邢波
国家电投内蒙古公司煤矿建设管理分公司 内蒙古 通辽市 022920
摘要：自21世纪以来我国对大型凿岩及装运设备进行了大力研发和应用，露天采矿技术得到了迅速发展，露天矿山的规模和效率得到了空前提高。随着露天矿山开采深度的不断增加，边坡逐渐变高变陡，最终形成了大量的高陡边坡。基于此，本篇文章对雷达技术在露天矿边坡监测预警中的应用进行研究，以供相关人士参考。
关键词：雷达技术；露天矿；边坡监测预警；应用
引言
近年来，随着露天矿边坡监测预警技术的迅速发展和各种型号边坡雷达的广泛使用，MSＲ真实孔径边坡雷达已经得到越来越多的市场应用和认可。MSＲ边坡雷达预警系统相比其他传统的监测方法，有着监测精度高、安装方便、监测范围广等优势特点。不仅能够为露天矿边坡监测体系建设提供理论基础，而且能够有效提升矿区开采安全性，促进我国矿业的发展。
一、露天矿概述
既然我们要分析采场和排土场边坡稳定性的灾害预警技术，那么首先要对施工情况进行一定的探索，在采场和排土场的边坡稳定性进行分析的过程中以及相关灾害预警技术使用的过程中，我们一定要明确露天矿的具体概念以及露天矿的实际情况。在我国大多数地区露天矿所面临的情况都是比较复杂的，主要是由于地理位置以及交通情况，人文因素等等所产生的影响，使得露天矿会存在着一定的危险因素。而近些年来由于技术水平不断提高以及灾害预警技术的不断提高，露天矿的安全等级已经在不断地提高，不会出现传统意义上的大面积灾难，也不会给人们造成很严重的生命安全威胁。在露天矿进行施工的过程中采场和排土场发挥着重要的作用，采场是进行挖矿以及矿石堆积的重要地点，而采场所形成的边坡问题也是比较多的，如何更好地分析其受力情况，如何更好地提高其安全等级，这些都是对财产进行改进过程中需要重点考虑的问题，而排土场主要是堆放一些废料，由于长期的工作所产生的问题也是比较多的，排土场逐渐地增高，问题也日渐地凸显出来。
二、边坡监测技术选择
目前国内各大中型露天矿山应用比较多的边坡监测技术手段主要有GPS技术、GNSS技术及雷达技术等。经过多种监测技术对比，雷达技术可以完全满足凹山铁矿这种监测预警要求，最终决定采用新型的边坡雷达构建一套符合自身需要的边坡稳定性监测预警系统。
2.1GNSS边坡监测系统
GNSS自动化监测系统主要由硬件系统（传感器、数据采集模块、数据传输模块）和软件系统（数据库、数据处理与控制模块、安全评价预警模块）组成（如图4所示）。GNSS监测系统实时采集监测点的信号，且经过数据传输模块传送至控制中心，通过数据处理计算每个监控点的三维坐标，并与初始三维坐标进行比较，得出监控点的变化，同时安全评价预警模块根据设定好的预警值进行报警。目前该技术只能实时进行预警，无法更好地预测边坡未来的位移走势，如何通过数据进行预测是研究的难点。
2.2边坡雷达技术
雷达系统通过发射电磁波并接收物体反射的电磁波，根据往返信号之间的差异检测物体。合成孔径雷达（D-InSAR）技术的研究较为成熟，该监测系统能对露天矿边坡、排土场边坡、山体滑坡、大型建筑物的形变进行大范围连续监测，对各类灾害进行预警，在安全保障、评估和紧急救援等重要项目得到广泛应用。真实孔径边坡雷达是针对露天矿及类似边坡工程等高陡边坡进行监测预警这一新型技术手段的主力设备。边坡雷达系统先以近毫米级精度，利用其发射的雷达波对露天矿的边坡岩体进行连续、反复的测量扫描；然后通过计算机上复杂的算法，将扫描结果与之前获得的扫描数据进行比较，测量这2次的相位差，将其转换为相对位移的变化，从而确定边坡面的位移程度。
随后通过软件MSＲViewer将测量数据进行比较分析，从而确定边坡岩体的速度及加速度变化情况，利用速度倒数的曲线推算出滑坡的时间节点，并将其图形呈现于计算机上，从而起到超前预警的作用。
2.3三维激光扫描技术
三维激光扫描技术是国际领先的空间三维影像测量技术，它将传统测量由点发展至面，可以进行复杂环境或空间的扫描工作，并将扫描的三维数据完整放到计算机内。三维激光扫描仪的工作原理是通过仪器记录目标物体反射回来的激光信息，从而建立目标的三维模型。扫描仪通过快速旋转的反光镜对指定范围进行扫描，再利用激光脉冲往返的时间来确定目标距离，并通过编码器转换获得被测目标的三维坐标，再根据反射折回的激光强度确定目标的颜色信息。
2.4GPS检测系统
首先GPS检测技术是比较常用的，这也是大多数露天矿场对采场和排土场的边坡稳定性进行分析过程中所使用的重要手段，主要也是GPS技术比较成熟，在应用的过程中能够解决大多数的问题。首先对于GPS监测预警技术分析的过程中要明白其主要目的，我们使用GPS检测技术主要是通过GPS系统对当地实际情况进行检测，通过检测某些变化来做出更好的反应，通过全球定位系统来实时的监测某一点是否发生了严重的问题。这样明确的监测目的能够帮助我们更好的集中目标，也能够更好地针对问题进行分析。
三、边坡雷达监测预警分析
3.1系统构成
边坡雷达主要由4个部分组成，见图1。拖车包括伸缩支架、托钩、导轮、停车制动。电子附件包括系统数字处理器和人机接触面HMI、天线指向装置电子附件、气象站、通信模块、警示灯、紧急停止装置和工具箱。电力供应系统包括柴油发电机、带电池的供电装置、供电系统顶盖装置、控制面板、油箱。雷达系统包括雷达天线、无线收发器、天线定位装置。
3.2预警原理
现有的研究成果表明，露天矿山边坡的稳定性与其所处的变形阶段有直接联系，准确掌握、判断边坡的变形演化阶段是进行边坡稳定性评价及地质灾害预测预警的基础。通过分析大量的滑坡案例可知，边坡从出现变形直至发生滑坡可以分为3个阶段，分别为初始变形阶段、等速变形阶段和加速变形阶段，即滑坡位移历时变化曲线。
3.3边坡雷达报警值的选择依据
可靠的监测预警机制将提前发出滑坡提示，并提供充足的时间使人员及设备撤离问题区域。目前，边坡雷达的监测预警机制是基于用户自定义设定的报警值预先发出警告，即当滑坡变形达到预先设定的报警值时，将触发雷达报警。因此，边坡雷达监测预警机制的有效性取决于合理的报警值的选择。
结束语
在国内外矿山边坡变形监测技术的最新成果以及对边坡稳定性的深入研究中，从最原始的地表变形监测方法到大地测量方法，一直到现在的GNSS、声发射、测量机器人、三维激光扫描技术等监测方法，边坡监测技术不断发展进步。通过研究，各种检测方法的便利性和准确性也在提高。但单一的监测方法总是存在一定的缺陷性，无法准确预测或全面保障边坡的安全，所以有的矿山使用多种传感器联合监测的方法来保障边坡的安全，如大唐国际胜利煤田就使用GPS、测量机器人和雷达等多种监测手段，不仅精准度高，还能对边坡的未来走势进行预测。
参考文献
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