露天采场高陡边坡监测技术研究现状与发展途径

皮廷亮

（云南华联锌铟股份有限公司，云南 文山 663701）

我国露天开采的金属矿山中，铁矿占据着大部分，约为85%，化工矿山占据着70%，而有色金属矿占据着45%。而伴随着矿产资源过度消耗，致使一些深凹露天矿出现在人们眼前，露天采场边坡高度逐渐超出千米。在对深凹露天矿进行开采时，由于深度的不断增长，致使边坡角度以及边坡高度也随着扩大，直接影响着边坡的稳定性以及安全性。不仅如此，边坡角的提升，也使露天矿山矿产资源回收开采成本获得了一定保障，属于企业提升经济效益的主要路径。对此，在开采露天矿产时，需要从根本上保障边坡安全，解决当下所存在的经济效益矛盾，让露天采场高陡边坡监测技术的作用价值充分发挥。

1 露天采场高陡边坡监测技术研究现状

对于高陡边坡来讲，其主要的地质环境以及各种各样的影响因素，决定着露天采场高陡边坡的稳定性，而这些都需要应用有效的边坡监测技术进行验证与监控。从当下国内外所存在的边坡监测技术进行分析，主要应用的手段以及监测设备有以下几种。

1.1 表面位移监测技术

首先，是常规表面位移监测技术，其主要应用到水准仪、全站仪、经纬仪等一些光学电子监测仪器。近几年，不管是国内的学者还是国外的学者，他们在地质灾害监测技术上，都已经将GIS、GPS以及RS技术应用其中，从而有效地完成地质灾害原因的分析，让数据处理、模型预报以及预警系统变得更加完善。而国内的部分学者在对三峡库区的边坡监测工作有着深入研究探讨，一般会使用到GPS技术和计算机数据采集系统，从而有效完成对边坡状态的监测。常规表面位移监测技术，其数据结果较为直观、形象，能够从根本上显露出边坡监测的变形特征，但是其在典型位移监测点设局上有着较高要求，同时加上表面位移对于边坡变形过程有着一定的迟缓性，若边坡出现了变形，有时监控系统会出现迟缓上报的情况，最终限制着监测系统的预警作用发挥[1]。

其次，是三维激光扫描表面位移监测技术。该种技术主要特征就是应用多次回波技术降低植被的影响，从而达成露天采矿高典型性表面位移场所的监测。此种技术手段监测精度为6mm、监测距离为2km，可以采取设置监测项的方法，从而达到远程自动监测预警这一目标。但是，此种设备在采购上具有较高的成本支出。

此外，是真实孔径雷达表面位移监测。此种技术设备的主要特点是不需要DEM，就能够直接输出三维深度数据，能够有效完成大范围的扫描工作，但是在设备价格上比较昂贵。除了这些，还可以利用合成孔径雷达完成监测工作。所谓合成孔径雷达，其指的是应用一个小天线，让其沿着长线阵的轨迹等内容完成移动并辐射相参信号,之后将不同位置所接收的回波进行有关处理,最终得出分辨率比较高的成像雷达，一般会将其分成非聚焦型以及聚焦性两种。并且，其作为一种主动式的微波传感器,并不会受到气候与光照环境的影响，能够达到全天候监测的效果。

1.2 深部位移监测技术

首先，深部位移监测技术中涵盖了钻孔倾斜仪以及TDR深部岩体监测仪器，它们可以更为精准的确定出滑面位置。但是，若边坡发生了比较严重的错动之后，深部监测设备会出现尖端失效的情况，最终并不能够有效获得后续的滑坡位移数值。除此之外，还包含了声波测试。所谓声波测试，其主要应用流程就是为岩石断裂所形成的声波进行监测，并采取人工预埋声波测试装置的方法，通过声波的接收找到断裂形成的具体部位。当滑面形成之前，会有裂纹，这时便能够精准的寻找到声波发射信号。而当滑面形成了之后，滑体会不断进行运动，这时裂纹也会随之降低，声发射信号随之减弱，这也会让预测预报工作变得困难起来[2]。

1.3 深部滑动力监测技术

对于边坡应力监测这项工作来讲，主要是对边坡岩体内不同位置的应力变化以及地表应力变化进行测量，从而展现出变型的具体强度。同时，也可以根据其他的监测数据完成变形动态的预测与分析。现如今，以往的应力监测仪器涵盖了锚索应力计、锚杆应力计、土压力计、钻孔应力计以及地应力测试仪等。国内外也存在着一些有效、先进的边坡应力监测手段，深部滑动力监测就是其中一种。此种手段源自于锚索应力监测，作用原理如下：滑坡是因为在作用压力下所形成的坡体变形，其由于三种因素所构成，也就是滑体自身重力、下滑力以及抗滑力，通过在一些不可测的天然滑坡体力学系统中添加干扰动力，能够起到人为吸收锚索固力的作用，从而构成一个可测复杂的力学系统，逐步搭建起边坡深部滑动力监测力学模型，完成一体化的监测技术控制[3]。

2 监测技术现存问题

第一，根据现存技术手段进行研究，能够得出目前在位移监测结果的预测工作中，土质滑坡预测已经获得了一些成果，并且完成了对滑坡的精准预测。但是，滑坡预报一般针对的是土质滑坡，因为土质滑坡变形会需要较长的时间，且变形的特征也比较明显，这时采取位移监测数据完成预报监测十分有效。但是，对于绝大多数的岩质边坡来讲，失稳之前变形往往微乎其微，但是其破坏力十分大，用常规的位移监测手段完成预报工作，很难获得比较超前的预警作用。

第二，采取现有的锚杆以及锚索技术，将其利用到边坡监测中，能够得出滑坡灾害出现时，下滑力直接超出传统锚索的抗拉程度。并且，单一的提升锚索强度，并不能从根本上防御边坡滑动所形成的作用力，当滑动力大于传统的锚索材料强度时，锚索也会被拉断，致使整体的监测系统失去效果，并不能继续监测滑坡的整个过程[4]。

3 露天采场高陡边坡监测技术规范标准

为了让露天采场高陡边坡监测工作变得更加规范安全，就需要全面落实相关的监测技术规范要求，完成对于其生产的管理与监督。目前，国家安全监管总局已经制定出了《金属非金属露天矿山采场边坡安全监测技术规范（征求意见稿）》，此文件在未来也容易成为露天矿山采场边坡安全监测技术的总体规范要求。在此意见稿中提出，露天采场边坡安全监测的等级，需要根据滑坡风险等级以及变形指数进行确定，大致分为一级、二级、三级、四级，一级属于最高等级，四级属于最低等级。对于等级不同的边坡，其安全监测标准也有所不同。

虽然，金属非金属露天矿山采场边坡安全监测技术规范正处于征求意见的时期，并且尚未正式发布，但是该意见逐步从采动应力监测变形监测、水文监测等多个方面进行了阐述，在边坡等级要求上也指出了相关的监测标准，能够为后续的建设与设计提供了相关的思路以及发展路径[5]。

4 露天采场高陡边坡监测技术发展途径

现如今，对于边坡监测预警的研究已经长达了一百多年，而伴随着国家经济的快速发展，致使各种各样的边坡失稳现象出现在人们眼前，对此内容的研究也需要渐渐深入起来。并且，国内外所采取的边坡安全监测技术以及手段较多，从以往的水准仪、经纬仪到现在新型的GPS、智能全站移动，这些都受到了广泛的应用，并且在应用效果上也有所差异。以往的监测技术，虽然在自动化以及智能化上较为落后，但是通过长时间的实践，其已经取得了一定的经验，在技术手段上比较成熟。而对于一些新型的监测技术来说，他们注入了全新的测试原理，能够显露出更加优秀的性能与作用。

把深部滑动力监测技术与区域形变技术整合到一起，能够克服当下边坡监测系统手段单一这一情况，增强监测预报的时效性以及精准性。由于区域形变以及深部滑动力监测系统，在具体应用上会使用多种监测设备，所以其功能也比较多。

若想使露天高陡边坡安全监测质量获得保障，监测系统就需要打造出安全远程分析服务平台、安全监测平台以及应急救援平台。首先，安全监测与应急救援平台一般是用于矿山管理人员对综合安全监测系统的管理，其中还盖着巡查管理、数据采集、空间数据收集、系统管理、视频监控、参数配置、统计分析、三维场景展示、历史查看、故障检修、短信报警等，当出现相关的地质灾害时，还可以完成应急救援辅助措施，从根本上降低灾害所形成的经济损失。其次，安全远程分析服务平台，主要是完成对现场安全监测的数据获取，最终提供全方位的数据分析服务。此种服务平台，可以将实时数据传送到平台监测中，并由专业的人员完成对其稳定性以及安全性的分析，最终把分析结果传送到现场救援平台当中，从而使露天高陡边坡预警工作变得更加专业、规范[6]。

通过对露天采场高陡边坡监测技术的发展情况进行研究，从中得出以下几点结论：第一，常规的监测手段对于岩体倾斜表面位移等内容的监测具有一定的限制，但是并不能有效完成滑坡预报预测工作。同时，对于深部滑动力以及区域变形等地质灾害来讲，实现远程的实时监控预报技术，属于未来高陡边坡监测的主要发展方向。第二，露天矿边坡监测预警设计较为复杂，并不能够单一的完成设备选型工作，而是需要通讯工程、采矿工程、机械工程、岩土工程等多领域人员一同完成设计工作。第三，监测系统会利用到许多的信息融合技术，并把滑动力监测以及边坡表面位移监测当做主要内容，这时会利用到模块化设计方案，并按照现场环境的实际状况，形成一个浅部与深部联合监测的网络系统，最终使监测系统的效率得到精准保障[7]。

5 结语

总而言之，露天采场的边坡安全直接关乎到矿山生产状况，同时也决定着矿山最终的经济利益以及社会利益，对于露天采场的发展有着直接的作用价值。通过对露天采场高陡边坡监测技术的深入研究，得出其监控技术比较安全高效，能够防止一些意外的发生，将一些安全隐患进行排除，从而使得露天采场稳定、安全的完成作业。并且，通过对露天采场高陡边坡监测技术的探究，能够起到促进我国技术发展的效果，让该项技术实现创新与完善，进而更好的防范露天采场高陡边坡发生地质灾害，让采矿作业生产具备较强的安全性，从根本上保障人员安全与设施安全。