-5 kN(受拉为正,受压为负),主筋直径为16 mm,故此时主筋对应的应力分别为55 MPa和-25 MPa,均小于HRB335钢筋的设计强度300 MPa,处于受力安全范围内。由图4c)可以看出,与G1-1和G1-2受力情况不同,处于顶部的钢筋轴力计G2-1和G2-2,由于没有受到外部其他荷载的作用(隧道顶部没有充填密实),仅在管片自重作用下变形和受力,受力一直变化不大,在管片壁后压浆后,二者出现拉、压交换,即此处的管片所受弯矩压浆前后方向相反,但量值上亦没有发生大的变化,表明壁后压浆没有使该环顶部空隙有效填充,有待二次壁后压浆。
由图5可以看出,试验2—2断面G4-1和G4-2与试验1—1断面G2-1和G2-2的受力情况类似,一直在较小的范围内波动,且管片壁后压浆后,钢筋受力状况与压浆前相反,表明该处没有有效充填,仅在管片自重作用下受力与变形,需多次补压浆;G3-1和G3-2在壁后压浆前,受力未发生较大变化,反而在压浆后钢筋轴力有减小趋势,表明该处壁后压浆没有控制住管片上浮,需对浆液密实度和压浆量共同控制,才能有效控制管片上浮。由图6看出,试验3—3断面上的G5-1和G5-2与试验1—1断面G1-1和G1-2的受力情况类似,壁后压浆使钢筋轴力升高,表明压浆对管片上浮起到了控制作用,但没有G1-1和G1-2变化量大。
处于隧道底部的钢筋轴力计,受到底部土体的反力作用,使内侧钢筋轴力计受拉,外侧钢筋轴力计受压,特别是在壁后压浆后,二者的轴力均不断增大,表明管片壁后压浆对管片上浮起到了很好的控制作用。处于顶部的钢筋轴力计,由于隧道顶部没有充填密实,仅在管片自重作用下变形和受力,受力一直变化不大,壁后压浆没有使该处空隙有效填充,有待二次壁后压浆。
4 结语
1)土压力在隧道中下部较大,且在管片壁后压浆前后发生较大变化,但隧道顶部土压力几乎一直为零,说明管片和初衬隧道之间的空隙没有及时有效的充填密实,特别是隧道顶部60°范围内。2)隧道底部积水较多处,盾构隧道脱出盾尾有较大上浮量,需多次对管片进行壁后补压浆,直到整环土压力分布较均匀为止。3)处于隧道底部的钢筋轴力在管片壁后压浆后有较大变化,表明壁后压浆对隧道管片上浮起到很好的控制作用。 所有钢筋轴力计的最大值均小于钢筋的设计值,管片结构安全。4)处于顶部的钢筋轴力计受力较小,要保证整环管片处于正常稳定的受力状态,应通过壁后压浆密实地填充管片与初次支护间的建筑间隙。
摘要：以某地铁盾构在先期施工的矿山法隧道中推进为背景,对盾构空推施工时管片的受力变化过程进行了详细的监测和分析,对盾构施工过程中管片受到周围土体的压力变化和管片钢筋内力变化规律进行了总结,管片受到的土压力随时间变化分为两个明显阶段,土压力沿环向分布极不均匀,整体土压力值不高;壁后压浆后,隧道底部管片的钢筋轴力不断增大,但隧道顶部管片钢筋轴力变化不明显。
关键词：盾构,矿山法隧道,管片,土压力,钢筋轴力
参考文献
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