张贵永 张昇明
紫金矿业集团股份有限公司
摘要：露天矿山边坡监测能够有效维护矿山安全生产，边坡问题复杂，需要从不同角度采用不同方法进行研究。不同方法均存在局限性，因此需要进行智能集成，提高问题处理精度和可靠性。通过雷达技术监测矿山边坡时，能够实时监测边坡表面属于大范围监测方式。选定监测区域，通过雷达可实现无缝扫描，确保监测质量。因此此次研究主要介绍雷达技术在露天矿山边坡监测中的应用。
关键词：微变雷达监测；露天矿山；边坡监测；应用
1微变雷达形变监测系统基本原理
微变雷达形变监测系统能够对露天矿边坡、排土场、尾矿库坝坡、水电库岸和坝体边坡、山体滑坡、大型建筑物的变形、沉降等实施大范围连续监测，对各种坍塌灾害进行预警预报，广泛用于重要工程的安全保障、评估健康和应急抢险。
微变雷达形变监测系统基本原理是通过路基轨道携带雷达天线运动，形成直线合成孔径，通过步进频率连续波技术获取观测区域的高分辨率二维图像。把同一目标区域，不同时间获取的SAR复图像结合起来，比较目标在不同时刻的相位差，可获得目标的毫米级精度位移信息，再利用网络远程控制系统实现全天候自动监测，当边坡变形量和变形速率达到预警级别时，提前发出灾害信息。
雷达所获取的二维图像坐标轴为距离向和方位向。沿轨道的方向为方位向，沿雷达波发射的方向为距离向。方位向分辨率由直线轨道长度决定，距离向分辨率由电磁波信号的宽带决定，电磁波干涉如图1所示。应用于工程稳定性检测时，雷达采用二维euler坐标，显示对象外形的变化量，被观测对象在坍塌突变前为连续体微小变形，此时面积位移近似于距离向视为变形分量，原理如图2所示。因此，雷达观测值能够较为直观地反映其稳定性变化趋势，从而进行滑坡报警。
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2微变雷达监测系统的应用优势
2.1确保表面位移监测数据准确
微变雷达形变监测系统可实现远距离、高精度、区域性整体形变监测，具有全天候、远距离遥测、高精度、高密度、布设方便灵活等优势，对于大面积边坡、岩体等安全监测分析具有极大的技术优势，是未来矿山边坡变形监测技术的发展趋势。
2.2确保信息采集时效性
在线监测系统应支持主动式及应答式采集数据模式，即保证数据的实时性，又保证数据的有效性。
2.3软件处理平台兼容性
系统平台满足目前矿山已有监测设备的接入，可以实现实时分析和解读各监测数据，做出单项或多项对比报警功能，同时能够根据各监测数据的变化，综合分析出边坡的安全运行状况，辅助矿方决策。系统满足全部矿区边坡监测数据都能容纳此系统中，系统平台监测数据能够通过修改软件来无缝接入到矿方现有的安全生产管控平台，实现监测数据在三维空间进行查看、管控，控制中心利用穿岩洞矿现有边坡在线监测调度室机房，以便于监控查看管理等。所有设备安装在布点以及现场分调度中心，总调度中心通过矿方软件平台获取分调度中心我方软件解算出的数据。
2.4表面位移监测、内部位移及爆破震动监测仪器精度要求
对于岩质边坡，表面水平位移监测相邻点位中误差不大于6mm，表面垂直位移监测高程中误差不大于3mm。对于土质边坡，表面水平位移监测相邻点位中误差不大于12mm，表面垂直位移监测高程中误差不大于10mm。内部位移监测的仪器精度应不大于0.10mm/m。爆破振动速度监测精度应不大于0.001cm/s。雨量监测的允许误差应满足SL21的要求。
3微变雷达监测在露天矿山边坡监测的应用
露天矿山采场应结合边坡分区的安全监测等级要求，对边坡变形、采动应力、爆破震动、水文气象和场内视频进行监测。穿岩洞矿开采服务期内的采场岩质边坡及排土场边坡监测等级为二级，现有在线监测系统中已包含雨量监测、部分视频监测及爆破震动在线监测并配置了3台便携式爆破震动监测设备。
3.1露天矿山监测目标与内容
第一，监测目标：雷达系统可以实现全天实时采场边坡监测，按照监测数据能够对边坡稳定状态，建立分级预警阈值，开展设备初级预警机制、专家预警机制等系统化应急管理模式。
第二，监测内容。a.表面位移。微变雷达通过扫描主边坡，可以获得位移情况。矿山负责人可以从视频图像中了解到矿山存在的危险区域，针对上述区域制定相应的治理措施，及时控制潜在隐患。b.关键点位移。在开采生产期间，不仅要对整体位移进行监测，还应当监测特殊关键点。c.滑坡面积。边坡形成大面积地表移动可以构成滑坡体，若没有及时进行治理，将会导致岩体向下滑动。在雨水天气下，会加快滑坡体下滑，对开采生产造成影响。d.时间段位移和变形速度。通过历史数据查询，可以查询任意时间段的数据，同时分析位移的时间变化。e.滑坡预警预报。通过微变雷达的专业监测，联合地质分析判断，可以在不同地质条件下设置相应的预警预值。按照矿山地质水文条件，联合经验值和专家评审，设置相应的预警阈值，同时将监测区域划分为不同危险等级，如果边坡变形参数大于域值时，就会通过短信和声光方式发出警示信息，负责人员在接收到预警信息后，会按照实际情况作出相应的人工决策，并启动相关应急预案，以此降低危害事件发生率。
3.2数据分析
微变雷达在监测边坡变形期间，为了确保图像质量，需要对干涉向外实行滤波优化，以此提升信噪比和边形监测的精度。研究地区属于亚热带季风气候，常年受到飓风影响，夏季盛行东南季风，冬季盛行东北季风，降雨量充沛。降雨入渗边坡之后，会使滑坡土质软化。在水浸泡下，粘性土壤吸附，水膜厚度明显增加，相应降低抗碱强度参数值，进一步影响边坡稳定性。每年3月是地区雨季高发时间，在长时间降雨后，雷达数据位移折线图中发现，矿山边坡位移量比较大。按照颜色划分不同变形程度的边坡位置。通过分析结果能够看出，位移变化趋势比较相似，为整体缓慢滑移，没有出现崩解滑坡现象。通过分析发展速度可知，位移量处于增长趋势，若没有及时进行治理干预，极易引发滑坡地质灾害。降雨是导致地区滑坡的重要危险因素，为避免雨水聚集渗透进入边坡。派遣专业巡查队进行巡查，发现台阶表面聚集一定雨水，且坡体存在竖向裂缝。经过商议之后，决定对滑坡受影响区域内的人员进行紧急疏散，清理聚集雨水并开挖排水沟渠，填补竖向缝隙。通过人工治理干预后，该边坡变形量得到控制。
4结语
综上所述，微变雷达在矿山边坡监测中能获得变形数据，通过人工巡查采取相应的治理措施，提升边坡稳定性。微变雷达具备全天候、区域性及连续监测优势，可以获得大面积变形信息，有助于灾害理解与预测。
参考文献
[1]远程在线监测雷达技术在露天矿边坡稳定性监测中的应用[J].韩珮珦.有色金属(矿山部分).2019(05)
[2]西藏知不拉铜多金属矿南采区边坡远程监测预警系统研究[J].翟翔超,陶体盛,眭龙胜.四川水力发电.2019(04)