一種泥石流監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種泥石流監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)及方法，具體為一種用于礦山排土場的泥石 流監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 礦山排土場是礦山開采過程中由于剝離巖石等廢棄物而形成的排棄巖土堆積物， 露天開采剝巖比一般大于1，排土量巨大。泥石流是在含有大量泥沙石塊等固體物質(zhì)作用 下發(fā)生的具有強大破壞力的固液混合物的地質(zhì)災(zāi)害。尤其在雨季，排土場潛在泥石流災(zāi)害 隱患突出，嚴重威脅著礦山安全，因此需要對其進行監(jiān)測預(yù)警，提高礦區(qū)排土場防災(zāi)減災(zāi)能 力。
[0003]目前，針對礦山排土場泥石流常規(guī)的監(jiān)測預(yù)警方法主要為：
[0004] (1)氣象水文方面：水源不僅是泥石流發(fā)生的必要物質(zhì)基礎(chǔ)，還是泥石流的動力 來源之一。對水源的監(jiān)測內(nèi)容主要針對降雨量、降雨強度、降雨歷時監(jiān)測以及巖土含水量情 況、孔隙水壓力變化情況等。監(jiān)測手段主要有雨量計、地下水位計、孔隙水壓力計等。
[0005] (2)泥石流固體物質(zhì)組成方面：泥石流的基本物質(zhì)基礎(chǔ)是固體物質(zhì)，因此常規(guī)方 法針對泥石流易發(fā)空間內(nèi)的地表變形、深部位移等。監(jiān)測手段主要有位移監(jiān)測儀、全站儀、 測斜儀等。
[0006] (3)泥石流孕育發(fā)展過程方面：主要針對泥石流發(fā)生的時間、規(guī)模、運動特征參數(shù) 展開監(jiān)測，監(jiān)測手段主要有紅外、雷達、影像、超聲波等。
[0007] 現(xiàn)有的泥石流監(jiān)測內(nèi)容和方法存在三個不可避免的問題，第一：降雨、位移等監(jiān)測 內(nèi)容抓住了泥石流發(fā)生的必不可少的組成要素，卻極少考慮泥石流發(fā)生的力學(xué)充分和必要 條件。第二：常規(guī)的泥石流監(jiān)測預(yù)警方法大多需要專業(yè)工程技術(shù)人員先在現(xiàn)場測得數(shù)據(jù)，再 將數(shù)據(jù)帶至分析人員處理，周期加長，實時性效果差，自動化程度低。第三：監(jiān)測預(yù)警準則定 性而不定量，操作判斷復(fù)雜。
[0008] 按照傳統(tǒng)的泥石流監(jiān)測預(yù)警方法，上述三個問題無法避免。因此，研制一種礦山排 土場泥石流監(jiān)測預(yù)警方法及系統(tǒng)迫在眉睫。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種泥石流監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，包括，恒阻大變形 錨索，設(shè)置于監(jiān)測區(qū)域；壓電式力學(xué)傳感器，用于測量所述恒阻大變形錨索的力學(xué)參數(shù)；數(shù) 據(jù)采集及發(fā)射裝置，以及數(shù)據(jù)接收裝置；其中，所述數(shù)據(jù)采集及發(fā)射裝置用于采集所述壓電 式力學(xué)傳感器測得的信息，并將該信息發(fā)送至所述數(shù)據(jù)接收裝置；所述數(shù)據(jù)接收裝置將接 收到的信息發(fā)送至數(shù)據(jù)分析處理中心進行處理，以確定所述監(jiān)測區(qū)域的安全預(yù)警等級。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的一實施方式，其中所述恒阻大變形錨索的最大變形量為2m。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式，其中所述恒阻大變形錨索設(shè)置于開設(shè)在所述監(jiān)測區(qū) 域的坡面上的監(jiān)測孔內(nèi)；所述恒阻大變形錨索包括相連接的錨固段和自由段，所述錨固段 位于所述監(jiān)測孔的底部，所述自由段的一個端部伸出所述監(jiān)測孔外。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式，其中所述壓電式力學(xué)傳感器設(shè)置于所述恒阻大變形 錨索伸出所述監(jiān)測孔外的所述端部。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式，其中在所述坡面上設(shè)置有用于支撐所述恒阻大變形 錨索的防護墩，所述數(shù)據(jù)采集及發(fā)射裝置設(shè)置于所述防護墩。
[0014] 本發(fā)明進一步提供了一種泥石流監(jiān)測預(yù)警方法，包括，在泥石流監(jiān)測區(qū)域內(nèi)開設(shè) 一監(jiān)測孔；將恒阻大變形錨索設(shè)置于所述監(jiān)測孔內(nèi)，并將所述恒阻大變形錨索與壓電式力 學(xué)傳感器相連，將所述壓電式力學(xué)傳感器與數(shù)據(jù)采集及發(fā)射裝置相連，將所述數(shù)據(jù)采集及 發(fā)射裝置與數(shù)據(jù)接收裝置相連；所述恒阻大變形錨索受到外力作用時，所述壓電式力學(xué)傳 感器將采集到的力學(xué)信號通過所述數(shù)據(jù)采集及發(fā)射裝置傳遞至所述數(shù)據(jù)接收裝置，所述數(shù) 據(jù)接收裝置將接收到的信息發(fā)送至數(shù)據(jù)分析處理中心進行處理，以確定所述監(jiān)測區(qū)域的安 全預(yù)警等級。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的一實施方式，其中所述監(jiān)測孔通過如下步驟獲得：采用套管鉆進，形 成所述監(jiān)測孔的第一段孔；自所述第一段孔的孔底對所述第一段孔進行反向高壓注漿，使 漿液擴散至周邊區(qū)域，形成注漿區(qū)；在所述注漿區(qū)內(nèi)形成所述監(jiān)測孔的第二段孔；自所述 第二段孔的孔底進行反向高壓注漿，使?jié){液擴散至周邊區(qū)域，形成第二注漿區(qū)；在所述第二 注漿區(qū)內(nèi)形成所述監(jiān)測孔的第三段孔。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式，其中所述數(shù)據(jù)采集及發(fā)射裝置將接收到的信息通過 無線通訊的方式發(fā)送至所述數(shù)據(jù)接收裝置。
[0017] 本發(fā)明提供了一種用于礦山排土場泥石流災(zāi)害監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)及其配套施工工 藝，該系統(tǒng)實現(xiàn)了礦山排土場泥石流全過程監(jiān)測-預(yù)警-控制一體化調(diào)控功能，大大提高了 礦山排土場泥石流監(jiān)測預(yù)警的準確性和科學(xué)性。
【附圖說明】
[0018] 圖1為本發(fā)明一實施方式的泥石流監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 圖2為本發(fā)明一實施方式的錨墊板的剖面圖；
[0020] 圖3為本發(fā)明一實施方式的錨墊板的外側(cè)面的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖4至圖8為本發(fā)明一實施方式的泥石流監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)設(shè)置于礦山排土場的過程 示意圖。
[0022] 其中，附圖標記說明如下：
[0023] 10、恒阻大變形錨索；11、錨固段；12、自由段；20、壓電式力學(xué)傳感器；30、數(shù)據(jù)采 集及發(fā)射裝置；40、數(shù)據(jù)接收裝置；50、土坡；51、坡面；60、高強防護墩；61、錨墊板；611、墊 板；612、螺旋配筋；70、數(shù)據(jù)分析處理中心；81、套管；82、注漿機；83、注漿管；91、注漿區(qū)； 92、第二注漿區(qū)。
【具體實施方式】
[0024] 體現(xiàn)本發(fā)明特征與優(yōu)點的典型實施方式將在以下的說明中詳細敘述。應(yīng)理解的是 本發(fā)明能夠在不同的實施方式上具有各種的變化，其皆不脫離本發(fā)明的范圍，且其中的說 明及圖示在本質(zhì)上是當作說明之用，而非用以限制本發(fā)明。
[0025] 如圖1所示，本發(fā)明一實施方式的泥石流監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，包括恒阻大變形錨索10、 壓電式力學(xué)傳感器20、數(shù)據(jù)采集及發(fā)射裝置30以及數(shù)據(jù)接收裝置40。數(shù)據(jù)采集及發(fā)射裝 置30例如可以是Zigbee無線發(fā)射裝置，數(shù)據(jù)接收裝置40例如可以是Zigbee無線接收裝 置。
[0026] 恒阻大變形錨索10設(shè)置于監(jiān)控區(qū)域內(nèi)，該監(jiān)控區(qū)域例如可以是礦山排土場中的 一個土坡50,土坡50的坡面51與水平面有一夾角θ，Θ的角度一般小于52°，例如可以 為45°。恒阻大變形錨索10的最大變形量可以為2m，具體地，恒阻大變形錨索10可包括 錨固段11和自由段12,錨固段11完全伸入開設(shè)于坡面51的監(jiān)測孔內(nèi)，自由段12的大部分 位于監(jiān)測孔內(nèi)，端部位于監(jiān)測孔外。壓電式力學(xué)傳感器20設(shè)置于恒阻大變形錨索10位于 監(jiān)測孔外的端部，用于對恒阻大變形錨索10進行力學(xué)測量，即當恒阻大變形錨索的自由段 被施加預(yù)緊力后，恒阻大變形錨索10即受到一錨索拉力的作用，此時設(shè)置于自由段12的壓 電式力學(xué)傳感器20會采集該錨索拉力的力學(xué)信息，由于壓電式力學(xué)傳感器20的采集頻率 較高，可實現(xiàn)對恒阻大變形錨索10所受錨索拉力的全程無間斷的力學(xué)采集。
[0027] 在土坡50的坡面51上設(shè)置有高強防護墩60,高強防護墩60優(yōu)選為具有一與坡面 相匹配的斜面，以便設(shè)置于坡面51上。本發(fā)明對高強防護墩60的結(jié)構(gòu)沒有限定，可根據(jù)所 對應(yīng)的坡面的具體情況進行結(jié)構(gòu)的調(diào)整。高強防護墩60可由鋼筋混凝土構(gòu)成，并通過恒阻 大變形錨索10暴露于監(jiān)測孔外的端部為其提供預(yù)應(yīng)力支撐。具體地，高強防護墩60可通 過一夾片夾持恒阻大變形錨索10的自由段12,將自由段12固定于高強防護墩60的錨墊板 61上，如圖2、3所示的錨墊板61為現(xiàn)有技術(shù)的錨墊板，包括墊板611和螺旋配筋612,在墊 板611的中心開設(shè)有一階梯孔，以供錨索穿過，在錨墊板61外側(cè)可配置錨具以錨固各錨索。 此外，還可將數(shù)據(jù)采集及發(fā)射裝置30設(shè)置于高強防護墩60的頂部，并通過混凝土澆鑄法等 方法將壓電式力學(xué)傳感器20和數(shù)據(jù)采集及發(fā)射裝置30固定，使得高強防護墩60同時對壓 電式力學(xué)傳感器20和數(shù)據(jù)采集及發(fā)射裝置30起到保護作用。
[0028] 數(shù)據(jù)采集及發(fā)射裝置30可采集壓電式力學(xué)傳感器20測得的力學(xué)信息，并將該信 息輸送至數(shù)據(jù)接收裝置40,數(shù)據(jù)接收裝置40將接收到的信息發(fā)送至數(shù)據(jù)分析處理中心70， 通過安裝在專用服務(wù)器中的處理程序軟件進行自動分析處理，并確定所檢測區(qū)域的安全預(yù) 警等級。
[0029] 其中，預(yù)警系統(tǒng)的供電方式可以為太陽能和鋰電池協(xié)同供電；數(shù)據(jù)采集及發(fā)射裝 置30的數(shù)據(jù)采集頻率優(yōu)選為多0. 017Hz ;信號無線遠程傳輸距離優(yōu)選為多2000km ;所涉及 的數(shù)