一种泥石流监测预警系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种泥石流监测预警系统及方法，具体为一种用于矿山排土场的泥石 流监测预警系统及方法。
【背景技术】
[0002] 矿山排土场是矿山开采过程中由于剥离岩石等废弃物而形成的排弃岩土堆积物， 露天开采剥岩比一般大于1，排土量巨大。泥石流是在含有大量泥沙石块等固体物质作用 下发生的具有强大破坏力的固液混合物的地质灾害。尤其在雨季，排土场潜在泥石流灾害 隐患突出，严重威胁着矿山安全，因此需要对其进行监测预警，提高矿区排土场防灾减灾能 力。
[0003]目前，针对矿山排土场泥石流常规的监测预警方法主要为：
[0004] (1)气象水文方面：水源不仅是泥石流发生的必要物质基础，还是泥石流的动力 来源之一。对水源的监测内容主要针对降雨量、降雨强度、降雨历时监测以及岩土含水量情 况、孔隙水压力变化情况等。监测手段主要有雨量计、地下水位计、孔隙水压力计等。
[0005] (2)泥石流固体物质组成方面：泥石流的基本物质基础是固体物质，因此常规方 法针对泥石流易发空间内的地表变形、深部位移等。监测手段主要有位移监测仪、全站仪、 测斜仪等。
[0006] (3)泥石流孕育发展过程方面：主要针对泥石流发生的时间、规模、运动特征参数 展开监测，监测手段主要有红外、雷达、影像、超声波等。
[0007] 现有的泥石流监测内容和方法存在三个不可避免的问题，第一：降雨、位移等监测 内容抓住了泥石流发生的必不可少的组成要素，却极少考虑泥石流发生的力学充分和必要 条件。第二：常规的泥石流监测预警方法大多需要专业工程技术人员先在现场测得数据，再 将数据带至分析人员处理，周期加长，实时性效果差，自动化程度低。第三：监测预警准则定 性而不定量，操作判断复杂。
[0008] 按照传统的泥石流监测预警方法，上述三个问题无法避免。因此，研制一种矿山排 土场泥石流监测预警方法及系统迫在眉睫。
【发明内容】
[0009] 为解决上述技术问题，本发明提供了一种泥石流监测预警系统，包括，恒阻大变形 锚索，设置于监测区域；压电式力学传感器，用于测量所述恒阻大变形锚索的力学参数；数 据采集及发射装置，以及数据接收装置；其中，所述数据采集及发射装置用于采集所述压电 式力学传感器测得的信息，并将该信息发送至所述数据接收装置；所述数据接收装置将接 收到的信息发送至数据分析处理中心进行处理，以确定所述监测区域的安全预警等级。
[0010] 根据本发明的一实施方式，其中所述恒阻大变形锚索的最大变形量为2m。
[0011] 根据本发明的另一实施方式，其中所述恒阻大变形锚索设置于开设在所述监测区 域的坡面上的监测孔内；所述恒阻大变形锚索包括相连接的锚固段和自由段，所述锚固段 位于所述监测孔的底部，所述自由段的一个端部伸出所述监测孔外。
[0012] 根据本发明的另一实施方式，其中所述压电式力学传感器设置于所述恒阻大变形 锚索伸出所述监测孔外的所述端部。
[0013] 根据本发明的另一实施方式，其中在所述坡面上设置有用于支撑所述恒阻大变形 锚索的防护墩，所述数据采集及发射装置设置于所述防护墩。
[0014] 本发明进一步提供了一种泥石流监测预警方法，包括，在泥石流监测区域内开设 一监测孔；将恒阻大变形锚索设置于所述监测孔内，并将所述恒阻大变形锚索与压电式力 学传感器相连，将所述压电式力学传感器与数据采集及发射装置相连，将所述数据采集及 发射装置与数据接收装置相连；所述恒阻大变形锚索受到外力作用时，所述压电式力学传 感器将采集到的力学信号通过所述数据采集及发射装置传递至所述数据接收装置，所述数 据接收装置将接收到的信息发送至数据分析处理中心进行处理，以确定所述监测区域的安 全预警等级。
[0015] 根据本发明的一实施方式，其中所述监测孔通过如下步骤获得：采用套管钻进，形 成所述监测孔的第一段孔；自所述第一段孔的孔底对所述第一段孔进行反向高压注浆，使 浆液扩散至周边区域，形成注浆区；在所述注浆区内形成所述监测孔的第二段孔；自所述 第二段孔的孔底进行反向高压注浆，使浆液扩散至周边区域，形成第二注浆区；在所述第二 注浆区内形成所述监测孔的第三段孔。
[0016] 根据本发明的另一实施方式，其中所述数据采集及发射装置将接收到的信息通过 无线通讯的方式发送至所述数据接收装置。
[0017] 本发明提供了一种用于矿山排土场泥石流灾害监测和预警系统及其配套施工工 艺，该系统实现了矿山排土场泥石流全过程监测-预警-控制一体化调控功能，大大提高了 矿山排土场泥石流监测预警的准确性和科学性。
【附图说明】
[0018] 图1为本发明一实施方式的泥石流监测预警系统的结构示意图；
[0019] 图2为本发明一实施方式的锚垫板的剖面图；
[0020] 图3为本发明一实施方式的锚垫板的外侧面的结构示意图；
[0021] 图4至图8为本发明一实施方式的泥石流监测预警系统设置于矿山排土场的过程 示意图。
[0022] 其中，附图标记说明如下：
[0023] 10、恒阻大变形锚索；11、锚固段；12、自由段；20、压电式力学传感器；30、数据采 集及发射装置；40、数据接收装置；50、土坡；51、坡面；60、高强防护墩；61、锚垫板；611、垫 板；612、螺旋配筋；70、数据分析处理中心；81、套管；82、注浆机；83、注浆管；91、注浆区； 92、第二注浆区。
【具体实施方式】
[0024] 体现本发明特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是 本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说 明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。
[0025] 如图1所示，本发明一实施方式的泥石流监测预警系统，包括恒阻大变形锚索10、 压电式力学传感器20、数据采集及发射装置30以及数据接收装置40。数据采集及发射装 置30例如可以是Zigbee无线发射装置，数据接收装置40例如可以是Zigbee无线接收装 置。
[0026] 恒阻大变形锚索10设置于监控区域内，该监控区域例如可以是矿山排土场中的 一个土坡50,土坡50的坡面51与水平面有一夹角θ，Θ的角度一般小于52°，例如可以 为45°。恒阻大变形锚索10的最大变形量可以为2m，具体地，恒阻大变形锚索10可包括 锚固段11和自由段12,锚固段11完全伸入开设于坡面51的监测孔内，自由段12的大部分 位于监测孔内，端部位于监测孔外。压电式力学传感器20设置于恒阻大变形锚索10位于 监测孔外的端部，用于对恒阻大变形锚索10进行力学测量，即当恒阻大变形锚索的自由段 被施加预紧力后，恒阻大变形锚索10即受到一锚索拉力的作用，此时设置于自由段12的压 电式力学传感器20会采集该锚索拉力的力学信息，由于压电式力学传感器20的采集频率 较高，可实现对恒阻大变形锚索10所受锚索拉力的全程无间断的力学采集。
[0027] 在土坡50的坡面51上设置有高强防护墩60,高强防护墩60优选为具有一与坡面 相匹配的斜面，以便设置于坡面51上。本发明对高强防护墩60的结构没有限定，可根据所 对应的坡面的具体情况进行结构的调整。高强防护墩60可由钢筋混凝土构成，并通过恒阻 大变形锚索10暴露于监测孔外的端部为其提供预应力支撑。具体地，高强防护墩60可通 过一夹片夹持恒阻大变形锚索10的自由段12,将自由段12固定于高强防护墩60的锚垫板 61上，如图2、3所示的锚垫板61为现有技术的锚垫板，包括垫板611和螺旋配筋612,在垫 板611的中心开设有一阶梯孔，以供锚索穿过，在锚垫板61外侧可配置锚具以锚固各锚索。 此外，还可将数据采集及发射装置30设置于高强防护墩60的顶部，并通过混凝土浇铸法等 方法将压电式力学传感器20和数据采集及发射装置30固定，使得高强防护墩60同时对压 电式力学传感器20和数据采集及发射装置30起到保护作用。
[0028] 数据采集及发射装置30可采集压电式力学传感器20测得的力学信息，并将该信 息输送至数据接收装置40,数据接收装置40将接收到的信息发送至数据分析处理中心70， 通过安装在专用服务器中的处理程序软件进行自动分析处理，并确定所检测区域的安全预 警等级。
[0029] 其中，预警系统的供电方式可以为太阳能和锂电池协同供电；数据采集及发射装 置30的数据采集频率优选为多0. 017Hz ;信号无线远程传输距离优选为多2000km ;所涉及 的数