【专家解读】露天矿高陡边坡地质灾害协同监测预警系统 ——挑战与机遇并存


《国家“十三五”科学和技术发展规划》在关于“加强公共安全科技发展,提高公共安全和防灾减灾能力”方面,明确加快提升自然灾害应对技术能力,建立基本地理监测技术体系,重点开发滑坡、泥石流、台风、水灾、旱灾等重大自然灾害监测预警技术,研制重大自然灾害紧急救灾装备,建立重大自然灾害风险管理技术平台。长期以来,煤炭生产是“公共安全”的重点布控领域,安全生产关系改革发展和稳定大局。针对金属与非金属矿山,露天矿占比为85%以上,边坡是露天矿的重大安全性工程,边坡稳定性研究是露天矿山安全生产的关键技术问题,尤其是深凹露天矿的开采过程中,随着边坡的加高和开采深度的增加,高陡边坡的稳定性和安全性降低,存在滑坡、边坡失稳等安全隐患,因此,对露天矿高陡边坡进行实时监测,对出现的灾害提前预警,建立和健全边坡监测、预警系统,对于确保边坡安全和防范经济效益损失具有重要意义。


矿山开采过程具有时滞、时变、非线性、强耦合等特点,尤其针对高陡边坡,当高度大于200米、坡度大于42度,随着资源开采容易引起边坡塌陷、崩塌、地裂缝和地面沉降等地质灾害,给矿工生命、采矿设施、财产安全造成严重威胁。诱发高陡边坡失稳或病害的因素一方面为边坡自身因素,包括地形地貌、岩土性质、地质条件等原因;另一方面为边坡外部因素,如气候原因、地震及人为活动等。因此,开发多参数协同监测地质灾害勘察技术装备,对开采损害区域的稳定性进行实时动态监测,为矿区安全、高效生产提供安全保障服务。



近些年,边坡工程监测技术实现跨越式的发展,由过去人工皮尺简易监测过渡到精密仪器监测,包括GPS测量、近景摄影测量等,但是地质灾害监测设备还不能完全实现自动化、高精度及远程监测,自动化程度高、可长期连续观测、高精度捕捉信号等设备是地质灾害安全监测工作发展的方向。并且,经典的灾害分析与数据处理方法已不能完全满足自动化、智能化监测系统的需求,需要拓宽研究思路,发展与先进监测系统相适应的大数据智能分析方法,针对采集的海量监测数据,提出地质灾害预警、预报判据,经过数据分析与处理,研究灾害趋势、灾害孕育规律,为突发性灾害提供即时决策。



现有专家学者,在边坡失稳机理、表现形式、预防方法、治理手段等方面进行了大量的研究,取得了丰硕的成果。但是由于边坡工程客观条件的多样性及传统监测手段的局限性,边坡失稳破坏的机理及预警方法等方面还没有完全解决。目前,国内矿山高陡边坡大多进行了边坡工程的测量工作,但监测点的代表性受主观影响大、监测周期长、自动化、智能化程度有限,使得实际监测信息实用性较差,不能满足实际的需要,制约了探索高陡边坡破坏力学机制及发展规律的研究。研发露天矿高陡边坡地质灾害协同监测与预警技术装备,集成多传感器自动化、智能化监测是矿山灾害监测的发展方向。包括:用于地表位移监测的GPS测量、裂缝计、近景摄影测量;用于地下变形监测的钻孔倾斜法、TDR监测;用于水文监测的降雨量监测、孔隙水压力监测、水位监测、土壤含水量监测;应力场监测和BOTDR监测,分析测量结果的误差来源,提出高陡边坡的高精度测量与标定方法。对于获取监测点的海量数据,采用准则、算法对监测数据进行异常性检验,舍弃或剔除异常数据,提出边坡监测异常数据的插值方法,提高边坡监测数据的连续性和完整性;针对监测大数据,提出数据压缩、融合新方法,给出有效的预警指标,对高陡边坡的地质灾害进行实时预警与防范。

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