矿区边坡监测站应用

时间：2025-04-27 涉川

1. 方案介绍
矿区边坡稳定性直接关系到生产安全与生态保护。受采矿、雨水侵蚀、地质结构变化等多因素影响，矿区边坡存在位移滑动、塌方甚至整体失稳的风险。为加强边坡动态变形的实时监测，及时预警滑坡、沉降等地质灾害，本方案提出建设基于GNSS位移监测、倾角传感器监测与降雨量监测的综合自动化边坡监测系统，实现全天候、无人值守、远程可视化管理，提升矿区安全管控水平。

2. 监测目标

实时监测边坡表面三维位移变化情况；
检测边坡局部倾斜角度变化，识别潜在滑动区域；
记录降雨强度及累计雨量，分析降雨对边坡稳定性的影响；
构建边坡安全动态评估体系，提前发出滑坡预警信号；
为边坡治理、风险评估、灾害预案制定提供科学依据。

3. 需求分析

安全监管要求：符合矿山安全监察、地灾防控等国家行业规范；
数据实时性需求：保证变形量达到预警阈值后第一时间推送警报；
连续监测需求：支持7×24小时连续采集与记录，历时性分析；
环境适应性需求：设备需防水、防尘、防腐蚀，适应露天矿区风雨环境；
远程运维需求：支持4G无线远程访问、参数设置与数据下载。

4. 监测方法

位移监测：采用高精度GNSS模块，通过差分定位技术实时获取监测点三维坐标变化，推算水平与垂直位移；
倾斜角度监测：安装MEMS倾角传感器，测量边坡表面或埋设剖面层的倾斜变化（X、Y双轴）；
降雨量监测：配置翻斗式雨量计，自动累计降雨量，监测短时暴雨或持续降雨过程。

5. 应用原理

GNSS原理：北斗定位，利用载波相位差分测量技术，达到毫米至厘米级位移监测精度；
倾角传感器原理：基于MEMS加速度感应，通过重力变化检测物体姿态变化，计算倾斜角；
雨量计原理：雨水汇入翻斗装置，水量使翻斗倾倒，每次翻转即记录一定体积，累计计算降雨量。

6. 功能特点

全天候连续自动监测，无需人工巡检；
支持4G主动上传，断网续传，保障数据完整性；
多种数据采集周期可设（默认5分钟一次采样）；
支持变形趋势分析、累积位移趋势曲线绘制；
预警策略灵活，可基于单项或多项综合指标判断；
系统具备远程升级、远程维护、短信/APP推送预警功能；
供电系统采用太阳能+锂电池设计，适应野外连续运行。

7. 硬件清单

GNSS高精度位移监测模块（差分RTK型）
双轴倾角传感器（±30°测量范围，精度0.05°）
翻斗式雨量传感器（0.2mm分辨率，IP67防护）
数据采集主机（内置4G通讯模块，本地数据缓存≥30天）
30W单晶硅太阳能板+20Ah锂电池组
防护机箱（IP65）
天线支架与边坡锚固支架系统
通信天线（防雷型）

8. 设备参数（量程、精度）

指标	测量范围	分辨率	精度/误差	原理
位移监测（GNSS）	水平/垂直位移±10m以内	1 mm	水平±8mm，垂直±15mm	卫星载波相位差分
倾斜监测	±30°（双轴）	0.001°	±0.05°	MEMS倾角测量
降雨量监测	0～999.9 mm（单次）	0.2 mm	±2%	翻斗累计法
工作温度	-30℃～+70℃	—	—	—
通讯方式	4G LTE（自动主动上报）	—	—	—

9. 方案实现

选择边坡重点监测区域布设GNSS天线及倾角传感器，雨量计布设在开阔无遮挡处；
通过支架与地锚系统固定传感器与主机，避免风吹、雨打、振动干扰；
配置太阳能供电系统，保障设备独立供电；
设定每日采样频率及上报时间，配置报警阈值；
采集数据通过4G模块上传至后台监控平台；
平台支持趋势曲线、累积变化量分析及预警提醒推送。

10. 数据分析

位移变化曲线：水平方向、垂直方向累积位移变化趋势分析；
倾角变化曲线：倾角波动与滑动前兆分析；
雨量趋势曲线：单次降雨强度与累积量趋势记录；
三因子联动分析：降雨与位移、倾斜变化关联性分析；
支持导出EXCEL报表、图表PDF、异常报警日志。

11. 预警决策

支持设定多种监测参数超限报警（如位移速率＞设定值、倾角突变＞设定值等）；
设定累计降雨量+位移双条件联合预警，避免误报警；
可推送报警信息至手机短信、微信小程序、PC端弹窗；
系统自动记录报警发生时各项数据，便于复查与归责。

12. 方案优点

高精度、高稳定性，适用于矿区严苛环境；
模块化设计，扩展灵活，便于后期加装扩展传感器；
超低功耗设计，连续阴雨天可保障7天以上续航；
支持无人值守远程监控，大幅降低运维成本；
提前识别变形风险，为边坡灾害防范赢得宝贵时间。

13. 应用领域

金属矿、煤矿露天边坡稳定性监测；
尾矿坝边坡监测与预警系统；
开挖边坡、排土场斜坡位移变形监测；
采空区地表沉降、塌陷监测；
山地公路、铁路沿线高边坡安全管理。

14. 效果分析

大幅提升边坡安全监测水平，减少突发灾害风险；
帮助矿区实现安全生产、合规运营要求；
形成数字化边坡稳定性管理体系，支撑智能矿山建设；
提升灾害应急处置预警响应速度，降低人员财产损失。

15. 国标规范

GB 50330-2013《建筑边坡工程技术规范》
GB/T 50330-2013《地面沉降监测技术规范》
GB 50021-2021《岩土工程勘察规范》
国土资源部《矿山地质环境保护与土地复垦规定》

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