露天矿边坡预警方法与预警系统总结_露天矿边坡监测方案
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露天矿边坡预警方法与预警系统总结滑坡预测预报方法（矿山边坡稳定性评价及失稳预报研究现状与发展趋势）
随着科学技术发展,露天采矿工程边坡已经成为困扰矿山安全生产的重要问题。其稳定性是保证矿山正常生产的先决条件。边坡失稳是指在采矿过程中边坡的土体在自身重力和外界作用力下失去原有平衡，出现滑坡、坍塌等现象。与其他岩土工程相比,露天矿边坡稳定性具有如下特点：
(1)露天矿边坡一般较高 ,高度从几十米到几百米不等，边坡各部分地质条件差异大、变化复杂。
（2）露天矿的边坡是由上往下逐步形成,高陡边坡越往上稳定性越差,软弱夹层较多，受风化、地表水侵蚀的时间较长,易产生滑坡现象。
（3）露天边坡采用爆破、机械开掘形成,岩体完整性遭到破环,故边坡岩体较破碎不稳定。
影响露天边坡稳定性的因素,分为内因和外因两方面。内因影响主要包括岩性、岩体结构、地质构造等；外因影响主要包括水、震动、构造应力、自然风化与气候、开采技术条件、人为因素等。
滑坡预测预报主要包括空间和时间2个方面。
空间预测是指对滑坡发生的地点、规模等的预测,目前使用较多的方法有以下几种：（1）稳定系数预测法。稳定系数预测法是最早的滑坡空间预测方法。该法通过计算滑坡体的安全系数来预测某一具体边坡的稳定性。安全系数的计算方法，主要分为2大类：基于极限平衡分析法和数值计算方法。极限平衡分析法不能得到滑体内的应力、变形分布状况,也不能求得岩体本身的变形和支挡结构对边坡变形及稳定性的影响。而数值计算克服了极限平衡分析法的不足，不仅满足力的平衡条件,而且还考虑了土体应力、变形关系和支挡结构的作用,能够得到边坡在荷载作用下的应力、变形分布,模拟出边坡的实际滑移面。正因为数值计算的这些优点,近年来它已广泛应用于边坡稳定性分析。目前常用的数值计算方法主要包括:有限单元法,有限差分法,离散单元法(DEM),不连续变形分析法(DDA),流形元法等。
（2）人工神经网络法。人工神经网络(ANN)是模仿人脑工作方式而设计的一种机器。神经网络对边坡稳定性空间预测是用研究程度较高的斜坡地段作为已知样本对网络进行训练直到网络掌握数据间的非线性映射关系为止,然后用该地区其他稳定性未知的地段作为预测样本，输入已经学习好的网络,通过网络的联想记忆功能直接预测稳定性。人工神经网络模型对观测序列几乎没有什么要求，它几乎可以对任何可能的序列进行分析。目前，BP模型人工神经网络已在岩土工程位移预测获得较为广泛的应用。但其构造的模型,在实用中存在大量问题有待于解决。
（3）信息模型法。信息模型法把各种滑坡因素在滑坡过程中所起作用的大小程度用信息量表达。殷坤龙等用此方法成功地对重庆市的斜坡稳定性进行了预测。
（4）灾变模型预测法。该方法综合考虑了各种边坡要素对边坡稳定性的不同程度的影响,能较真实地描绘边坡系统的状态。吴文德等运用尖点灾变模型对某中型露天矿山的稳定性进行了预测,得出了与现场实际相吻合的结果。
时间预报是指对边坡可能发生滑坡时间的进行预报。利用已获取的监测数据,通过数学模型来预测未来某一时刻坡体的状态。目前常用的方法有以下几种：斋腾法、灰色理论模型预测、时间序列模型预测方法、统计回归预测模型、非线性动力学模型预测、多参数预报法。滑坡体远程监测预警系统（滑坡体远程监测预警系统在南芬露天铁矿下盘边坡滑体监测实践中的成功应用）
滑坡体远程监测预警系统是中国矿业大学最新研制成功的目前我国国内最先进的滑体监测手段。系统具有自适应性调节功能，会自动调节数据采集频率，实现异常数据的实时捕捉；系统增加了监测曲线平铺显示功能，可以将所有监测曲线直观平铺显示，大大降低监测人员的劳动强度，使其能够更加快速准确地定位异常监测曲线，判断有无滑坡可能。
滑坡体远程监测预警系统主要由两大部分构成，每一部分都有其相应的软硬件与之匹配。（1)应力信号采集—传输设备。该部分用于安装到监测现场，可将滑动面上施加的扰动力数据自动采集、储存、处理、发射到远处的数据分析系统。（2)信号接收—分析设备。该部分可将现场发来的数据自动接收并处理，利用下滑力和扰动力(摄动力)之间的函数关系式，计算出下滑力的大小，并且形成动态监测曲线和监测预警曲线，根据监测预警曲线判断监测对象的工作状态，然后将分析结果利用 Internet 网络传输到用户终端，从而实现对滑坡体稳定状态进行实时监测与超前预报的目的。
2010 年 5 月，南芬露天铁矿与中国矿业大学合作，成功将其最新研制的目前我国国内最先进的滑体监测手段—滑坡体远程监测预警系统应用于南芬露天铁矿下盘边坡滑体的监测实践中。无线传感器网络温度监测技术(煤自燃火灾监测预警技术的研究)
煤自燃的预测和火源探测技术是迄今为止煤矿防灭火工作面临的最大难题,近年来,国内外地面煤层自燃火源监测预警技术主要有自燃倾向性测试法、综合评判预测法、统计类比法、自然发火实验测试法、气体探测法、测氡法、测温法、磁探测法、电阻率探测法、地质雷达探测法、遥感法、计算机数值模拟法、无线电波法等。
无线传感器网络温度监测技术是近年来逐步发展起来的监测煤自然发火的新的预测方法。太原电子研究设计院于2008年初就开始了对采空区温度场无线自组网传感器监测系统的研究和开发,逐步开辟了煤自燃温度场无线网络监测预警技术的新领域。煤自燃温度场无线网络监测法能及时预测温度场的微弱变化,比CO的预报更早。
无线传感器网络被认为是21世纪最重要的技术之一。传感器网络最初来源于美国先进国防研究项目局(DARPA, Defense Advanced Research Projects A-gency)的一个研究项目[7-9],当时由于各种条件的限制,使传感器网络的应用只能局限于军方的一些项目中,直到这几年这方面的研究活动才在各大学及研究所蓬勃开展起来。目前国内外在无线传感器方面有1项专利(远程无线测温系统200610015212.2),有一些知识产权和标准,如国际性的标准化组织也为无线自组网温度传感器制定了可行的标准,如IEEE标准化协会制定了IEEE802.15.4标准,但无线自组网温度监测领域无相关专利授权和技术标准。
4降雨临界值与滑坡的关系（滑坡监测预警国内外研究现状及评述）
滑坡监测技术方法现状：
按监测对象的不同，滑坡监测可分为四大类: 即位移监测、物理场监测（应力监测、应变监测、声发射监测）、地下水监测和外部诱发因素监测（地震、降雨、冻融、人类活动）。
降雨临界值与滑坡的关系：目前的研究趋势是对雨量雨强雨时—土体渗流场动态变化—土体抗剪强度变化的耦合关系进行研究，以从机理方面确定降雨临界值。
5“3S”技术（地质灾害预报预警的研究现状及发展趋势）
目前国内外较为成功的地质灾害预报预警方法可分为现象监测预报法、数理统计预报法（临界降雨量预报法）、非线性系统论预报法（人工神经元网络方法）和地球内外动力耦合法。
近年来“3S”技术的发展为地质灾害的监测、分析、预报、预警、防治提供了技术平台, 将多种理论和方法融入GIS 平台上,，建立观测、研究、风险评估、预报预警、预防治理一体化的地质灾害预报系统是未来研究的发展趋势之一。
“3S”技术：是遥感技术(Remote sensing，RS)、地理信息系统(Geography informationsystems，GIS)和全球定位系统(Global positioning systems，GPS)的统称，是空间技术、传感器技术、卫星定位与导航技术和计算机技术、通讯技术相结合，多学科高度集成的对空间信息进行采集、处理、管理、分析、表达、传播和应用的现代信息技术。
6云计算SaaS技术（基于ＳａａＳ的矿震远程预警系统关键技术初探）
矿震灾害是矿山最严重的灾害之一。国外主要采矿国家现均已建立了国家矿山微震监测台网，如波兰矿山研究总院从２０世纪５０年代开始就在上西里西亚煤田开展了矿震监测研究，在９０年代开发出了windows系统下的ASI-SEISGRAM 矿震监测预警系统。我国矿震监测预警技术的研究与应用起步较晚，近年来，窦林名引进了波兰先进的矿山微震监测预警系统，成功推广和应用到了甘肃华砚矿区、山东古城等十多个煤矿的矿震监测预警中。
随着煤矿数目和开采深度不断增加，矿震灾害的形势越来越严峻，需要建设矿震预警系统的煤矿越来越多。可见，从高效、专业、方便和经济的角度出发，建立统一的矿震远程预警系统是必然趋势。云计算SaaS(Software as a service，软件即服务）技术是一种通过互联网提供“租用”软件服务的模式，具有节省投资、便于维护、可快速展开应用等优势。经过初步研究，笔者认为采用SaaS技术搭建统一的矿震远程预警系统可以有效解决现有矿震监测预警系统效率低、投入高、维护难等问题，应是矿震灾害预警技术的一个重要发展方向。
图１中，各个矿区的底层监测网络使用有线或无线传感器群，将监测到的原始矿震信息数据通过基于VPN 的安全互联网汇总到矿震预警中心，由接收软件处理并存入SaaS矿震数据库；后台专家组利用SaaS专家分析软件提供矿震分析诊断服务，并给出相应的预警报告及决策支持等。利用网络远程监控矿震信息是业内人士近年来所关注的一个重点。云计算技术的兴起给予了矿震远程监测预警强有力的技术保障，为实现矿震灾害预警的准确、高效、低成本目标提供了极大的可能性。利用SaaS模式构建的矿震远程预警系统基本实现了“一次投资、按需使用、分散监测、异地会诊、多矿同用、集中维护”的良好建设目标，应该是矿震灾害预警技术的一个重要发展方向，而且该系统的初步实现也为将来建设具有复杂智能逻辑的矿震专家系统打下了良好的基础。现场应用表明，所构建的系统已基本具备全国统一远程矿震预警系统的架构，能满足多矿区远程矿震预警的基本要求。
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