露天采場高陡邊坡監(jiān)測技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展途徑

皮廷亮

（云南華聯(lián)鋅銦股份有限公司，云南 文山 663701）

我國露天開采的金屬礦山中，鐵礦占據(jù)著大部分，約為85%，化工礦山占據(jù)著70%，而有色金屬礦占據(jù)著45%。而伴隨著礦產(chǎn)資源過度消耗，致使一些深凹露天礦出現(xiàn)在人們眼前，露天采場邊坡高度逐漸超出千米。在對深凹露天礦進行開采時，由于深度的不斷增長，致使邊坡角度以及邊坡高度也隨著擴大，直接影響著邊坡的穩(wěn)定性以及安全性。不僅如此，邊坡角的提升，也使露天礦山礦產(chǎn)資源回收開采成本獲得了一定保障，屬于企業(yè)提升經(jīng)濟效益的主要路徑。對此，在開采露天礦產(chǎn)時，需要從根本上保障邊坡安全，解決當下所存在的經(jīng)濟效益矛盾，讓露天采場高陡邊坡監(jiān)測技術(shù)的作用價值充分發(fā)揮。

1 露天采場高陡邊坡監(jiān)測技術(shù)研究現(xiàn)狀

對于高陡邊坡來講，其主要的地質(zhì)環(huán)境以及各種各樣的影響因素，決定著露天采場高陡邊坡的穩(wěn)定性，而這些都需要應(yīng)用有效的邊坡監(jiān)測技術(shù)進行驗證與監(jiān)控。從當下國內(nèi)外所存在的邊坡監(jiān)測技術(shù)進行分析，主要應(yīng)用的手段以及監(jiān)測設(shè)備有以下幾種。

1.1 表面位移監(jiān)測技術(shù)

首先，是常規(guī)表面位移監(jiān)測技術(shù)，其主要應(yīng)用到水準儀、全站儀、經(jīng)緯儀等一些光學(xué)電子監(jiān)測儀器。近幾年，不管是國內(nèi)的學(xué)者還是國外的學(xué)者，他們在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測技術(shù)上，都已經(jīng)將GIS、GPS以及RS技術(shù)應(yīng)用其中，從而有效地完成地質(zhì)災(zāi)害原因的分析，讓數(shù)據(jù)處理、模型預(yù)報以及預(yù)警系統(tǒng)變得更加完善。而國內(nèi)的部分學(xué)者在對三峽庫區(qū)的邊坡監(jiān)測工作有著深入研究探討，一般會使用到GPS技術(shù)和計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，從而有效完成對邊坡狀態(tài)的監(jiān)測。常規(guī)表面位移監(jiān)測技術(shù)，其數(shù)據(jù)結(jié)果較為直觀、形象，能夠從根本上顯露出邊坡監(jiān)測的變形特征，但是其在典型位移監(jiān)測點設(shè)局上有著較高要求，同時加上表面位移對于邊坡變形過程有著一定的遲緩性，若邊坡出現(xiàn)了變形，有時監(jiān)控系統(tǒng)會出現(xiàn)遲緩上報的情況，最終限制著監(jiān)測系統(tǒng)的預(yù)警作用發(fā)揮[1]。

其次，是三維激光掃描表面位移監(jiān)測技術(shù)。該種技術(shù)主要特征就是應(yīng)用多次回波技術(shù)降低植被的影響，從而達成露天采礦高典型性表面位移場所的監(jiān)測。此種技術(shù)手段監(jiān)測精度為6mm、監(jiān)測距離為2km，可以采取設(shè)置監(jiān)測項的方法，從而達到遠程自動監(jiān)測預(yù)警這一目標。但是，此種設(shè)備在采購上具有較高的成本支出。

此外，是真實孔徑雷達表面位移監(jiān)測。此種技術(shù)設(shè)備的主要特點是不需要DEM，就能夠直接輸出三維深度數(shù)據(jù)，能夠有效完成大范圍的掃描工作，但是在設(shè)備價格上比較昂貴。除了這些，還可以利用合成孔徑雷達完成監(jiān)測工作。所謂合成孔徑雷達，其指的是應(yīng)用一個小天線，讓其沿著長線陣的軌跡等內(nèi)容完成移動并輻射相參信號,之后將不同位置所接收的回波進行有關(guān)處理,最終得出分辨率比較高的成像雷達，一般會將其分成非聚焦型以及聚焦性兩種。并且，其作為一種主動式的微波傳感器,并不會受到氣候與光照環(huán)境的影響，能夠達到全天候監(jiān)測的效果。

1.2 深部位移監(jiān)測技術(shù)

首先，深部位移監(jiān)測技術(shù)中涵蓋了鉆孔傾斜儀以及TDR深部巖體監(jiān)測儀器，它們可以更為精準的確定出滑面位置。但是，若邊坡發(fā)生了比較嚴重的錯動之后，深部監(jiān)測設(shè)備會出現(xiàn)尖端失效的情況，最終并不能夠有效獲得后續(xù)的滑坡位移數(shù)值。除此之外，還包含了聲波測試。所謂聲波測試，其主要應(yīng)用流程就是為巖石斷裂所形成的聲波進行監(jiān)測，并采取人工預(yù)埋聲波測試裝置的方法，通過聲波的接收找到斷裂形成的具體部位。當滑面形成之前，會有裂紋，這時便能夠精準的尋找到聲波發(fā)射信號。而當滑面形成了之后，滑體會不斷進行運動，這時裂紋也會隨之降低，聲發(fā)射信號隨之減弱，這也會讓預(yù)測預(yù)報工作變得困難起來[2]。

1.3 深部滑動力監(jiān)測技術(shù)

對于邊坡應(yīng)力監(jiān)測這項工作來講，主要是對邊坡巖體內(nèi)不同位置的應(yīng)力變化以及地表應(yīng)力變化進行測量，從而展現(xiàn)出變型的具體強度。同時，也可以根據(jù)其他的監(jiān)測數(shù)據(jù)完成變形動態(tài)的預(yù)測與分析?，F(xiàn)如今，以往的應(yīng)力監(jiān)測儀器涵蓋了錨索應(yīng)力計、錨桿應(yīng)力計、土壓力計、鉆孔應(yīng)力計以及地應(yīng)力測試儀等。國內(nèi)外也存在著一些有效、先進的邊坡應(yīng)力監(jiān)測手段，深部滑動力監(jiān)測就是其中一種。此種手段源自于錨索應(yīng)力監(jiān)測，作用原理如下：滑坡是因為在作用壓力下所形成的坡體變形，其由于三種因素所構(gòu)成，也就是滑體自身重力、下滑力以及抗滑力，通過在一些不可測的天然滑坡體力學(xué)系統(tǒng)中添加干擾動力，能夠起到人為吸收錨索固力的作用，從而構(gòu)成一個可測復(fù)雜的力學(xué)系統(tǒng)，逐步搭建起邊坡深部滑動力監(jiān)測力學(xué)模型，完成一體化的監(jiān)測技術(shù)控制[3]。

2 監(jiān)測技術(shù)現(xiàn)存問題

第一，根據(jù)現(xiàn)存技術(shù)手段進行研究，能夠得出目前在位移監(jiān)測結(jié)果的預(yù)測工作中，土質(zhì)滑坡預(yù)測已經(jīng)獲得了一些成果，并且完成了對滑坡的精準預(yù)測。但是，滑坡預(yù)報一般針對的是土質(zhì)滑坡，因為土質(zhì)滑坡變形會需要較長的時間，且變形的特征也比較明顯，這時采取位移監(jiān)測數(shù)據(jù)完成預(yù)報監(jiān)測十分有效。但是，對于絕大多數(shù)的巖質(zhì)邊坡來講，失穩(wěn)之前變形往往微乎其微，但是其破壞力十分大，用常規(guī)的位移監(jiān)測手段完成預(yù)報工作，很難獲得比較超前的預(yù)警作用。

第二，采取現(xiàn)有的錨桿以及錨索技術(shù)，將其利用到邊坡監(jiān)測中，能夠得出滑坡災(zāi)害出現(xiàn)時，下滑力直接超出傳統(tǒng)錨索的抗拉程度。并且，單一的提升錨索強度，并不能從根本上防御邊坡滑動所形成的作用力，當滑動力大于傳統(tǒng)的錨索材料強度時，錨索也會被拉斷，致使整體的監(jiān)測系統(tǒng)失去效果，并不能繼續(xù)監(jiān)測滑坡的整個過程[4]。

3 露天采場高陡邊坡監(jiān)測技術(shù)規(guī)范標準

為了讓露天采場高陡邊坡監(jiān)測工作變得更加規(guī)范安全，就需要全面落實相關(guān)的監(jiān)測技術(shù)規(guī)范要求，完成對于其生產(chǎn)的管理與監(jiān)督。目前，國家安全監(jiān)管總局已經(jīng)制定出了《金屬非金屬露天礦山采場邊坡安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范（征求意見稿）》，此文件在未來也容易成為露天礦山采場邊坡安全監(jiān)測技術(shù)的總體規(guī)范要求。在此意見稿中提出，露天采場邊坡安全監(jiān)測的等級，需要根據(jù)滑坡風險等級以及變形指數(shù)進行確定，大致分為一級、二級、三級、四級，一級屬于最高等級，四級屬于最低等級。對于等級不同的邊坡，其安全監(jiān)測標準也有所不同。

雖然，金屬非金屬露天礦山采場邊坡安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范正處于征求意見的時期，并且尚未正式發(fā)布，但是該意見逐步從采動應(yīng)力監(jiān)測變形監(jiān)測、水文監(jiān)測等多個方面進行了闡述，在邊坡等級要求上也指出了相關(guān)的監(jiān)測標準，能夠為后續(xù)的建設(shè)與設(shè)計提供了相關(guān)的思路以及發(fā)展路徑[5]。

4 露天采場高陡邊坡監(jiān)測技術(shù)發(fā)展途徑

現(xiàn)如今，對于邊坡監(jiān)測預(yù)警的研究已經(jīng)長達了一百多年，而伴隨著國家經(jīng)濟的快速發(fā)展，致使各種各樣的邊坡失穩(wěn)現(xiàn)象出現(xiàn)在人們眼前，對此內(nèi)容的研究也需要漸漸深入起來。并且，國內(nèi)外所采取的邊坡安全監(jiān)測技術(shù)以及手段較多，從以往的水準儀、經(jīng)緯儀到現(xiàn)在新型的GPS、智能全站移動，這些都受到了廣泛的應(yīng)用，并且在應(yīng)用效果上也有所差異。以往的監(jiān)測技術(shù)，雖然在自動化以及智能化上較為落后，但是通過長時間的實踐，其已經(jīng)取得了一定的經(jīng)驗，在技術(shù)手段上比較成熟。而對于一些新型的監(jiān)測技術(shù)來說，他們注入了全新的測試原理，能夠顯露出更加優(yōu)秀的性能與作用。

把深部滑動力監(jiān)測技術(shù)與區(qū)域形變技術(shù)整合到一起，能夠克服當下邊坡監(jiān)測系統(tǒng)手段單一這一情況，增強監(jiān)測預(yù)報的時效性以及精準性。由于區(qū)域形變以及深部滑動力監(jiān)測系統(tǒng)，在具體應(yīng)用上會使用多種監(jiān)測設(shè)備，所以其功能也比較多。

若想使露天高陡邊坡安全監(jiān)測質(zhì)量獲得保障，監(jiān)測系統(tǒng)就需要打造出安全遠程分析服務(wù)平臺、安全監(jiān)測平臺以及應(yīng)急救援平臺。首先，安全監(jiān)測與應(yīng)急救援平臺一般是用于礦山管理人員對綜合安全監(jiān)測系統(tǒng)的管理，其中還蓋著巡查管理、數(shù)據(jù)采集、空間數(shù)據(jù)收集、系統(tǒng)管理、視頻監(jiān)控、參數(shù)配置、統(tǒng)計分析、三維場景展示、歷史查看、故障檢修、短信報警等，當出現(xiàn)相關(guān)的地質(zhì)災(zāi)害時，還可以完成應(yīng)急救援輔助措施，從根本上降低災(zāi)害所形成的經(jīng)濟損失。其次，安全遠程分析服務(wù)平臺，主要是完成對現(xiàn)場安全監(jiān)測的數(shù)據(jù)獲取，最終提供全方位的數(shù)據(jù)分析服務(wù)。此種服務(wù)平臺，可以將實時數(shù)據(jù)傳送到平臺監(jiān)測中，并由專業(yè)的人員完成對其穩(wěn)定性以及安全性的分析，最終把分析結(jié)果傳送到現(xiàn)場救援平臺當中，從而使露天高陡邊坡預(yù)警工作變得更加專業(yè)、規(guī)范[6]。

通過對露天采場高陡邊坡監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展情況進行研究，從中得出以下幾點結(jié)論：第一，常規(guī)的監(jiān)測手段對于巖體傾斜表面位移等內(nèi)容的監(jiān)測具有一定的限制，但是并不能有效完成滑坡預(yù)報預(yù)測工作。同時，對于深部滑動力以及區(qū)域變形等地質(zhì)災(zāi)害來講，實現(xiàn)遠程的實時監(jiān)控預(yù)報技術(shù)，屬于未來高陡邊坡監(jiān)測的主要發(fā)展方向。第二，露天礦邊坡監(jiān)測預(yù)警設(shè)計較為復(fù)雜，并不能夠單一的完成設(shè)備選型工作，而是需要通訊工程、采礦工程、機械工程、巖土工程等多領(lǐng)域人員一同完成設(shè)計工作。第三，監(jiān)測系統(tǒng)會利用到許多的信息融合技術(shù)，并把滑動力監(jiān)測以及邊坡表面位移監(jiān)測當做主要內(nèi)容，這時會利用到模塊化設(shè)計方案，并按照現(xiàn)場環(huán)境的實際狀況，形成一個淺部與深部聯(lián)合監(jiān)測的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，最終使監(jiān)測系統(tǒng)的效率得到精準保障[7]。

5 結(jié)語

總而言之，露天采場的邊坡安全直接關(guān)乎到礦山生產(chǎn)狀況，同時也決定著礦山最終的經(jīng)濟利益以及社會利益，對于露天采場的發(fā)展有著直接的作用價值。通過對露天采場高陡邊坡監(jiān)測技術(shù)的深入研究，得出其監(jiān)控技術(shù)比較安全高效，能夠防止一些意外的發(fā)生，將一些安全隱患進行排除，從而使得露天采場穩(wěn)定、安全的完成作業(yè)。并且，通過對露天采場高陡邊坡監(jiān)測技術(shù)的探究，能夠起到促進我國技術(shù)發(fā)展的效果，讓該項技術(shù)實現(xiàn)創(chuàng)新與完善，進而更好的防范露天采場高陡邊坡發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害，讓采礦作業(yè)生產(chǎn)具備較強的安全性，從根本上保障人員安全與設(shè)施安全。