SSR雷達在露天礦邊坡預警系統中的應用

祁曉鑫

摘要：剛果（金）某露天應用SSR雷達建立了露天礦邊坡片幫、崩塌、滑坡實時監控預警系統。通過SSR雷達監測邊坡的位移值和位移速率的變化曲線來判斷礦區邊坡的穩定性，對邊坡的片幫、崩塌、滑坡等危害進行實時、動態監控，并提供預報，以確保采場內生產作業安全。

關鍵詞：ssR邊坡雷達；邊坡監測；預警系統

露天礦開采受剝采比的影響大都采用高陡邊坡的開采方式，由于邊坡角大、地質因素復雜，邊坡極易受爆破震動和雨水沖刷的影響進而引發邊坡事故，這也給采場內的人員和設備的安全帶來了極大的安全隱患。因此，對邊坡穩的穩定性進行監測，以確保采場內的生產安全勢在必行。

本文主要介紹了剛果（金）某露天礦選用SSR雷達對露天礦邊坡的穩定性進行實時動態監測，并且對邊坡滑坡等地質危害進行了準確的預報，利用該邊坡監測雷達最大限度地減少了露天礦邊坡地質災害事故所帶來的危害。同時，還能在礦坑內存在邊坡穩定性隱患的區段實現生產效率的最大化。邊坡雷達在該露天礦運行期間，礦坑下作業人員傷亡率和作業設備損壞率均為零，為該露天礦的安全生產做出了突出的貢獻

1.SSR邊坡雷達

1.1SSR邊坡雷達工作原理

SSR邊坡雷在監測邊坡變型時，雷達掃描自邊坡表面的頂部向底部反復進行，并將監測到的數據經由無線電傳至初級監測站，工程技術人員通過對兩次相鄰掃描位移量的變化進行比較來確定邊坡的穩定性。

SSR邊坡雷達向邊坡發射高頻電磁波（rrx），信號指向巖壁，再接受邊坡反射回來的電磁波（R）（），如圖1所示。SSR邊坡雷達對邊坡進行重復掃描的過程中，SSR邊坡雷達系統會對掃描到的相鄰兩次數據的相位差進行比較，來計算邊坡巖體的位移，如圖2所示。

1.2SSR邊坡雷達優勢

SSR邊坡雷達可以沿整個巖壁表面并無需與巖壁發生任何接觸，進行連續的，次毫米級精度測量。而且該系統的測量絕大部分不受雨水、灰塵或煙霧的影響。可以保證露天礦山的安全生產及經濟效益和生產的連續性，達到對邊坡進行實時監測并及時預報可能發生的邊坡災害事故。

2.SSR邊坡雷達的應用

2.1礦區概況

剛果（金）某露天礦地處赤道南側，屬于熱帶草原氣候，受赤道低壓帶和信風帶的南北移動的交替影響，一年之中旱季、雨季分明，降水主要集中在11月份至次年3月份，歷年平均降水量1188mm，占全年降水量的85%以上。采場上部邊坡巖性主要巖性為土質，下部邊坡巖性為滑石白云巖、白云質粉砂巖以及白云質等軟質巖體，該部位斷層、裂縫等構造發育且破碎，受長時間高強度的降雨極易誘發邊坡災害事故。由于該露天礦礦體賦存較深，隨著開采時間的延續，采場目前為深凹開采以及高陡邊坡。受上述因素的影響采場邊坡極易發生片幫、滑坡、塌方等地質災害，因此需要采取有效的監測手段加強對邊坡的監測，以確保坑底人員和設備的安全。

2.2監測位置

采場東幫1380平臺至為1395平臺為RGS巖組（白云質粉砂巖、泥巖）與CMN巖組（白云質砂巖）交界處，該部位巖體為強風化、碎裂狀結構和散體結構，邊坡穩定性較差，且該部位上部出現明顯裂縫，因此該區域為重點觀測區域，如圖3所示。另一部位為采場東幫1335平臺至1350平臺，該部位邊坡巖層主要為白云質砂巖粉砂巖，強度較低，且長時間受雨水沖刷的影響，巖體松散且破碎，因此該部位也為重點監測區域。

2.3邊坡預警情況

2.3.1 2015年4月23日滑坡預警

2015年4月22日0點，邊坡監測人員通過終端計算機發現采場東幫1380平臺至為1395平臺邊坡位移量不斷增加，4月22日12點開始該區域位移速率開始加速，在23日0點達到位移速率10mm/h的黃色預警值，且位移速率仍在不斷增大，因此判斷該區域邊坡破壞處于加速蠕變階段，啟動滑坡黃色預警，如圖4所示。4月23日6點位移速率達到20mm/h的紅色預警值，同時通過SSRViewer Suite 4軟件繪出位移倒數曲線，并得出位移倒數曲線與變形量為0軸的交點即為預測的滑坡時間，如圖5所示，預估滑坡時間在6：30-7：30之間，因此通知采場內停止作業，啟動滑坡紅色預警，采場內的人員和設備全部離場。

根據雷達實時數據曲線圖，選取2：30-6：30時間段將每個時間點位移速度的倒數數據導入Excel表中，并繪制出位移速率倒數的趨勢線，該趨勢線與速率倒數0軸的交點，即為預估的滑坡時間，如圖6所示得出預測滑坡時間為4月23日7：00。

采場東幫1380平臺至為1395平臺實際發生滑坡時間為4月23日8：17分，由圖7可見巖體沿著裂縫發生了整體滑落。4月23日10點，監測人員通過觀察發現該部位的邊坡位移量和位移速率已處于穩定狀態，紅色預警解除，人員和設備開始進場恢復作業。

2.3.2 2016年1月31日滑坡預警

2016年1月31日19點，邊坡監測人員通過終端計算機發現采場采場東幫1335平臺至1350平臺邊坡位移速率突然增大。1月31日20：30分，該區域位移速率達到位移速率10mm/h的黃色預警值，且位移速率仍在不斷增大，因此判斷該區域邊坡破壞處于加速蠕變階段，啟動滑坡黃色預警，如圖8所示。此時邊坡監測人員通過SSRViewer Suite 4軟件繪出位移倒數曲線，預估滑坡時間在21：30-22：30之間，如圖9所示。因此通知采場內立即停止作業，啟動滑坡紅色預警，采場內的人員和設備全部離場。

根據雷達實時數據曲線圖，選取19：00-20：30時間段將每個時間點位移速度的倒數數據導入Excel表中，得出預測滑坡時間為1月31日22：00，如圖10所示。

采場東幫1335平臺至1350平臺實際發生滑坡時間為1月31日21：50分，由圖11可見該部位平臺發生了整體垮落，有圖可以看出該部位巖體強度極差，構造松散且破碎，再加上降雨引起邊坡內靜水壓力與動水壓力增高是引起本次滑坡的主要因素。2月1日2點，監測人員通過觀察發現該部位的邊坡位移量和位移速率已處于穩定狀態，紅色預警解除，人員和設備開始進場恢復作業。

4.結論和建議

（1）通過剛果（金）某露天礦對SSR邊坡監測雷達的實際應用表明，SSR邊坡監測雷達能夠及時、清楚、準確地邊坡巖體的位移速率和位移量，為準確地預報邊坡崩塌、滑坡、塌方等地質災害提供了準確的預測和預報，為保證礦山的安全生產起到了至關重要的作用。

（2）當邊坡位移速度到達設定的警報閥值時軟件會觸發警報，警報閥值設定過小，分析軟件對邊坡位移量的計算敏感度提高，易發生誤報；警報閥值設置過大，則易發生漏報。因此設置合理的警報閥值是技術人員判斷邊坡是否發生滑坡的重要依據之一。