露天煤礦邊坡監測技術應用現狀

李姝娟

摘 要：邊坡監測是露天煤礦重點關注內容，本文通過對現有露天煤礦邊坡監測技術的總結，現有邊坡監測技術主要有GPS邊坡監測技術、雷達監測技術以及三維激光掃描技術，對比各種邊坡監測系統的優缺點，為各種監測技術在露天煤礦的應用提供一定的參考意義。

關鍵詞：露天煤礦；邊坡監測；GPS技術；雷達監測技術；三維激光掃描技術

目前我國露天煤礦分布并不多，以內蒙地區居多，山西平朔和同煤地區、陜北地區有少量分布。露天開采后形成的邊坡角較大，有的邊坡高度可達數百米，在強降雨等活動下，容易出現崩塌、滑坡和泥石流的地質災害，從而造成設備損壞以及危及現場工作人員的生命安全，因而邊坡穩定性是露天開采領域關注的重點問題，對邊坡位移進行科學精確的監測顯得很重要。邊坡變形監測的目的是確定滑體的周界，定期測量滑動量、主滑動線的方向和速度。其意義在于提供邊坡的穩定狀況、位移和變形的規律等，為滑坡預報提供依據，從而保證礦山生產安全、高效、經濟的開采。目前，國內外常用的邊坡穩定性監測設備主要有：GPS監測儀、全站式分析儀、水準儀、水壓監測儀、紅外線遙感儀器等。

一、國外露天煤礦邊坡監測技術

整體而言，國外露天煤礦較我國居多，主要分布在澳大利亞、加拿大等國家，目前國外露天煤礦邊坡監測技術應用較多的有GPS監測系統、CSIRO監測系統及近幾年發展起來的微震技術。澳大利亞研制的CSIRO邊坡監測系統，服務壽命較短為5年，儀器設備簡單，可安裝在鉆孔深150m以上，可以監測邊坡巖體內部的移動，主要依靠的是傳感器。加拿大很多露天礦采用GPS邊坡監測技術，僅幾年逐步引入TDR監測系統，由電脈沖信號發生器、傳輸線（同軸電纜）、信號接收器三部分組成。

二、國內露天煤礦邊坡監測技術

根據調查總結，國內邊坡監測技術主要包括GPS監測技術、邊坡雷達監測技術、傳感器系統傳感器監測系統、三維激光掃描系統等。

1、GPS監測技術

GPS邊坡監測系統有4部分，分別是監測區觀測點、調度中心、客戶端以及報警系統，分別對GNSS數據進行采集、解算、存儲、分析和發送，客戶端可實時查看邊坡位移監測數據。該技術具有全天候、高精度、自動化、高效益、觀測時間短等優點，在露天煤礦邊坡變形監測方面具有廣泛的應用前景。但GPS邊坡監測系統也有很多缺點，比如：GPS自動監測設備防水防潮設施不完善，硬件更新周期短；防寒保暖設施不完善，冬季維護工作量很大；數據跳變較大且時間較長，容易引發錯誤判斷；解算軟件易崩潰，從而影響數據的連續性和時效性；監測數據變化較大，需要人工糾錯，或者延長數據采集時間，以保證數據的精確度。山西平朔安家嶺露天煤礦以及神華集團下屬多處露天煤礦均采用該監測系統。

（1）CORS 監測技術

連續運行衛星定位導航服務系統（CORS）是測繪的基礎設施建設，也是信息社會、知識經濟時代必備的基礎設施。它可應用于城市規劃、交通、地震、氣象等多個領域和行業。系統目前使用GPS，以后可能綜合應用GPS、GLONASS.GLOLILEO 和北斗系統。CORS應用廣泛，由若干個連續運行的GPS基準站、數據處理控制中心數據傳輸與發播系統和移動站組成。該系統具有工作效率高、測量精度高等優點，將 CORS 系統應用于露天煤礦的邊坡監測，實現了一種迅速精準的邊坡監測方法，為邊坡預防提供可靠的原型數據。

（2）GNSS 監測系統

GNSS 邊坡監測系統包含了美國的 GPS、俄羅斯的 GLONASS、中國的 Compass、歐盟的 Galileo 系統。采用成熟的 INTERNET 技術、高精度衛星導航準動態算法等技術，該系統的優點是位置布設靈便，便于全天候實時在線監測，測取待測點的數據，數據實現自動化處理，目前以國內設備為主，價格較低。缺點是只能監測淺表層位移，監測點數增加費用也增加，監測點數不宜布設過多，對陡峭、會有滾石損壞設備或滑坡埋葬監測點的坡體，不宜布設等。目前應用較多的是神寶露天煤礦、大南湖二礦、黑山露天煤礦、扎尼河露天煤礦、準東露天煤礦等。應用較多的系統類型有廣州中海達定位技術有限公司的 GNSS 高精度形變監測系統，MK300型 GNSS 全自動監測預警系統，華測GNSS 邊坡位移監控系統等。

2、邊坡雷達監測技術

邊坡雷達監測技術是目前邊坡位移監測中最先進的技術，其原理是向測量巖體某處發射電磁波，通過測量前后兩次返回電磁波相位差的變化，來確定巖體位移量。邊坡雷達系統結合了干涉測量技術、步進頻率連續波技術、合成孔徑雷達技術，具有距離向分辨率和角度向分辨率，將待監測區域分割成很多的單元，采集每一個單元的位移信息，再將所有的信息結合起來，這樣就得到了待測體表面的信息數據。該系統的優點是：數據為無線傳輸，可實時在線監測，可采集的數據量較大，監測距離遠；缺點是需要結合人工處理和分析，引起誤差；布設監測設備成本較高，設備以進口為主，價格昂貴，實際應用不多。2009 年，我國黑岱溝露天煤礦從澳大利亞引進國內第 1 臺邊坡穩定性雷達，其全稱是 Ground Probe T-Series Slope Stability Radar，簡稱 SSR。鄂爾多斯哈爾烏素露天煤礦引入IBIS-M邊坡雷達監測預警系統對采場邊坡進行穩定性分析，該系統由意大利IDS公司聯合佛羅倫薩大學共同研發而成，融合了差分相位干涉測量技術、SFCW技術、SAR技術和永久散射體等技術，可應用于大型的露天生產礦。神華集團勝利露天煤礦、寶清露天煤礦均引入了該系統。

3、三維激光掃描系統

三維激光掃描技術又名實景復制技術，出現于上世紀90年代中期，緊跟GPS之后。利用激光測距原理，通過高速激光掃描測量的方法，大面積、高分辨率快速獲取物體表面各個點的坐標、反射率、顏色等信息，從而進一步復制出實景模型，為后續數據分析工作提供依據。其優點是：可以全天候作業；不需要特別的光線角度，可以根據距離確定數據密度，數據獲取速度快。可以對變形體進行全方位的掃描，不需要人為尋找變形體的特征部位。但目前以國外設備為主（國產系統多數組件也是進口），價格貴，只能監測表面形變，不能監測深部位移。還可用于三維建模和方量測算。數據需要人工處理，對人員素質要求較高。目前設備的可靠性、穩定性、耐用性有待進一步完善。

三、結論

綜上所述，目前國內外露天煤礦邊坡監測技術多以GPS監測技術為主，其主要優點是價格較低，設備安裝較容易，而近幾年也陸續有使用雷達監測技術及三維激光掃描系統，實現實時監測、遠距離監測，但價格相比GPS較貴，設備多為國外引進設備。

參考文獻：

[1] 向迪，張永貴，張樂，劉杰，王金龍，呂軒.CORS系統在魏家峁露天煤礦邊坡監測中的應用[J].露天采礦技術，2016，31（2）：48–51.

[2] 李增林，王孝亮，韓猛.GPS監測技術在露天煤礦邊坡監測中的應用[J].露天采礦技術，2016，31（10）：53–59.

[3] 樊杰.GPS系統在勝利東二號露天煤礦邊坡監測中的應用[J].煤炭科學技術，2013，41：278–279

[4] 丁震.露天煤礦邊坡實時監測技術應用對比分析[J].煤炭科學技術，2017，9，189–192.

[5] 張永.新邱露天煤礦的邊坡變形監測技術[J].煤炭技術，2009，28（2）：158-159.

（作者單位：中煤科工集團西安研究院有限公司環保所）