山东联创矿业设计有限公司 山东济南 250101
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。由于受地质构造、地下水流、大气降水及爆破震动等因素影响，高陡边坡的稳定性极易发生突变。一旦出现边坡失稳，会大幅增加片帮、滑坡等地质灾害的发生概率，严重威胁露天矿山的安全生产。边坡稳定性问题一直是露天矿山安全生产的重大难题，也是最复杂的科学研究课题之一。边坡稳定与否，是直接关系到露天矿山能否正常生产的重要前提，因此，有必要进行专门的边坡安全评价工程。为了对边坡稳定性问题进行有效的风险管控，国内各大中型露天矿山纷纷启动了地质环境治理工程。
关键词：雷达技术；滑坡；监测；预警
引言
我国露天矿煤炭产量不断提高，生产规模不断扩大，相伴而来的是诸如片帮、崩塌、泥石流、地裂缝等露天矿边坡地面灾害的频繁发生，这些灾害不但影响了矿山的正常生产，而且对矿山工作人员安全构成了严重的威胁。据不完全统计，目前我国各类露天矿山中有40%存在不同程度的边坡安全隐患。随着露天矿开采深度的持续增加，边坡角度不断变陡，地应力释放不断加大，露天矿边坡安全形势变得非常严峻，对其进行三维形变监测是当前的技术重点和难点。然而，“智慧矿山”对露天矿边坡地表三维形变监测精度和时空分辨率的要求越来越高，常规的形变监测技术无法满足高精度、高时空分辨率的三维形变监测需求，更无法实现露天矿边坡地表三维形变信息的实时连续非接触式测量。
1地基雷达测量原理
地基雷达测量采用合成孔径雷达和进步频率连续波等技术，利用两个不同时刻拍摄的同一场景的一对复杂且相干的雷达图像相位之间的定量比较来实现测量。系统发射电磁波到目标表面，反射回来再接收。发射波对应的后向散射回波的时延与雷达和目标间距对应。雷达以距离向和横向分辨率输出二维相位和振幅图像。振幅表示目标的反射率，相位取决于目标和雷达距离以及大气扰动等。
2矿山概况
安家岭露天矿位于山西省平朔露天煤矿，是中煤平朔煤业有限责任公司下属的3个大露天煤矿之一，矿田横跨安家岭和安太堡二号2个勘探区。该矿田东西宽约7842m，南北长约6556m，面积28.8832km2，地理位置优越，交通运输便利。平朔矿区夏季降水量少且强度集中，全年75%的降雨量均集中在夏季，昼夜温差大，春季冬季大风较多。该研究区域主要含水层有新近系和第四系松散岩类孔隙含水层、石炭-二叠系碎屑岩裂隙含水层及奥陶系碳酸盐岩溶裂隙含水层，其补给源主要是大气降水及地表河流水入渗补给。研究区内多为黄土覆盖，植被覆盖稀少，沟谷发育。
3边坡雷达的技术优势
相比其他传统的监测技术，边坡雷达有以下优势：①监测精度高，可以达到±0.2mm的高精度测量；②监测面积广，扫描范围可以达到水平方向210°，垂直方向90°；③监测距离远，可以达到4000m；④采样间隔短，数据采集周期只有2～10min；⑤连续运行，可以24h不间断工作，实时掌握边坡岩体的变形情况；⑥布置方便，自带拖车可移动，无须布置在危险边坡，保障设备安全；⑦操作简单，可以远程控制，无须进入矿区现场，保障人员安全；⑧在任何气候条件下均可操作（不受低温、雨雪、雾霾等干扰）。
4地基干涉雷达技术在露天矿边坡监测中的应用
4.1边坡变形监测方案
此次监测应用选取安家岭露天矿北帮边坡作为被监测区域，选取南帮边坡上1处稳定基岩布设IBIS-M型地基干涉雷达系统，经测量勘察，该基岩区域较为稳定，且距离被监测区域北帮边坡最远监测距离为2.6km，该距离在4km测量量程范围内。
为了保证IBIS-M系统精密采集模块免受降雨、大风以及矿区现场灰尘的影响，制作了活动房并将IBIS-M系统放置其中。根据研究区域大量的监测数据分析和试验，最终选定变形速率作为系统预警的主要参数，并对各预警级别阈值进行了设置。
4.2时序分析
地基雷达干涉处理比星载雷达数据简单。由于滑动轨道以较短的工作周期反复成像，能够克服空间失相关问题。空间基线为0，地基雷达不需要去地形效应和轨道误差修正。在时间上，由于观测间隔较短，干涉图的相干性在很大程度上得到了保证。在进行数据聚焦、解缠、大气校正处理后，获得边坡位移随时间的变化规律
4.3边坡雷达预警分析
边坡雷达对西露天矿北帮进行监测预警的过程中，利用位移云图可以直观的发现异常变形区域的位置、范围及边界，采取多点对比、区域对比等方法可以快速的掌握边坡岩体的变形情况，再通过分析位移曲线、速度曲线的变化规律，可以预测未来一段时间内异常变形区域的演变趋势。在滑坡的演变过程中可以清晰地看出，随着时间的推移，异常变形区域内边坡岩体的位移、速度曲线均呈现加速趋势。
4.4数据预处理
利用SePSI数据处理软件对原始观测数据进行聚焦处理后，获得露天矿边坡监测区域的平均振幅强度，如图2所示。露天矿边坡岩石散射性好，因此可以明显看出露天矿边坡岩石具有较高的平均振幅强度。为进一步检验SAR数据质量，对数据预处理后的振幅离散指数、估计的稳定性指数、位移精度等质量参数进行分析。监测时间段内，目标区域稳定的岩石边坡的振幅离散指数优于0.1，即振幅标准偏差与其平均振幅之比较小，表明雷达信号强度稳定；相位相干性系数大于0.9，即信号具有很好的相干性；估计的稳定性指数大于10，即信号振幅值变化稳定性好；位移精度优于0.2mm，即相位精度高。上述分析表明：本研究地基雷达监测数据质量较高。
5地质条件分析及措施
根据该矿地质报告分析，本区主要岩层为砂岩、泥岩、第四系松散层。煤层顶底板主要为炭质泥岩、泥岩层。影响本矿边坡稳定的主要因素为岩性、结构面、节理裂隙及水。在生产过程中，严格按设计边坡角施工，同时根据露天矿开采层位、边坡岩性特征，做针对性的边坡岩土工程地质勘查，根据地质勘查结果对局部区域的边坡角进行调整，以确保边坡的稳定性。加强疏干水管理工作，提高疏干水效果，降低水对采场边坡稳定性影响。在遇到断层等边坡滑动破坏面（或潜在滑动破坏面）时，采用锚索加固的方式，将滑动面与滑床锚固，保证边坡稳定性。
结束语
(1)边坡雷达以高精度、大范围、远距离及全天候等特点，在大规模高陡边坡的稳定性监测预警中发挥非常明显的技术优势，大幅提高了凹山铁矿对片帮、滑坡等地质灾害的风险管控能力。(2)根据雷达技术构建的边坡稳定性监测预警系统，可以为凹山铁矿编制突发地质灾害应急预案及制定残矿回收开采计划提供技术支持和决策参考。(3)结合凹山铁矿的应用案例，对雷达技术在露天矿边坡监测预警中的作用进行了分析和探讨，验证了该项技术的准确性、有效性，为国内类似露天矿山的边坡监测技术应用研究及完善突发地质灾害应急管控机制提供一定参考。
参考文献
[1]张健.浅析露天矿边坡监测站的建立方法[J].中国金属通报,2018(12): 261-262.
[2]张航,卢小平,郝波,王如意.无人机在露天矿开采监管中的应用研究[J].采矿技术,2018,18(06):111-114.
[3]宫泽.西湾露天矿边坡变形监测与参数优化研究[D].西安科技大学, 2018.
[4]吴星辉,璩世杰,马海涛,吴晓丹,蓝宇.边坡雷达系统在露天矿边坡监测中的应用[J].金属矿山,2018(02):188-191.
[5]韩扬.露天矿边坡监测技术与方法研究[J].中外企业家,2018(04):130.