地质灾害监测预警技术在矿山工程管理中应用研究

摘要：简述了矿山工程地质灾害特征，提出了矿山裂缝滑坡崩塌、矿山泥石流、矿山塌陷等方面的矿山工程地质灾害监测方法。论述InSAR测量监测、卫星遥感监测、无人机监测等方面的矿山工程地质灾害监测预警技术，结合某矿山工程实例制定地质灾害监测预警方案，从数据收集、数据通信、信息监测等方面，详细论述了基于地质灾害监测预警技术的监测预警系统及其在矿山工程中应用情况。

关键词：地质灾害；监测预警技术 ；合成孔径雷达干涉；无人机

0 " 引言

当前，我国工业化进程的持续加速、矿产资源价格持续攀升，有效推进了矿产资源开采领域的发展，同时也出现了诸如矿区监管不到位、开采环境混乱等问题，造成矿山水质污染、地表塌陷等地质灾害，危及到工程项目的人身安全和财产损失[1]。

本文通过探索合成孔径雷达干涉测量技术、无人机监测技术和卫星遥感技术，并结合矿山实际案例进行合理应用，以全面监控矿区环境状况，建立动态监测分析体系，为矿山开采提供详实、准确的地质数据，形成地质灾害监测预警，提升矿山工程的综合管理水平。

1 " 矿山工程地质灾害特征

在我国广袤的地域环境下，不同地域的地形地貌差异较大，地质灾害频发。与常规地质灾害相比，矿山工程地质灾害的复杂程度更高，影响的区域更广，经常伴有大量废渣、尾矿产生，对矿山资源构成危害[2]。矿山工程地质灾害内容种类繁多，其中包括山体滑坡、采区地表裂缝与塌陷、斜坡失稳、井下突水、土质污染等。针对这些地质灾害，应合理应用监测设备，采取有针对性的、高效、易操作的监测方式，建立完备的监测方案。

2 " 矿山工程地质灾害监测方法

2.1 " 矿山裂缝、滑坡、崩塌监测

矿山工程施工过程中，开采场地大都处于露天、公路、排土场、非稳定斜坡等环境，易出现裂缝、滑坡、崩塌等地质灾害，其灾害监测方法如下所述。

2.1.1 " 地面位移监测法

该方法主要对矿山采场区域的崩塌体及滑坡体的地面裂缝、水平位移、竖直位移等实施监测，多采用水准测量、GNSS（地表位移）测量、桩测量、InSAR（合成孔径雷达干涉）测量、裂缝监测、激光成像测量等方法。利用裂缝监测和桩测量方法可直观呈现崩塌及滑坡的渐变发展过程，其他测量监测方法可直观观测到滑坡的地面偏移量和外观现状渐变趋势。

2.1.2 " 深孔位移监测法

该方法主要针对矿山地下较深位置的监测，多采用裂缝监测、钻孔位移监测、钻空倾角监测等方法。深孔位移监测法操作的专业性较高，通常应用于具有一定工程规模的滑坡灾害监测，利用测量滑面位移及滑动形变趋势，分析判定矿山滑体的结构稳定情况，预判滑体的偏移朝向，并实施必要的控制手段。

2.1.3 " 附加因素监测法

该方法依据差异化的地质灾害情形，对包括岩土应力、土质含水量、降雨量等因素实施监测，形成评判依据。

2.2 nbsp; 矿山泥石流监测

在矿山施工过程中，常伴随着尾矿库、排土场、矿渣废料等在坡面及沟谷的大量堆积，进而成为泥石流灾害的源头，如遇降雨情况，容易形成泥石流[3]。若不实施必要的监测控制，泥石流灾害影响范围较大，对此可采用远程影像监测、雨量监测、倾斜棒监测、位移流速监测、表面监测等方法。

2.3 " 矿山塌陷监测

在矿山施工过程中，容易形成地下岩体采空区域，导致出现地表塌陷灾害，且伴随地质裂缝现象，为此应对矿山采空塌陷及地面裂缝的监测。具体可采用水准测量、地表测量、裂缝监测、InSAR测量、GNSS测量等方法。

3 " 矿山工程地质灾害监测预警技术

3.1 " 立体化信息技术监测预警体系

地质灾害监测预警技术是通过辨析地质灾害风险所需预告，以形成风险应对，并将地质灾害影响程度降低至最小的技术手段[4]。常规地质灾害监测通常依靠人力完成，得出的监测结论容易受到人为误差的作用，影响监测结果的准确性、时效性，难以达到预期监测效果。

信息时代的地质灾害预警技术，融入了云计算、大数据、物联网、无人机、遥感、卫星定位等现代化信息技术，配套安装对应的传感装置，通过常规经纬仪、全站仪、测距仪、地应力仪、裂缝检测仪等进行辅助配合，最终以信息化监测预警平台的方式呈现。立体化监测预警体系如图1所示。

3.2 " InSAR测量监测技术

InSAR测量技术是一种融合了数字信号技术、图像测量技术和信息技术于一体的地面测量技术[5]。利用卫星或飞机承载的合成孔径雷达干涉系统，模拟组建微波合成孔径雷达图像，并反复观测、计算地面微波相位差产生的形变量，以获取地面高程信息。通过雷达干涉处理不同时段、相同点位的两个SAR图像，以得到精准度高、覆盖面广的地表3D点位数据及演变趋势数据，监测精确程度可达到mm级别。

合成孔径雷达干涉测量技术，能有效解决地质测量过程中光遥感出现的卫星定位覆盖点不全、云雾遮挡屏蔽正常信号、地表测量不畅通等实际问题，有效增加地质灾害数据收集方式，可广泛应用到地表滑坡、沉降等地质测量领域，为地质灾害测量、辨别、分析、预警提供了技术数据保证。

3.3 " 卫星遥感监测技术

卫星遥感监测技术通过卫星监测系统获取矿山地质数据，其优势是可操作性强、监测覆盖面大、监测数据精准度高等[6]。工作人员利用卫星监测系统即可实现海量地质数据的获取，可忽略外界环境的干扰。我国已经发射了CBERS（中巴地球资源）系列卫星、ZY（资源）系列卫星等大量遥感卫星，完备的卫星遥感系统为卫星遥感监测技术提供了技术支撑。

在矿山地质灾害监测过程中，利用卫星遥感系统获取地质数据，借助地理信息系统技术分析处理各时间段数据，融合DEM高程数据了解地质灾害的动态变化及演变趋势，为地质灾害监测预警提供参考。通过动态模式的地质灾害监测预警，有效提升了监测效率和精准程度，为地质灾害监测预警工作提供了时间保证，将灾害损失降低至最低。

3.4 " 无人机监测技术

无人机监测技术通过自动化模式操纵无人机获取矿山有价值地质信息，并利用其灵活的摄像角度调节实现矿山的全方位无死角监测。该监测技术具有费用低、可操作性强、时效性好的优势，尤其适用于人工难以监测的位置[7]。无人机可配置专业的数字摄像头及控制装置，监测即将施工的位置获得矿山的地质信息，利用正射影像分析山体及施工场地，以达到数据快速精确获取、区域常规巡检、综合治理灾害的目的。

4 " 地质灾害监测预警技术在矿山工程的应用

4.1 " 工程概况

某矿山工程地处温带季风气候的平原地区，年降雨量为790～1000mm，雨季降水量全年占比约为61%，地下煤层存量大、采挖积累煤层厚、地面沉降形变量明显，施工区域属地质灾害高风险区域。工程配置综合采矿机械21套，采矿队15个，开采工程机械化率为51.3%，综合机械化率为46.5%。经过前期调研论证，常规人工监测手段难以达到工程需求，需采用信息化监测预警技术实施矿山工程地质灾害监测。

4.2 " 制定地质灾害监测预警方案

该工程矿井采空区未实施填充处理，其上方岩体受力不均。为增加井内施工安全系数，需在采空区设置岩体应力装置，以实时获取岩体应力变化信息。配置北斗数字云多频监测终端，在采空区场地设立3处基站、10个监测点，对监测点进行水平、竖直方向的立体化形变监测，然后将收集的监测信息传输至监测信息平台，如形变数据超过限定值，随即触发预警提示，为后续处理提供数据支持。

4.3 " 构建地质灾害监测预警系统

4.3.1 " 系统组成

针对该工程实际需求，专门设置了一套矿山地质灾害监测预警系统，该系统主要包括数据收集、数据通信、信息监测平台等子系统。该系统首先通过预先装设的传感装置获取矿山崩塌、滑坡、采空塌陷、泥石流等灾害信息，然后利用5G移动通信网络和LoRa（远距离无线电）技术传输装置，将其送到信息监测平台。完成数据分析处理后形成远端监控预警，并将数据及时发布和存到监测数据库，以辅助矿山工程管理的顺利实施。

4.3.2 "数据收集子系统

数据收集子系统的功能如下：一是监测矿山地下水位。在设计水平点位装设水位传感装置，实时监测地下水位的准确数据，在水位超标时发出预警信号。二是监测矿山地表裂缝位移：将位移传感装置一端装设在滑坡体，另一端装设在非滑坡体，实时获取、测算两端数据之差，作为裂缝位移的相对位置数据留存。三是监测矿山土体含水率。在土体上安装湿度传感装置，实时监测其含水量的动态变化情况。四是监测矿山深孔位移。在滑坡体内侧钻出测孔，并将测斜管穿到测孔中，测管角度会随着滑坡体的位移而改变，以此收集滑坡体水平位移数据。

4.3.3 " 数据通信子系统

数据通信子系统的功能如下：利用5G移动通信网络和LoRa技术传输装置采集传感装置监测数据，将扩展频率进行调制处理；将射频信号转换为数字信号，并传输至无线通信模组扩展代码产生器；对数字信号扩频调制，再通过无线电通信模组射频发射机实现信号传输。

4.3.4 " 信息监测平台子系统

信息监测平台子系统是整个矿山地质灾害监测预警系统的核心，承载着矿山监测数据的接收、处置、转发和预警功能。该监测平台包括收发服务、通信功能、图文展示、预警和数据库等模块。地质灾害监测平台示意图如图2所示。

收发服务模块：在完成初始化串口操作后，验证5G通信网络的连通性，将收到的监测数据完整保存至数据库，发现监测数据异常时，及时进行地质灾害预警处理。

通信功能模块：该工程监测预警的数据包含位置高程、地形地貌、遥感影像等众多信息，为降低实施监测的误差，该模块详细规范了各种类数据的通信协议。

预警模块：通过预设的数据门限规则，将数据库原有数据信息与获取数据信息比对，若获取数据值超出设定门限，该模块及时发出预警信号供监测人员参考。

图文展示模块：将获取的矿山灾害监测信息以图形、表格等形式将地质灾害监测数据准确、形象地展示在监测计算机终端，可将图文信息通过互联网发布，便于接收预警信息。

数据库模块：数据库模块中的数据可通过E-R（实体-联系）方法实现储存，可有效强化数据库数据的独立性和完整性。

5 " 结束语

矿产资源是社会赖以生存的基础，直接影响社会的发展。如果矿山工程没有实施有效的监测预警管理手段，容易出现各类地质灾害，从而危及人身和财产安全。本文针对矿山工程管理对地质灾害监测预警技术的应用展开探讨，在分析矿山工程地质灾害特征的基础上提出了具体的地质灾害监测方法，论述矿山工程地质灾害的监测预警技术，并结合矿山工程实际提出了矿山地质灾害的监测预警系统，为类似矿山工程地质灾害方面的监测预警管理提供参考。

参考文献

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[7] 祁宁，宋心怡，李孟.机载激光雷达技术在沉降监测中的应

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