露天矿区边坡变形检测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种露天矿区边坡变形检测装置及方法，装置包括标定单元、导向单元和工控机，标定单元分别沿水平横向和水平纵向成对设置在被测边坡的外围稳定地基上，在成对布置的标定单元之间设置若干个导向单元，通过测量绳穿过导向单元的口字形框架将成对的标定立柱连接到一起，利用测量绳传递测点的位移变化，通过限位导向单元将不同位置的标定单元连成测网，采用测网外围少量的拉绳位移传感器完成内部多个测点的位移检测，凸出检测边坡多个水平层面向前和多个竖直切面向下的整体状态，并能够定位边坡变形的危险区域，位移传感器数量大为减少，结构新颖，布设方便，经济性良好，实用性高。

Detection device and method of slope deformation in opencast mining area

【技术实现步骤摘要】
露天矿区边坡变形检测装置及方法
本专利技术涉及露天矿区岩土工程领域，具体涉及一种露天矿区边坡变形检测装置及方法。
技术介绍
作为全球性三大自然灾害之一的边坡变形，会导致岩体失稳破坏进而造成滑坡，由此产生的山体垮塌以及汇合暴雨形成的泥石流严重威胁人民的生命财产安全，造成巨大的经济损失。露天矿开采需要把覆盖在矿体上部及其周围的浮土和围岩剥去，从敞露的矿体上直接采掘矿石。矿区开采需要大规模开挖山体或岩土层，破坏了矿区岩层原本的稳定性，且矿区开采过程中常采用爆破作业，爆破产生的震动传递到露天矿的边坡上，进一步影响矿区岩层的稳定性，因而露天矿区边坡失稳风险大。而矿区边坡是否稳定直接关系到矿区生产作业是否安全，因而有必要及时检测露天矿的边坡变形情况。边坡变形检测主要对滑坡体进行绝对位移或相对位移检测，其核心在于获取边坡上点或面的位移量，目前主要有以下几种方式：第一，大地测量法，直接在边坡上以一定的密度布设传感器，检测测点的位移变换，区别主要在于检测原理不同，如专利号ZL200910063638.9以不锈钢铉搭设测试连接线，配以滑轮组和牵引配重，检测各靶点的位移，专利号ZL201510067639.6通过电阻转换装置和测量导线构成测网，通过测量测线总电阻的变化，监测网中边坡的变形状况，专利号CN201510288624利用分布式埋设的光纤传感器对边坡变形实施监测，专利号ZL201610271980.8通过在边坡布设磁性传感元件，通过全张量磁力梯度仪测量不同阶段的边坡变形，专利号ZL201620716472.1通过姿态传感器获取固定桩和监测桩之间的位移形变，专利号CN201710693907.4基于惯性测量单元测量边坡的变形速率、位置以及姿态信息，专利号ZL201710794105.2基于微震视应力变化，监测岩质边坡变形，专利号CN201810602711.4利用重锤相对于导电环的距离变化，识别边坡的倾斜变化，专利号CN201811641586.4通过牵拉绳长度变化转换成导向杆的转动角度，识别两个测距仪之间的距离变换；第二，GNSS(全球导航卫星系统)测量法，包含GPS、北斗等，旨在边坡上一点的密度布设GNSS接收器，用以检测各测点的三维坐标，如专利号CN201811350950.1的基于北斗测量技术的边坡变形监测系统；第三，激光测量法，利用激光测距原理，记录被测物体表面点的三维坐标，如激光全站仪，专利号CN201910989387.0的基于激光测距原理的边坡变形实时监测装置；第四，遥感测量法，包含合成孔径雷达干涉测量(InSAR)、合成孔径雷达差分干涉测量(D-InSAR)、永久散射体合成孔径雷达干涉测量(PS-InSAR)等，通过求取同一地区两幅SAR图像的相位差，获得干涉图像，再根据干涉图像的相位值得出路程差，从而计算边坡形貌变化。边坡变形检测时方法较多，各种方法都有其优缺点，需要根据边坡具体情况，选用精度适宜、经济合理的监测方法。露天矿区边坡的特殊性，决定了采用传统方法难以有效检测边坡变形，主要体现在：第一，露天矿开采过程，需要对岩土层、矿石不断采掘和排土，决定了新的边坡不断形成，需要边坡检测具备成本低、易于安装、易于转场检测等特点，而传统的大地测量法主要基于点测量，测点数量等同于传感器数量，当针对大面积边坡进行检测时，需要传感器数量较多，成本较高；第二，露天矿区地形复杂，特别是深坑矿区，深度达数百米，再加上山体遮挡等因素，GNSS信号弱，检测精度低，容易漏检，同时GNSS虽然对于经纬度较为准确，但对于高程信息缺乏精度，导致GNSS测量法难以满足检测需求；第三，露天矿区环境恶劣，而激光测量法受粉尘、空气温湿度影响大，并且采用棱镜激光对准技术，会造成对中工作量大，不便于转场测量；第四，遥感测量法观测精度低于GNSS，比GNSS有更好的空间分辨率，适合大面积的边坡变形检测，但无论是天基遥感、空基遥感、地基遥感，如果实现高精度的边坡检测，硬件投入上都比较高，经济性不足。因而有必要研究一种露天矿区边坡稳定检测装置，综合考虑可靠性、实用性、经济性，以便快速准确地检测边坡变形。
技术实现思路
技术问题：本专利技术的目的是要克服已有技术中的不足之处，提供一种结构简单、操作方便、快速准确、可靠性高的露天矿区边坡变形检测装置及方法。技术方案：本专利技术的一种露天矿区边坡变形检测装置，包括标定单元、导向单元和工控机，所述的标定单元分别沿水平横向和水平纵向成对设置在被测边坡)的外围稳定地基上，在成对布置的标定单元之间设置有若干个导向单元，所述的标定单元包括多个标定螺旋锥杆、标定螺钉、标定立柱、拉绳位移传感器、惯性定位模块和测量绳，所述标定螺旋锥杆、标定立柱和惯性定位模块自下而上同轴布置，标定螺旋锥杆顶部沿圆周方向设有标定螺钉，所述标定立柱成对布置，所述拉绳位移传感器设置在成对布置的一个标定立柱上，拉绳位移传感器的检测端连接有测量绳的一端，测量绳的另一端固定在相临的另一个标定立柱上，所述的测量绳分别沿水平横向和水平纵向设置，测量绳穿过导向单元的口字形框架将成对的标定立柱连接到一起；惯性定位模块和拉绳位移传感器连接到位于边坡底部的工控机上；所述的导向单元包括导向立柱、套筒、托辊、U形架、导向螺钉)和导向螺旋锥杆，所述的导向螺旋锥杆、导向立柱和套筒自下而上同轴布置，所述导向螺旋锥杆顶部沿圆周方向设有导向螺钉，所述套筒与U形架构成口字形框架，在口字形框架的各边上设有托辊，所述托辊之间转动相互不干扰，使测量绳穿过各托辊围定的口字形空间时能自由滑动。一种使用上所述露天矿区边坡变形检测装置的检测方法，包括如下步骤：(a)将套筒与U形架组成口字形框架，在口字形框架的各边上安装托辊，将导向螺旋锥杆、导向立柱和套筒自下而上同轴安装，组装成若干个导向单元，将标定螺旋锥杆、标定立柱和惯性定位模块自下而上同轴安装，组装成若干个标定单元；(b)通过标定螺旋锥杆过标定螺钉固定，通过导向螺旋锥杆在成对的标定单元之间多个安装导向单元并通过导向螺钉固定，分别固定导向单元的两个套筒，使导向单元口字形框架的开口方向分别朝着水平横向和水平纵向，将拉绳位移传感器安装在成对布置的一个标定立柱上，将拉绳位移传感器的检测端连接测量绳的一端，测量绳的另一端依次穿过导向单元的口字形框架，并最终绷紧固定在相临的另一个标定立柱上，惯性定位模块和拉绳位移传感器连接到位于边坡底部的工控机上；(c)采用人工测量的方式，对边坡外围的惯性定位模块和拉绳位移传感器进行零点标定，然后启动各传感器参数检测，获得边坡外围各惯性定位模块沿X、Y、Z三个方向的位移和拉绳位移传感器伸缩量，统计如下式：式中：(Hxi,Hyi,Hzi)(i＝1,2,3,4,5,6)表示水平方向上的各惯性定位模块沿X、Y、Z三个方向的位移，(Vxi,Vyi,Vzi)(i＝1,2,3,4,5,6)表示竖直方向上各惯性定位模块沿X、Y、Z三个方向的位移；考虑标定单元在露天矿开采和爆破中可能发生移动，计算水平布置的多根测量绳沿水平向前的位移变化量{DH1,DH2,DH3}，以及竖直布本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种露天矿区边坡变形检测装置，其特征在于：包括标定单元(1)、导向单元(2)和工控机(4)，所述的标定单元(1)分别沿水平横向和水平纵向成对设置在被测边坡(3)的外围稳定地基上，在成对布置的标定单元(1)之间设置有若干个导向单元(2)，/n所述的标定单元(1)包括多个标定螺旋锥杆(1-a)、标定螺钉(1-b)、标定立柱(1-c)、拉绳位移传感器(1-d)、惯性定位模块(1-e)和测量绳(1-f)，所述标定螺旋锥杆(1-a)、标定立柱(1-c)和惯性定位模块(1-e)自下而上同轴布置，标定螺旋锥杆(1-a)顶部沿圆周方向设有标定螺钉(1-b)，所述标定立柱(1-c)成对布置，所述拉绳位移传感器(1-d)设置在成对布置的一个标定立柱(1-c)上，拉绳位移传感器(1-d)的检测端连接有测量绳(1-f)的一端，测量绳(1-f)的另一端固定在相临的另一个标定立柱(1-c)上，所述的测量绳(1-f)分别沿水平横向和水平纵向设置，测量绳(1-f)穿过导向单元(2)的口字形框架将成对的标定立柱(1-c)连接到一起；惯性定位模块(1-e)和拉绳位移传感器(1-d)连接到位于边坡(3)底部的工控机(4)上；/n所述的导向单元(2)包括导向立柱(2-a)、套筒(2-b)、托辊(2-c)、U形架(2-d)、导向螺钉(2-e)和导向螺旋锥杆(2-f)，所述的导向螺旋锥杆(2-f)、导向立柱(2-a)和套筒(2-b)自下而上同轴布置，所述导向螺旋锥杆(2-f)顶部沿圆周方向设有导向螺钉(2-e)，所述套筒(2-b)与U形架(2-d)构成口字形框架，在口字形框架的各边上设有托辊(2-c)，所述托辊(2-c)之间转动相互不干扰，使测量绳(1-f)穿过各托辊(2-c)围定的口字形空间时能自由滑动。/n...

【技术特征摘要】
1.一种露天矿区边坡变形检测装置，其特征在于：包括标定单元(1)、导向单元(2)和工控机(4)，所述的标定单元(1)分别沿水平横向和水平纵向成对设置在被测边坡(3)的外围稳定地基上，在成对布置的标定单元(1)之间设置有若干个导向单元(2)，
所述的标定单元(1)包括多个标定螺旋锥杆(1-a)、标定螺钉(1-b)、标定立柱(1-c)、拉绳位移传感器(1-d)、惯性定位模块(1-e)和测量绳(1-f)，所述标定螺旋锥杆(1-a)、标定立柱(1-c)和惯性定位模块(1-e)自下而上同轴布置，标定螺旋锥杆(1-a)顶部沿圆周方向设有标定螺钉(1-b)，所述标定立柱(1-c)成对布置，所述拉绳位移传感器(1-d)设置在成对布置的一个标定立柱(1-c)上，拉绳位移传感器(1-d)的检测端连接有测量绳(1-f)的一端，测量绳(1-f)的另一端固定在相临的另一个标定立柱(1-c)上，所述的测量绳(1-f)分别沿水平横向和水平纵向设置，测量绳(1-f)穿过导向单元(2)的口字形框架将成对的标定立柱(1-c)连接到一起；惯性定位模块(1-e)和拉绳位移传感器(1-d)连接到位于边坡(3)底部的工控机(4)上；
所述的导向单元(2)包括导向立柱(2-a)、套筒(2-b)、托辊(2-c)、U形架(2-d)、导向螺钉(2-e)和导向螺旋锥杆(2-f)，所述的导向螺旋锥杆(2-f)、导向立柱(2-a)和套筒(2-b)自下而上同轴布置，所述导向螺旋锥杆(2-f)顶部沿圆周方向设有导向螺钉(2-e)，所述套筒(2-b)与U形架(2-d)构成口字形框架，在口字形框架的各边上设有托辊(2-c)，所述托辊(2-c)之间转动相互不干扰，使测量绳(1-f)穿过各托辊(2-c)围定的口字形空间时能自由滑动。


2.一种使用权利要求1所述露天矿区边坡变形检测装置的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
(a)将套筒(2-b)与U形架(2-d)组成口字形框架，在口字形框架的各边上安装托辊(2-c)，将导向螺旋锥杆(2-f)、导向立柱(2-a)和套筒(2-b)自下而上同轴安装，组装成若干个导向单元(2)，将标定螺旋锥杆(1-a)、标定立柱(1-c)和惯性定位模块(1-e)自下而上同轴安装，组装成若干个标定单元(1)；
(b)通过标定螺旋锥杆(1-a)在被测边坡(3)的外围稳定地基上分别沿水平横向和水平纵向成对安装标定单元(1)，并...

【专利技术属性】
技术研发人员：张雪飞，王重秋，张磊，刘佰龙，
申请(专利权)人：内蒙古广纳信息科技有限公司，徐州中矿融通信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：内蒙;15