SSR雷達(dá)在露天礦邊坡預(yù)警系統(tǒng)中的應(yīng)用

祁曉鑫

摘要：剛果（金）某露天應(yīng)用SSR雷達(dá)建立了露天礦邊坡片幫、崩塌、滑坡實(shí)時(shí)監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)。通過(guò)SSR雷達(dá)監(jiān)測(cè)邊坡的位移值和位移速率的變化曲線來(lái)判斷礦區(qū)邊坡的穩(wěn)定性，對(duì)邊坡的片幫、崩塌、滑坡等危害進(jìn)行實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)監(jiān)控，并提供預(yù)報(bào)，以確保采場(chǎng)內(nèi)生產(chǎn)作業(yè)安全。

關(guān)鍵詞：ssR邊坡雷達(dá)；邊坡監(jiān)測(cè)；預(yù)警系統(tǒng)

露天礦開(kāi)采受剝采比的影響大都采用高陡邊坡的開(kāi)采方式，由于邊坡角大、地質(zhì)因素復(fù)雜，邊坡極易受爆破震動(dòng)和雨水沖刷的影響進(jìn)而引發(fā)邊坡事故，這也給采場(chǎng)內(nèi)的人員和設(shè)備的安全帶來(lái)了極大的安全隱患。因此，對(duì)邊坡穩(wěn)的穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以確保采場(chǎng)內(nèi)的生產(chǎn)安全勢(shì)在必行。

本文主要介紹了剛果（金）某露天礦選用SSR雷達(dá)對(duì)露天礦邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，并且對(duì)邊坡滑坡等地質(zhì)危害進(jìn)行了準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)，利用該邊坡監(jiān)測(cè)雷達(dá)最大限度地減少了露天礦邊坡地質(zhì)災(zāi)害事故所帶來(lái)的危害。同時(shí)，還能在礦坑內(nèi)存在邊坡穩(wěn)定性隱患的區(qū)段實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率的最大化。邊坡雷達(dá)在該露天礦運(yùn)行期間，礦坑下作業(yè)人員傷亡率和作業(yè)設(shè)備損壞率均為零，為該露天礦的安全生產(chǎn)做出了突出的貢獻(xiàn)

1.SSR邊坡雷達(dá)

1.1SSR邊坡雷達(dá)工作原理

SSR邊坡雷在監(jiān)測(cè)邊坡變型時(shí)，雷達(dá)掃描自邊坡表面的頂部向底部反復(fù)進(jìn)行，并將監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)經(jīng)由無(wú)線電傳至初級(jí)監(jiān)測(cè)站，工程技術(shù)人員通過(guò)對(duì)兩次相鄰掃描位移量的變化進(jìn)行比較來(lái)確定邊坡的穩(wěn)定性。

SSR邊坡雷達(dá)向邊坡發(fā)射高頻電磁波（rrx），信號(hào)指向巖壁，再接受邊坡反射回來(lái)的電磁波（R）（），如圖1所示。SSR邊坡雷達(dá)對(duì)邊坡進(jìn)行重復(fù)掃描的過(guò)程中，SSR邊坡雷達(dá)系統(tǒng)會(huì)對(duì)掃描到的相鄰兩次數(shù)據(jù)的相位差進(jìn)行比較，來(lái)計(jì)算邊坡巖體的位移，如圖2所示。

1.2SSR邊坡雷達(dá)優(yōu)勢(shì)

SSR邊坡雷達(dá)可以沿整個(gè)巖壁表面并無(wú)需與巖壁發(fā)生任何接觸，進(jìn)行連續(xù)的，次毫米級(jí)精度測(cè)量。而且該系統(tǒng)的測(cè)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(chǎn)及經(jīng)濟(jì)效益和生產(chǎn)的連續(xù)性，達(dá)到對(duì)邊坡進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并及時(shí)預(yù)報(bào)可能發(fā)生的邊坡災(zāi)害事故。

2.SSR邊坡雷達(dá)的應(yīng)用

2.1礦區(qū)概況

剛果（金）某露天礦地處赤道南側(cè)，屬于熱帶草原氣候，受赤道低壓帶和信風(fēng)帶的南北移動(dòng)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(chǎng)上部邊坡巖性主要巖性為土質(zhì)，下部邊坡巖性為滑石白云巖、白云質(zhì)粉砂巖以及白云質(zhì)等軟質(zhì)巖體，該部位斷層、裂縫等構(gòu)造發(fā)育且破碎，受長(zhǎng)時(shí)間高強(qiáng)度的降雨極易誘發(fā)邊坡災(zāi)害事故。由于該露天礦礦體賦存較深，隨著開(kāi)采時(shí)間的延續(xù)，采場(chǎng)目前為深凹開(kāi)采以及高陡邊坡。受上述因素的影響采場(chǎng)邊坡極易發(fā)生片幫、滑坡、塌方等地質(zhì)災(zāi)害，因此需要采取有效的監(jiān)測(cè)手段加強(qiáng)對(duì)邊坡的監(jiān)測(cè)，以確保坑底人員和設(shè)備的安全。

2.2監(jiān)測(cè)位置

采場(chǎng)東幫1380平臺(tái)至為1395平臺(tái)為RGS巖組（白云質(zhì)粉砂巖、泥巖）與CMN巖組（白云質(zhì)砂巖）交界處，該部位巖體為強(qiáng)風(fēng)化、碎裂狀結(jié)構(gòu)和散體結(jié)構(gòu)，邊坡穩(wěn)定性較差，且該部位上部出現(xiàn)明顯裂縫，因此該區(qū)域?yàn)橹攸c(diǎn)觀測(cè)區(qū)域，如圖3所示。另一部位為采場(chǎng)東幫1335平臺(tái)至1350平臺(tái)，該部位邊坡巖層主要為白云質(zhì)砂巖粉砂巖，強(qiáng)度較低，且長(zhǎng)時(shí)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(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域。

2.3邊坡預(yù)警情況

2.3.1 2015年4月23日滑坡預(yù)警

2015年4月22日0點(diǎn)，邊坡監(jiān)測(cè)人員通過(guò)終端計(jì)算機(jī)發(fā)現(xiàn)采場(chǎng)東幫1380平臺(tái)至為1395平臺(tái)邊坡位移量不斷增加，4月22日12點(diǎn)開(kāi)始該區(qū)域位移速率開(kāi)始加速，在23日0點(diǎn)達(dá)到位移速率10mm/h的黃色預(yù)警值，且位移速率仍在不斷增大，因此判斷該區(qū)域邊坡破壞處于加速蠕變階段，啟動(dòng)滑坡黃色預(yù)警，如圖4所示。4月23日6點(diǎn)位移速率達(dá)到20mm/h的紅色預(yù)警值，同時(shí)通過(guò)SSRViewer Suite 4軟件繪出位移倒數(shù)曲線，并得出位移倒數(shù)曲線與變形量為0軸的交點(diǎn)即為預(yù)測(cè)的滑坡時(shí)間，如圖5所示，預(yù)估滑坡時(shí)間在6：30-7：30之間，因此通知采場(chǎng)內(nèi)停止作業(yè)，啟動(dòng)滑坡紅色預(yù)警，采場(chǎng)內(nèi)的人員和設(shè)備全部離場(chǎng)。

根據(jù)雷達(dá)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線圖，選取2：30-6：30時(shí)間段將每個(gè)時(shí)間點(diǎn)位移速度的倒數(shù)數(shù)據(jù)導(dǎo)入Excel表中，并繪制出位移速率倒數(shù)的趨勢(shì)線，該趨勢(shì)線與速率倒數(shù)0軸的交點(diǎn)，即為預(yù)估的滑坡時(shí)間，如圖6所示得出預(yù)測(cè)滑坡時(shí)間為4月23日7：00。

采場(chǎng)東幫1380平臺(tái)至為1395平臺(tái)實(shí)際發(fā)生滑坡時(shí)間為4月23日8：17分，由圖7可見(jiàn)巖體沿著裂縫發(fā)生了整體滑落。4月23日10點(diǎn)，監(jiān)測(cè)人員通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)該部位的邊坡位移量和位移速率已處于穩(wěn)定狀態(tài)，紅色預(yù)警解除，人員和設(shè)備開(kāi)始進(jìn)場(chǎng)恢復(fù)作業(yè)。

2.3.2 2016年1月31日滑坡預(yù)警

2016年1月31日19點(diǎn)，邊坡監(jiān)測(cè)人員通過(guò)終端計(jì)算機(jī)發(fā)現(xiàn)采場(chǎng)采場(chǎng)東幫1335平臺(tái)至1350平臺(tái)邊坡位移速率突然增大。1月31日20：30分，該區(qū)域位移速率達(dá)到位移速率10mm/h的黃色預(yù)警值，且位移速率仍在不斷增大，因此判斷該區(qū)域邊坡破壞處于加速蠕變階段，啟動(dòng)滑坡黃色預(yù)警，如圖8所示。此時(shí)邊坡監(jiān)測(cè)人員通過(guò)SSRViewer Suite 4軟件繪出位移倒數(shù)曲線，預(yù)估滑坡時(shí)間在21：30-22：30之間，如圖9所示。因此通知采場(chǎng)內(nèi)立即停止作業(yè)，啟動(dòng)滑坡紅色預(yù)警，采場(chǎng)內(nèi)的人員和設(shè)備全部離場(chǎng)。

根據(jù)雷達(dá)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線圖，選取19：00-20：30時(shí)間段將每個(gè)時(shí)間點(diǎn)位移速度的倒數(shù)數(shù)據(jù)導(dǎo)入Excel表中，得出預(yù)測(cè)滑坡時(shí)間為1月31日22：00，如圖10所示。

采場(chǎng)東幫1335平臺(tái)至1350平臺(tái)實(shí)際發(fā)生滑坡時(shí)間為1月31日21：50分，由圖11可見(jiàn)該部位平臺(tái)發(fā)生了整體垮落，有圖可以看出該部位巖體強(qiáng)度極差，構(gòu)造松散且破碎，再加上降雨引起邊坡內(nèi)靜水壓力與動(dòng)水壓力增高是引起本次滑坡的主要因素。2月1日2點(diǎn)，監(jiān)測(cè)人員通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)該部位的邊坡位移量和位移速率已處于穩(wěn)定狀態(tài)，紅色預(yù)警解除，人員和設(shè)備開(kāi)始進(jìn)場(chǎng)恢復(fù)作業(yè)。

4.結(jié)論和建議

（1）通過(guò)剛果（金）某露天礦對(duì)SSR邊坡監(jiān)測(cè)雷達(dá)的實(shí)際應(yīng)用表明，SSR邊坡監(jiān)測(cè)雷達(dá)能夠及時(shí)、清楚、準(zhǔn)確地邊坡巖體的位移速率和位移量，為準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)邊坡崩塌、滑坡、塌方等地質(zhì)災(zāi)害提供了準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)和預(yù)報(bào)，為保證礦山的安全生產(chǎn)起到了至關(guān)重要的作用。

（2）當(dāng)邊坡位移速度到達(dá)設(shè)定的警報(bào)閥值時(shí)軟件會(huì)觸發(fā)警報(bào)，警報(bào)閥值設(shè)定過(guò)小，分析軟件對(duì)邊坡位移量的計(jì)算敏感度提高，易發(fā)生誤報(bào)；警報(bào)閥值設(shè)置過(guò)大，則易發(fā)生漏報(bào)。因此設(shè)置合理的警報(bào)閥值是技術(shù)人員判斷邊坡是否發(fā)生滑坡的重要依據(jù)之一。