CN109872508A - 基于光纤光栅的大型露天矿山滑坡灾害预警方法 - Google Patents

基于光纤光栅的大型露天矿山滑坡灾害预警方法 Download PDF

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林杭
刘文连
雍睿
杜时贵
夏才初
胡斌
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Abstract

一种基于光纤光栅的大型露天矿山滑坡灾害预警方法，包括以下步骤：(1)按照大型非煤露天矿山边坡的锚杆加固设计规范和结构面分布规律在边坡上布置锚杆群，在锚杆上按设定间距粘贴多功能光纤光栅传感器；(2)采集传感器监测的应力、应变、位移和温度；(3)进行数据预处理并保存；(4)将光信号转换为电信号；(5)对电信号滤波处理；(6)利用MATLAB软件对信号进行处理，提取锚杆的应力、应变、位移和温度；(7)利用极限平衡法或强度折减法实时计算总体边坡、组合台阶边坡和台阶边坡的安全系数，对安全系数不满足的局部边坡进行加固。本发明提高了大型露天矿山滑坡的预警准确率，能实现大型露天滑坡灾害的全覆盖实时监测和预警。

Description

基于光纤光栅的大型露天矿山滑坡灾害预警方法
技术领域
本发明属于非煤露天矿灾害预警技术领域，尤其涉及一种基于光纤光栅的大型露天矿山滑坡预警方法。
背景技术
近些年来，我国经济快速发展给人民生活带来了重大利好，一些关系到国计民生的大型建设项目越来越多，如水利水电工程、矿山工程、交通工程等。而这些工程建设也带来了较多的工程岩体问题，其中最严重的就是边坡稳定性。边坡失稳不仅会引发工程建设问题，还会导致惨重的人员伤亡和严重的经济损失，边坡加固是确保边坡安全和稳定的重要手段。目前常用的边坡加固措施主要有锚固技术、抗剪洞及抗滑桩等。针对大型非煤露天矿山边坡，锚固技术是一种将锚杆或锚索埋置于岩土体中，从而依靠其与岩土体间的抗剪强度来传递与其相连的结构的拉力，以达到加固效果，提高岩土体的整体稳定性的技术。然而，由于锚固理论的研究一直落后于工程实践，工程多采用经验法，得出的物理力学参数值与实际情况出入较大，甚至出现设计理论在很大程度上不能反映锚固内在力学机制的问题，这种现象在锚固结构面受剪切作用方面尤为明显。再者，大型露天矿山边坡分为总体边坡、组合台阶边坡和台阶边坡，对总体边坡进行加固的锚杆要布置在台阶边坡上，在台阶边坡加固上也发挥着重要作用，导致一根锚杆在多处受到边坡潜在滑移面的剪切作用，而滑移面的不同规模也带来了尺寸效应问题，使锚杆的失稳破坏情况更加复杂。目前无法通过实验室模型试验或数值模拟准确的解决大型露天矿山的滑坡问题。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于光纤光栅的大型露天矿山滑坡灾害预警方法，提高了大型露天矿山滑坡的预警准确率，光纤光栅耐高温高压，防水性好，抗干扰能力强且可重复利用，可靠性高，成本低，适用范围广，能实现大型露天滑坡灾害的全覆盖实时监测和预警。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种基于光纤光栅的大型露天矿山滑坡灾害预警方法，包括以下步骤：
(1)按照大型非煤露天矿山边坡的锚杆加固设计规范和结构面分布规律在边坡上布置锚杆群，并在锚杆上按设定间距粘贴多功能光纤光栅传感器；
(2)将锚杆锚固后，在端头处布置光纤光栅信号采集仪，用来采集传感器监测到的应力、应变、位移和温度；
(3)利用光纤光栅数据传输线将光信号汇总到信号监测总站，进行数据预处理并保存；
(4)将汇总的光信号经过光纤光栅数据传输线传输到地面的光电信号转换器，并将光信号转换为电信号；
(5)利用数据传输线将转换后的电信号传输到信号滤波器，并对电信号滤波处理，减小噪音干扰；
(6)将滤波后的电信号传输到计算机处理系统，利用MATLAB软件对信号进行处理，提取锚杆的应力、应变、位移和温度；
(7)结合提取的信息，利用极限平衡法或强度折减法实时计算总体边坡、组合台阶边坡和台阶边坡的安全系数，按照判据(I)进行分析，对安全系数不满足判据(I)的局部边坡进行加固；
其中，F1、F2、F3分别为计算得到的总体边坡、组合台阶边坡和台阶边坡的安全系数，FS1、FS1、FS3分别为国标技术规范中总体边坡、组合台阶边坡和台阶边坡的安全系数。
进一步，所述步骤(1)中，在距离结构面1m范围内的间距为0.2m，其他位置为0.4m。
优选的，所述步骤(1)中，锚杆布置原则为：先进行总体边坡锚杆布置，然后进行组合台阶边坡锚杆布置，最后进行台阶边坡锚杆布置。
再进一步，所述步骤(5)中，滤波处理方法为小波分析法。
更进一步，所述步骤(7)中，计算边坡安全系数时，考虑不同规模结构面的尺寸效应，即对于大尺寸结构面的抗剪强度进行折减计算。
与现有技术相比，本发明提高了大型露天矿山滑坡的预警准确率，光纤光栅耐高温高压，防水性好，抗干扰能力强且可重复利用，可靠性高，费用较低，适用范围广，能实现大型露天滑坡灾害的全覆盖实时监测和预警，对于大型露天矿山减少投资、降低生产成本、保证开采安全有着重要的意义。
附图说明
图1是本发明的大型露天矿山滑坡灾害监测预警示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种基于光纤光栅的大型露天矿山滑坡灾害预警方法，包括以下步骤：
(1)按照大型非煤露天矿山边坡的锚杆加固设计规范和结构面分布规律在边坡上布置锚杆群，并在锚杆上按一定间距粘贴多功能光纤光栅传感器①，在距离结构面1m范围内的间距为0.2m，其他位置为0.4m；
(2)将锚杆锚固后，在端头处布置光纤光栅信号采集仪②，用来采集传感器监测到的应力、应变、位移和温度等光信号；
(3)利用光纤光栅数据传输线③将光信号汇总到信号监测总站④，进行数据预处理并保存；
(4)将汇总的光信号经过光纤光栅数据传输线③传输到地面的光电信号转换器④，并将光信号转换为电信号；
(5)利用数据传输线将转换后的电信号传输到信号滤波器⑤，并对电信号滤波处理，减小噪音干扰；
(6)将滤波后的电信号传输到计算机处理系统，利用MATLAB等相关软件对信号进行处理，提取锚杆的应力、应变、位移和温度等信息；
(7)结合提取的信息，利用极限平衡法或强度折减法实时计算总体边坡、组合台阶边坡和台阶边坡的安全系数，按照判据(I)进行分析，对安全系数不满足判据(I)的局部边坡进行加固；
其中，F1、F2、F3分别为计算得到的总体边坡、组合台阶边坡和台阶边坡的安全系数，FS1、FS1、FS3分别为国标技术规范中总体边坡、组合台阶边坡和台阶边坡的安全系数。
进一步，所述步骤(1)中，锚杆布置原则为：先进行总体边坡锚杆布置，然后进行组合台阶边坡锚杆布置，最后进行台阶边坡锚杆布置。
所述步骤(5)中，滤波处理方法为小波分析法。
所述步骤(7)中，计算边坡安全系数时，应考虑不同规模结构面的尺寸效应，即对于大尺寸结构面的抗剪强度进行折减计算。
本实施例的方案提高了大型露天矿山滑坡的预警准确率，光纤光栅耐高温高压，防水性好，抗干扰能力强且可重复利用，可靠性高，费用较低，适用范围广，能实现大型露天滑坡灾害的全覆盖实时监测和预警，对于大型露天矿山减少投资、降低生产成本、保证开采安全有着重要的意义。

Claims (5)

1.一种基于光纤光栅的大型露天矿山滑坡灾害预警方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)按照大型非煤露天矿山边坡的锚杆加固设计规范和结构面分布规律在边坡上布置锚杆群，并在锚杆上按设定间距粘贴多功能光纤光栅传感器；
(2)将锚杆锚固后，在端头处布置光纤光栅信号采集仪，用来采集传感器监测到的应力、应变、位移和温度；
(3)利用光纤光栅数据传输线将光信号汇总到信号监测总站，进行数据预处理并保存；
(4)将汇总的光信号经过光纤光栅数据传输线传输到地面的光电信号转换器，并将光信号转换为电信号；
(5)利用数据传输线将转换后的电信号传输到信号滤波器，并对电信号滤波处理，减小噪音干扰；
(6)将滤波后的电信号传输到计算机处理系统，利用MATLAB软件对信号进行处理，提取锚杆的应力、应变、位移和温度；
(7)结合提取的信息，利用极限平衡法或强度折减法实时计算总体边坡、组合台阶边坡和台阶边坡的安全系数，按照判据(I)进行分析，对安全系数不满足判据(I)的局部边坡进行加固；
其中，F1、F2、F3分别为计算得到的总体边坡、组合台阶边坡和台阶边坡的安全系数，FS1、FS1、FS3分别为国标技术规范中总体边坡、组合台阶边坡和台阶边坡的安全系数。
2.如权利要求1所述的基于光纤光栅的大型露天矿山滑坡灾害预警方法，其特征在于，所述步骤(1)中，在距离结构面1m范围内的间距为0.2m，其他位置为0.4m。
3.如权利要求1或2所述的基于光纤光栅的大型露天矿山滑坡灾害预警方法，其特征在于，所述步骤(1)中，锚杆布置原则为：先进行总体边坡锚杆布置，然后进行组合台阶边坡锚杆布置，最后进行台阶边坡锚杆布置。
4.如权利要求1或2所述的基于光纤光栅的大型露天矿山滑坡灾害预警方法，其特征在于，所述步骤(5)中，滤波处理方法为小波分析法。
5.如权利要求1或2所述的基于光纤光栅的大型露天矿山滑坡灾害预警方法，其特征在于，所述步骤(7)中，计算边坡安全系数时，考虑不同规模结构面的尺寸效应，即对于大尺寸结构面的抗剪强度进行折减计算。
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