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1、矿山边坡监测技术方案1、概述1.1 露天矿山边坡监测需求矿山资源是人类社会生存和发展的重要物质基础，作为国民经济的基础产业，提 供了我国所需近 95%的能源，近 80%矿产资源是人类社会生存和发展的重要物质基础 为满足人民日益增长的物质生活、支持经济高速发展提供了广泛的资源保障。然而， 露天矿生产引发的地质灾害十分严重，种类繁多。在露天采矿中，随着采矿活动的深 入，露天采场形成的边坡、尾矿库边坡等地形极易引发矿山滑坡灾害，常见的露天矿 灾害有边坡失稳、滑坡。我国露天煤矿呈现集中化开采趋势，开采范围及年产量逐渐 增大，形成了大规模的高陡边坡，边坡稳定是影响露天矿安全生产的重要因素，因边 坡失稳造
2、成的片帮、滑坡等地质灾害不仅影响正常的采矿作业，而且威胁人员及设备 安全，严重时甚至造成露天矿停产，造成巨大的经济损失。因此，如果有一款矿山滑坡监测设备，可以满足露天矿边坡稳定性监测，可以及 时是监测人员了解和掌握边坡位移的演变过程、及时捕捉其发展变化特征信息，并可 对可能发生的灾害做到提前预报预警，协助对事故隐患可进行分析评价，可以指导生 产人员采取合理的防治措施，在滑坡事故后的治理工程中又能提供可靠资料和科学依 据，对保障露天矿安全生产具有重要意义。1.2 微变监测雷达的优势边坡表面位移监测是对一定范围内岩体及土体的位移、沉降、倾斜或建筑物、构 筑物及其地基等形变所进行的测量工作。边坡表面
3、位移监测的任务是应用各种测量手 段，测定形变体的形状、位置在时域、空域中的变化特征，并解释其发生的原因。测 量手段所涉及的技术领域广泛，但总体发展趋势是测量精度和自动化程度逐渐提高， 监测手段更可靠、更有效，监测结果从最初的单点测量结果到连续平面测量结果，监 测方式从最初的接触式测量到现在的遥感式测量，监测仪器工作更安全、抗灾害破坏能力强。边坡表面位移监测手段有多种，各有优点和不足，接触式的测量仪器包括倾斜仪或斜度仪、应变测量计、同轴电缆电磁波测量、光纤传感测量。接触式的测量仪器通 常放置在监测目标表面，或者插入、嵌入监测目标体内，是目前适用较广泛的形变监 测手段。但普遍具有抗灾害破坏能力弱的
4、特点，而且其接触式测量方式也给测量人员 的安全带来隐患，覆盖范围较小，受到恶劣天气影响较大。单点式的测量结果也不能 满足对灾害区域大范围的连续监测，不利于对监测区域形变类型和整体发展趋势的判 断。另外一类遥感技术手段包括 GPS 监测、干涉 SAR 技术，其测量精度和安全性上优 于接触式测量手段。其中 GPS 监测方法仍然属于单点的测量技术，并且在高山地区， 卫星信号容易被遮挡，多路径效应较为严重，且 GPS 接收站的布设要求操作者要能够 到达监测目标点，抗灾害破坏能力弱。点式形变监测手段测量结果受本身测量结果的限制，只能抽样获取监测目标区域 单点的形变结果。为了获取监测区域整体形变场的特征，
5、通常的做法是将所得到的单 点形变信息组成形变监测网，而后在这些形变信息上进行数据插值，近似得到监测区 域整体形变信息。这样的做法，其计算精度与监测点设置的疏密程度和空间位置分布 有很大关系，监测点设置越多形变检测结果越可靠，其位置分布越均匀所产生的插值 误差越小。为了解决点式监测手段覆盖范围较小、受到恶劣天气影响较大、抗灾害破坏能力 弱、自动化程度不高、无法获取区域连续形变监测结果的特点，我们将已发展成熟的 星载、机载干涉合成孔径雷达（SAR）遥感技术应用到地基轨道上，发展出地基差分干 涉SAR。地基差分干涉SAR，也可以称为微变监测雷达、地基雷达、干涉雷达、边坡雷 达等，是通过获取的时间序列
6、 SAR 数据实现区域形变的监测，具有大范围、全天时、 全天候、定点、连续监测的优点，且兼具方便携带、安装灵活等优点。其非接触测量， 可以在安全距离内获取被监测危险区域的形变数据。采集所得的形变信息为二维图像 信息，而非单点信息采集，这种区域信息的获取有助于观测现象的理解和灾害预测。 地基差分干涉 SAR 的高灵敏度、高空间分辨率、宽覆盖率、全天时全天候等特点使得这种技术在露天矿山边坡形变监测、地表下陷、山体滑坡监测和地震形变监测等方面具有重要的研究意义。1.3设计依据中华人民共和国矿山安全法规定：“第十八条 矿山企业必须对下列危害安全的事故隐患采取预防措施：（一）冒顶、片帮、边坡滑落和地表塌
7、陷；（七）其他危害。第十九条 矿山企业对使用机械、电气设备，排土场、矸石山、尾矿库和矿山闭坑后可 能引起的危害，应当采取预防措施。”。煤炭工业露天矿边坡工程监测规范 GB51214 -2017智慧矿山信息系统通用技术规范 GB/T 34679-2017金属非金属矿山安全规程 GB 16423-20062、项目目标能够实施面监测，有助提高监测效率；实现非接触测量，遥感监测；监测距离能 够达到公里级别；自动化监测，无人值守；数据采集、成果生成、形变分析，预警预 报全程自动化；全天候全天时、实时监测；软、硬件系统具有良好的开放性，支持与 现有系统兼容、与上级系统数据共享及数据交换。3、微变监测雷达微
8、变监测雷达（也称为地基差分干涉SAR、地基雷达、干涉雷达、边坡雷达）基于合 成孔径雷达（SAR）/真实孔径雷达（RSR）和差分干涉雷达（DInSAR）的原理，实现对观 测场景进行表面微小形变位移信息的提取。具体地，通过轨道的往复运动获取观测区域的 时间序列回波数据，利用干涉雷达技术实现高精度的位移形变信息，通过网络传输到用户 中心实现自动化监测，并依据形变量、形变速率等参数进行预警级别判断，发出预警。主要有以下特点：(1) .全天时全天候：24小时、全气候条件；(2) .大范围：5公里范围内全面覆盖；(3) .非接触：属于遥感监测、无需部署任何合作目标；(4) .实时性：分钟级重复观测， 11
9、0分钟获取一幅全场雷达位移图像；(5) .高分辨率面监测：每次幅可图像获取百万级监测点，距离向分辨率 0.3m；(6) .高精度：亚毫米级位移监测精度。微变监测雷达最广泛的应用是露天矿边坡稳定性及位移监测。包括边坡(滑坡) 、露 天矿采场、排土场边坡、尾矿库坝坡。此外，还可用于大坝、山体、建筑物等监测对象。 实现对以上监测对象的实时自动化位移监测及预警。3.1. 产品简介采用直线扫描合成孔径成像技术和干涉/差分干涉技术，获取各类地质体和重大工程 的表面位移，实现全天时、全天候、大范围( 5公里范围内全面覆盖)、高精度(0.1毫米 级位移监测精度)的实时自动化监测。(1). 产品外观图1 MPD
10、MR-LSA(2). 技术指标 预警信息：位移/速度/加速度 监测精度：0.1mm 作用距离：5Km最大视场：90*45/60*30采集间隔：1-6 min像素大小：0.3m*0.0054rad防护等级： IP65工作温度：-30C50C供电：AC 220V(3). 应用方向：固定扫描、长期监测重大工程设施：表面位移/沉降/倾斜的稳定性监测露天矿山：排土场/采场/尾矿库的表面位移地质隐患点：高陡边坡/危岩体/的滑坡/崩塌/沉降水利工程：大坝坝体建设/使用/维护过程的稳定性监测铁路边坡：护坡沉降及稳定性监测桥梁：桥梁及周边地质环境的沉降及稳定性监测3.2.应用软件功能设备采集软件：支持实时自动化
11、采集，可远程重启设备;用户端软件：支持单点、区域等专题图层选择与定量分析，生成位移、速度、数据曲线及报表;数据接入：数据上传方式采用文件形式，由设备厂家按照数据文件规范生成;文件上传采用FTP协议，设备厂家上传至指定服务器目录；数据融合：支持无人机建模、CAD三维建模、激光三维建模数据与雷达数据的融合及坐标系统一；报告生成：支持报告模板输入，自动报告生成与发送；预警信息发送：支持短信、邮件模式的自动预警信息发送；系统辅助状态发送：支持现场断电、断网信息的故障发送； 具备低温振动传感功能，并支持监测站振动补偿; 工作站在系统异常或蓝屏状态下，具备远程启动功能; 支持系统电源远程通断。4、项目实施
12、项目启动之后，在对露天矿山边坡进行现场实地勘测、调研的基础上，选好监测站址，建设通讯网络和调度室，同步开展微变监测雷达的安装与调试，同时采集和处理所必须的 辅助坐标数据、无人机数据，在此基础上，即可对待测区域开展实时监测与预警。设备获 得被测区域的长时间序列雷达回波数据后，对雷达数据进行处理、显示与分析，综合评判 待测区域是否存在不满足稳定性标准的隐患区域。微变监测雷达系统获取隐患区域的形变等信息后，将形变信息与其他传感器数据协同分析、根据需求生成相应的检测报告、辅助 用户进行隐患点稳定性判断。（项目启动J现场勘测监测站选址监测站部署网络建设服务器部署系统调试实时监测阶段报告协同分析是:持续监
13、测图 2 项目实施流程4.1. 实施目标1）主要监测内容包括： 已知隐患区域的形变监测：施工区域、人工识别的隐患区域或重点关注区域； 未知隐患区域的形变监测：在监测区域内微变监测雷达自动识别未知隐患区域。（2）主要测量参数包括： 观测区域总体位移量；A 累积位移-时间曲线； 形变速率-时间曲线； 形变加速度-时间曲线； 观测区域位移区域及量化数据。以此实际数据为依据，分析待测区域形变机理、掌握其形变规律并分析形变所处阶段 进行防范处理。（3）按照项目工作内容及目标，监测实施计划如下： 雷达监测站选址及观测几何确定； 完成雷达监测站部署； 微变监测雷达安装架设与调试； 微变监测雷达成像与定标数据
14、调试； 监测所涉及的辅助数据获取； 辅助数据与雷达数据的综合匹配； 雷达获取的形变信息与传感器数据协同分析； 待测区域实时监测与预警，生成监测数据报告； 全系统测试与验收。4.2. 监测站选址选定监测站位置，建设好监测站，在监测站上建设通讯网络和调度室内部署雷达数据 服务器。监测站选址时，应根据以下原则进行（1）观测站要与观测目标保持通视。图 3 观测点选址示意图（2）远离电磁干扰区（微波站、无线电发射台、高压线穿越地带等）和雷击区，其 距离不小于 100m；（3）避开铁路、公路等易产生震动的地点；（4）监测站应避开地质构造不稳定区域如：断层破碎带，易于发生滑坡、沉陷等局 部形变的地点（如采矿
15、区、油气开采区、地下水漏斗沉降区等），易受水淹或地下水位变 化较大的地点；（5）便于接入公共通信网络和政府信息网络；（6）具有稳定、安全可靠的交流电电源；（7）交通便利，便于人员往来和车辆运输。4.3. 监测站建设监测站的选址以及雷达的观测几何确定之后，需对监测站进行建设即观测房，供电系 统的建设、通信网络的建设以及防雷系统建设。监测房主要用于放置轨道式微变监测雷达系统，主要便于保持雷达系统长期监测干净 整洁，以及监测人员的良好的短期工作、维护环境，监测房内布置监测工控机、内置摄像 头、USP、空调等设备。我司某个项目所使用的监测房如下图所示。图4 LSA监测房示意图（1） 供电系统配置为监测站所有设施提供所需供电，AC 220V/50HzUPS保证输出电压稳定，以有利于雷达设备24小时不间断运行。同时可以根据矿区电源稳定性、实际情况选择多种电源备 份。发电机不间断电源系统图5 多种供电方式（2） 通
