露天边坡雷达监测预警技术应用研究

露天边坡雷达监测预警技术应用研究

颜成龙

山东辉泰矿业有限公司 山东枣庄 277300

摘要：矿山露天开采会引发一系列的边坡稳定问题，边坡的稳定直接影响安全生产与经济效益，对边坡稳定情况的监测与控制成为整个露天开采中至关重要的工作环节。

关键词：露天边坡；雷达检测；预警技术；应用策略

引言

伴随着浅部易采矿体的逐渐枯竭，露天矿山转向深部开采过渡，即露天边坡进一步加高加陡。随着生产的持续推进，极易诱发边坡变形、开裂，甚至垮塌，严重威胁矿山企业人员生命财产安全。因此，露天矿山高陡边坡监测预警技术的研究至关重要。

1边坡监测雷达

边坡监测雷达是一种用于露天矿边坡稳定性监测及预警的设备，能够对矿山边坡、山体、地表以及矿区建筑等易发生微小变形的物体进行远程监控。该设备无需布置在边坡表面，即能以亚毫米的精度对整个边坡进行监测预警，可以做到大范围、远距离、全天候的高精度测量。通过快速识别潜在的不稳定区域，可以准确的预测预报片帮、滑坡等地质灾害的发生时间，最大限度地减少边坡崩塌引起的灾害事故，有效保障作业人员与车辆的安全，还可以对矿区存在边坡安全隐患的区段进行实时动态监测，实现安全生产效率最大化。

2预警方法和思路

利用边坡雷达的基本原理把合成孔径雷达监测技术，将其用在矿山边坡监测以及预警当中能够获取被测边坡的整体形变发展情况以及掌握边坡稳定性，之后借助边坡预警等手段有效分析。在开展山体滑坡等灾害防治工作的过程中。当形成一定范围的边坡破坏时就会成为边坡动力灾害或者事故防范的重点内容。换言之，在工程的实际利用角度讲，只有超出边坡变形区域的一定范围后，才可以作为滑坡事故或者灾害的变形区域。利用边坡雷达监测基本原理，边坡雷达能够获取监测结果，掌握覆盖范围内的边坡变形情况，然后记录变化信息，进而对掌握区域内的变形情况和不确定区域的规模提供数据信息，其中在分析关键变形信息的过程中，把变形面积当做预警指标，以此反映出边坡不稳定区域的大小。当前雷达监测点数量上百万，不过也存在个别监测点数据异常的可能性，如果只设置变形速度阈值可能会存在误报情况，所以需要利用面积加速率的双指标划破预警方法加以解决，在设置面积阈值后，根据变形速率对滑坡进行预警，以此有效提升利用价值。

3预警案例分析

某边坡雷达系统自运行以来，设备工作正常。精确采集了有效监测范围内露天边坡岩体形变信息，实时掌控了目标采场稳定性状况。2020年12月15日18：00左右，矿山调度中心监测电脑客户端触发黄色预警声光报警系统，相关工作人员接到预警信息后及时进行响应，并在第一时间赶赴现场进行了踏勘和巡查。巡查结果表明：南边坡３号勘探线附近＋2284ｍ～＋2269ｍ区段边坡沿台阶坡面出露宽度2cm以上裂缝，厚度约30cm、长度约3m的顺层滑体悬于台阶坡面，进一步垮塌的趋势极其明显。现场工作人员及时调用设备对危险岩体进行了处理，消除了安全隐患。

3.1变形整体情况分析

边坡雷达系统24ｈ不间断对目标区域边坡进行扫描，每天产生变形监测数据72组。监测数据以位移云图的形式展现并定期进行更新，颜色的深浅反映变形尺度的大小，颜色较深区域对应变形尺度相对较大区域。本次分析采用黄色预警信息发出前近一周的监测数据，即2020年12月９日至2020年12月15日期间的数据。不同时间点位移云图如图所示。

2020年12月９日黄色预警区域位移

2020年12月10日黄色预警区域位移

由位移云图可知，自2020年12月９日起，该处区域位移云图颜色不断加深，即位移变化数值不断增大。2020年12月９日至2020年12月14日期间位移缓慢平稳增加，直至2020年12月15日起，位移突然急剧增长，且变形区域不断扩大。最终于2020年12月15日18：00左右，位移增加量超过30ｍｍ，且变形区域扩大至60ｍ２以上，因此，触发黄色预警。

2020年12月13日黄色预警区域位移

2020年12月15日黄色预警区域位移

3.2预警区域变形位移分析

在边坡变形监测中，边坡位移量和位移曲线形态是滑坡预测的重要判断标准。因此，累积位移曲线为判断滑坡进入临滑阶段最直接、有效的依据。若滑坡进入临滑阶段，位移曲线的特点是随着时间的增加，每次扫描得到的位移量持续增大，位移曲线呈现下凹的抛物线形态，由此可判断边坡变形已进入临滑阶段。2020年12月9日—2020年12月15日期间橙色预警区域及中心位移变化曲线图所示。由位移曲线可知：12月15日以前该区域位移变化平稳、缓慢增长，整体位移量较小,平均位移量小于10mm。自12月15日凌晨起，该区域位移量突然急剧增加，上升趋势极其明显，12月15日18：00整体区域位移量接近20mm/d，中心区域位移量达到42.8mm/d，且具有进一步加速变形的趋势，并触发橙色预警。

3.3滑坡原因回溯分析

露天矿滑坡的产生往往是多种耦合因素共同孕育，并最终由采矿活动直接诱发。滑坡内因经常为边坡岩体具有不良的工程地质条件，外因往往较为复杂。其中，地震、爆破振动和降雨渗流会导致露天矿边坡岩体结构面抗剪强度降低，同时会使边坡整体下滑力增大，起到附加载荷的作用，使得边坡失稳的可能性增大。因此，在采矿爆破扰动、降雨和自然风化的影响下，随着时间的推移，边坡滑坡的风险逐步增大。本次预警区域顺层滑体的产生是多种耦合因素共同孕育，并由采矿活动直接诱发的一次典型案例。其产生原因可能包含以下2个方面。

（１）不良工程地质条件。矿区为急倾斜层状岩体，抗压强度、抗剪断强度相对较低；岩质松软，稳固性差，易吸水软化和风化解体，属于工程地质条件较差的软质岩。根据《中国地震动参数区划图》，矿区为地震多发地，抗震设防烈度为９度。黄色预警区域岩体主要为砂岩、泥岩，厚层状构造，岩体质量等级为Ⅳ级—Ⅴ级。岩层倾角约50°～55°，与边坡倾向相同，为顺层边坡，极易发生溃曲破坏。遇强降雨天气时，岩体吸水软化，边坡强度降低，加之爆破等生产作业不断扰动，边坡产生滑坡的风险很大。

（２）气象因素。水是影响边坡稳定性最重要、最活跃的外在因素之一。降水可降低岩体的力学强度，使风化蚀变形成的泥质类岩石软化，而且水的渗透压力可导致下滑力增大，抗滑力减小。大气降水不仅可在边坡上形成面流，冲刷、浸泡软化边坡岩体，降低结构面强度，同时入渗坡体补给边坡地下水。气象站显示：黄色预警期间矿区无降雨，最低气温－6.7℃，最高气温2.3℃，平均气温－2.8℃。因此本次气象情况对边坡黄色预警基本不构成影响。

结束语

边坡雷达监测系统实现了对露天矿山高陡边坡的24h实时监测，准确地识别了边坡位移形变，通过预警参数设置及监测人员持续跟踪分析，在一定程度上可实现对监测区域内目标边坡的有效预警，为露天矿山安全施工提供了保障。

参考文献

[1]王立文.边坡雷达监测预警技术在露天矿的应用[J].煤矿安全,2020,51(11):165-168.

[2]邓绍刚,王少杰.边坡雷达在露天边坡监测预警中的应用[J].劳动保护,2019(11):93-96.

[3]祁广禄,唐绍辉,林毅斌,潘懿,王旭.雷达的边坡监测预警研究[J].矿业研究与开发,2019,40(02):104-108.

[4]韩珮珦.监测雷达技术在露天坡稳定性监测中的应用[J].有色金属(矿山部分),2018,71(05):57-63.

[5]于正兴,边坡雷达监测预警技术及应用.北京市,中国安全生产科学研究院,2018-07-24.