唐 麒

（安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局332地質(zhì)隊，安徽 黃山 245000）

雖然近年來礦山地質(zhì)災(zāi)害治理相關(guān)理論研究和實踐探索在我國大量涌現(xiàn)，但結(jié)合實際調(diào)研可以發(fā)現(xiàn)，監(jiān)測預(yù)警技術(shù)應(yīng)用不當?shù)那闆r仍較為常見。為保證監(jiān)測預(yù)警技術(shù)能夠得到較好應(yīng)用，正是本文圍繞礦山地質(zhì)災(zāi)害質(zhì)量開展具體研究的原因所在。

1 礦山地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測內(nèi)容

礦山地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測涉及的內(nèi)容較為多樣，主要涉及崩塌﹑滑坡﹑不穩(wěn)定斜坡﹑泥石流﹑采空塌陷，具體監(jiān)測方法如下。

1.1 崩塌、滑坡、不穩(wěn)定斜坡

在礦山地質(zhì)災(zāi)害中，較為常見的主要有崩塌﹑滑坡﹑不穩(wěn)定斜坡，排土場﹑露天采場﹑礦山公路等處很容易形成這類地質(zhì)災(zāi)害，這類礦山地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測主要涉及以下幾方面內(nèi)容：第一，深部位移監(jiān)測。一般通過鉆孔傾斜測量法﹑鉆孔位移計監(jiān)測法﹑測縫法等方法監(jiān)測深部位移，這類監(jiān)測存在較強專業(yè)性，多用于大型滑坡，通過對滑體變形速率和滑動面位置的測量，即可明確判斷穩(wěn)定性，為滑坡治理等工作提供充分依據(jù)；第二，地表位移監(jiān)測。地表位移同樣屬于礦山地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測的重要內(nèi)容，具體監(jiān)測主要圍繞不穩(wěn)定斜坡﹑崩塌體﹑滑坡體的裂縫﹑水平位移﹑垂直位移展開，常用方法包括裂縫計監(jiān)測﹑三維激光掃描﹑水準測量﹑標樁監(jiān)測﹑大地測量﹑InSAR監(jiān)測﹑測斜儀監(jiān)測等，為明確裂縫發(fā)展趨勢和情況，可采用裂縫計監(jiān)測或標樁監(jiān)測，崩塌體等地質(zhì)災(zāi)害的變形發(fā)展﹑地表位移情況可通過其他監(jiān)測方式明確；第三，相關(guān)因素監(jiān)測。雨量監(jiān)測﹑巖土應(yīng)力監(jiān)測﹑土壤含水量監(jiān)測等均屬于相關(guān)因素監(jiān)測范疇，這類監(jiān)測需要結(jié)合礦山地質(zhì)災(zāi)害實際情況[1]。

1.2 泥石流

如大量松散巖土物質(zhì)在礦山尾礦庫﹑排土場﹑棄渣場沿坡面或溝谷堆積，泥石流物源將隨之形成，泥石流很容易在雨量條件達到時發(fā)生。在監(jiān)測泥石流方面，一般需要使用專業(yè)設(shè)備，常用監(jiān)測方法包括流速監(jiān)測法﹑傾斜棒監(jiān)測法﹑視頻監(jiān)測法﹑雨量監(jiān)測法﹑泥位監(jiān)測法等。

1.3 采空塌陷

地下開采屬于礦山開采的常用方式，這會導(dǎo)致采空區(qū)形成，如采空區(qū)上方巖土體應(yīng)力失穩(wěn)﹑失衡，地面塌陷往往會隨之出現(xiàn)，這不僅可能引發(fā)地裂縫，嚴重時還可能引發(fā)崩塌﹑滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。這類礦山地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測一般采用裂縫計監(jiān)測﹑水準測量﹑大地測量﹑InSAR監(jiān)測等技術(shù)[2]。

2 常用的監(jiān)測預(yù)警技術(shù)

近年來監(jiān)測預(yù)警技術(shù)發(fā)展迅速，各類新技術(shù)也在礦山地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測中得到廣泛應(yīng)用，本節(jié)主要介紹兩種代表性技術(shù)，包括深部位移監(jiān)測技術(shù)和InSAR監(jiān)測技術(shù)。

2.1 深部位移監(jiān)測技術(shù)

深部位移監(jiān)測在礦山地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測中的應(yīng)用較為廣泛，如用于礦山滑坡體監(jiān)測，這種監(jiān)測可配合使用北斗在線監(jiān)測技術(shù)和深孔位移傳感器。通過在礦山滑坡體處安裝深孔位移傳感器，可以保證邊坡位于規(guī)律和情況及時掌握，進而對失穩(wěn)和滑動需求進行分析，高精度實時監(jiān)測可同時在北斗在線監(jiān)測技術(shù)支持下實現(xiàn)，通過實時開展滑坡體穩(wěn)定性監(jiān)測，礦山安全運行能夠得到較好保障。在深部位移監(jiān)測技術(shù)的具體應(yīng)用中，該技術(shù)能夠直接展示滑坡體內(nèi)部結(jié)構(gòu)擾度變形情況，這是由于深部位移量對滑坡體穩(wěn)定造成的影響較為深遠。在深部水平位移測定中，測斜儀屬于廣泛應(yīng)用的監(jiān)測儀器，監(jiān)測工作可通過測斜儀監(jiān)測深部水平位移完成。在測斜儀的具體應(yīng)用中，一般在測斜管的內(nèi)部通過串聯(lián)形式安裝，傾斜傳感器需要安裝于針對性選擇的高程位置處，傾斜角可基于傳感器測得，監(jiān)測對象的變形曲線也能夠隨之繪制，這一過程還能夠?qū)λ轿灰七M行計算，但僅限于桿標距長度范圍。以某礦山對邊坡體內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行的連續(xù)﹑實時監(jiān)測為例，該監(jiān)測使用一組內(nèi)部測斜儀，型號為GN-1B，主要由導(dǎo)向輪﹑測桿﹑固定式測斜儀等設(shè)備組成，具備穩(wěn)定時間快﹑可靠性好﹑耐沖擊﹑組裝方便等特點，能夠較好與測斜管配合使用，自動化的測量因此順利實現(xiàn)。在具體的設(shè)備安裝中，需要結(jié)合現(xiàn)場地形和地質(zhì)勘查報告，同時通過打孔方式進行安裝，具體使用鉆孔機，內(nèi)部測斜儀需要在各孔位不同深度安裝，同時在邊坡面指定勘測位置安裝儀器。在深部位移監(jiān)測過程中，需要圍繞滑坡方向形變量﹑垂直滑坡方向形變量﹑深部位移監(jiān)測結(jié)果進行分析，確定滑坡體是否存在滑動或異?，F(xiàn)象。為更好滿足礦山地質(zhì)災(zāi)害治理需要，可考慮同時分析表面位移監(jiān)測數(shù)據(jù)和深部位移監(jiān)測數(shù)據(jù)，可靠性更高的深部位移監(jiān)測也能夠由此實現(xiàn)[3]。

2.2 InSAR監(jiān)測技術(shù)

InSAR監(jiān)測技術(shù)也被稱作雷達干涉測量技術(shù)，通過衛(wèi)星對目標變形狀況進行多次觀測，該技術(shù)可實現(xiàn)對幾何變化的測量，因此能夠較好滿足礦山地表位移監(jiān)測和采空塌陷監(jiān)測需要。通過分析礦山滑坡﹑塌陷﹑地面沉降等地質(zhì)災(zāi)害變形特征和發(fā)生過程的分析，更好滿足礦山地質(zhì)災(zāi)害治理需要。在礦山地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測中，雷達干涉測量技術(shù)具備以下幾方面優(yōu)勢：第一，面監(jiān)測性能突出。對于監(jiān)測對象信息，該技術(shù)能夠在同步條件下進行提取，因此大范圍監(jiān)測數(shù)據(jù)能夠迅速獲得，因此能夠獲得同步﹑同時的監(jiān)測數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)存在的點位監(jiān)測不連續(xù)﹑監(jiān)測點密度稀疏等問題可由此解決，全方位的礦山地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測也能夠順利開展；第二，可開展大范圍空間監(jiān)測。由于具備較大監(jiān)測范圍，該技術(shù)能夠在礦山地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測中實現(xiàn)高密度點位采樣，在提升監(jiān)測效率和精度方面的表現(xiàn)也較為突出；第三，兼顧定量和定性分析。由于能夠在應(yīng)用中形成精度較高的定量形變圖，可確定礦山地質(zhì)災(zāi)害每一點在不同時間范圍內(nèi)的變化過程，進而實現(xiàn)對比監(jiān)測變化；第四，精細度較高。在觀測頻率和采樣密度方面，雷達干涉測量技術(shù)的精細度均較高，一般該技術(shù)應(yīng)用中的數(shù)據(jù)分辨率在3m左右，且具備10d左右的觀測周期，礦山地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測需要能夠更好得到滿足；第五，高效益。在基于該技術(shù)的高頻率監(jiān)測中，監(jiān)測成本會持續(xù)下降，同時可顯著減少物力﹑人力﹑時間消耗[4]。

在雷達干涉測量技術(shù)的具體應(yīng)用中，應(yīng)用過程中的數(shù)據(jù)處理極為關(guān)鍵，基本流程可概括為：“雷達主﹑輔影像→精密軌道→互配準→生成條紋圖→估計基線→去地形相位/去平地效應(yīng)→掩膜/濾波→相位解纏→生成斜距形變”。為保證技術(shù)應(yīng)用效果，可考慮同時應(yīng)用兩種雷達干涉測量技術(shù)，即時序InSAR技術(shù)和D-InSAR技術(shù)，后者在規(guī)模地表變形快速獲取方面表現(xiàn)突出，前者能夠消除后者應(yīng)用中存在的誤差，礦山重點形變區(qū)存在的具體地表形變信息能夠由此準確提取，時序形變特征也能夠同時獲取，進而更好﹑更準確﹑快速﹑大范圍完成礦山地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測，礦山地質(zhì)災(zāi)害治理能夠獲得更充分依據(jù)。

3 實例分析

為直觀展示礦山地質(zhì)災(zāi)害治理中監(jiān)測預(yù)警技術(shù)的應(yīng)用，本節(jié)將圍繞監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)開展研究，具體涉及系統(tǒng)的應(yīng)用思路﹑模塊設(shè)計﹑應(yīng)用效果。

3.1 應(yīng)用思路

為較好滿足礦山地質(zhì)災(zāi)害治理需要，可引入自動化系統(tǒng)用于監(jiān)測預(yù)警，本文研究的監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)由四部分組成，包括監(jiān)控中心模塊﹑現(xiàn)場監(jiān)測模塊﹑網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊﹑互聯(lián)網(wǎng)發(fā)布模塊，具體設(shè)計如圖1所示。

圖1 監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)

在圖1所示系統(tǒng)運行中，通過預(yù)先設(shè)置的監(jiān)測點和現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備，依托設(shè)備的移動通信功能，即可實現(xiàn)對礦山地質(zhì)災(zāi)害信息的自動﹑實時采集，如對崩塌﹑滑坡﹑泥石流﹑不穩(wěn)定斜坡﹑采空塌陷等地質(zhì)災(zāi)害信息進行采集，通過向監(jiān)控中心模塊通過短消息形式傳送采集信息，監(jiān)控中心模塊能夠在移動網(wǎng)絡(luò)支持下分析和處理采集信息，進而在數(shù)據(jù)庫中存儲所有信息并開展解析處理，遠程地質(zhì)災(zāi)害實時監(jiān)測與預(yù)警可順利實現(xiàn)，監(jiān)測信息最終由互聯(lián)網(wǎng)發(fā)布模塊發(fā)布，礦山地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)防及治理可獲得充足依據(jù)。

3.2 模塊設(shè)計

3.2.1 監(jiān)控中心模塊

作為系統(tǒng)中的重要組成部分，監(jiān)控中心模塊主要負責(zé)接收﹑處理﹑轉(zhuǎn)發(fā)監(jiān)測信息及自動報警等功能，該模塊由預(yù)警﹑圖形顯示﹑收發(fā)服務(wù)﹑數(shù)據(jù)庫﹑通信協(xié)議共五個子模塊組成，具體設(shè)計如下：第一，預(yù)警。為滿足預(yù)警需要，該子模塊能夠發(fā)出聲音預(yù)警并基于預(yù)先設(shè)定方式發(fā)出預(yù)警信息，保證礦山地質(zhì)災(zāi)害的具體位置和類型能夠及時由相關(guān)人員掌握，進而開展針對性地質(zhì)災(zāi)害治理工作，保證相關(guān)損失降到最低，礦山安全穩(wěn)定運行也能夠更好得到保障；第二，圖形顯示。該子模塊的運行需要得到監(jiān)測信息支持，進而通過計算機實現(xiàn)圖形化的信息展示，相關(guān)信息變化及地質(zhì)災(zāi)害發(fā)展情況可更直觀展示給相關(guān)人員；第三，收發(fā)服務(wù)。初始化串口屬于該子模塊的重要功能，同時需要對通信連接的建立情況進行檢查，保證短消息接收正常。在完成監(jiān)測信息接收后，還需要在數(shù)據(jù)庫中統(tǒng)一進行信息存儲，如確定其中存在危險信息，則需要及時發(fā)出預(yù)警，保證相關(guān)人員能夠及時開展地質(zhì)災(zāi)害治理工作；第四，數(shù)據(jù)庫。該子模塊設(shè)計遵循獨立性和完整性原則，同時結(jié)合邏輯和概念兩方面開展設(shè)計，具體選擇SQL Server數(shù)據(jù)庫；第五，通信協(xié)議。由于設(shè)備采集信息﹑監(jiān)測點位置信息等均屬于監(jiān)測信息，這使得該信息存在較高傳輸難度，因此通信協(xié)議設(shè)計主要涉及Verify﹑State﹑Type﹑Head﹑Location﹑Data等內(nèi)容[5]。

3.2.2 現(xiàn)場監(jiān)測模塊

為滿足礦山地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測需要，需要在預(yù)先設(shè)定的監(jiān)測點處設(shè)置監(jiān)測設(shè)備，該設(shè)備擁有移動通信功能，能夠?qū)Φ刭|(zhì)災(zāi)害相關(guān)信息進行監(jiān)測，具體監(jiān)測內(nèi)容包括：第一，土壤含水率。土壤含水率通過濕度傳感器完成實時監(jiān)測，相關(guān)信息能夠及時獲??；第二，深部位移。對于礦山存在的滑坡體，需要將角度傳感器測斜管通過內(nèi)部鉆孔方式埋入其中，對于出現(xiàn)位移的滑坡體，結(jié)合角度隨之改變的測斜管，即可實時獲取對應(yīng)監(jiān)測信息；第三，地下水位。通過預(yù)先確定地下水位監(jiān)測位置，科學(xué)設(shè)置水位傳感器，即可實時采集相關(guān)信息；第四，裂縫位移。對于礦山存在的滑坡體，可針對性設(shè)置位移傳感器，具體在滑坡體和非滑坡體處設(shè)置位移傳感器兩端，裂縫位移可基于二者差值實時獲取，進而完成信息監(jiān)測。

3.2.3 網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊

為通過網(wǎng)絡(luò)傳輸實時監(jiān)測信息，監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)還設(shè)置有網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊，在完成監(jiān)測信息接收后，該模塊能夠?qū)⒔邮障⒅噶畎l(fā)送至串口，進而接收信息。本文研究的監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)通過短消息形式進行監(jiān)測信息發(fā)送，同時基于無線控制信道完成短消息傳輸，信息可依托短消息中心實現(xiàn)高效收發(fā)和存儲，其中網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊的指令主要包括短消息發(fā)送﹑列舉﹑讀取，以及新消息提示﹑參數(shù)顯示﹑消息格式選擇﹑消息業(yè)務(wù)選擇等

3.2.4 互聯(lián)網(wǎng)發(fā)布模塊

圍繞傳統(tǒng)的礦山地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警方法進行分析可以發(fā)現(xiàn)，監(jiān)測信息一般需要通過監(jiān)控中心模塊進行實時查看，但由于該模塊需要承擔(dān)較多功能，很多時候會出現(xiàn)瀏覽數(shù)據(jù)不方便問題，因此本文采用Web技術(shù)打造信息發(fā)布平臺，相關(guān)人員能夠通過網(wǎng)頁較為便利瀏覽監(jiān)測信息，監(jiān)測預(yù)警時效性因此大幅提升。

3.3 應(yīng)用效果

為明確監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的應(yīng)用效果，本文開展了針對性的仿真實驗，使用的軟件為Matlab7.0，為直觀展示該系統(tǒng)優(yōu)勢，引入傳統(tǒng)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)進行對比，為實現(xiàn)對系統(tǒng)綜合系統(tǒng)驗證，需要對不同評價指標進行比較，包括系統(tǒng)響應(yīng)速度和預(yù)警準確率。通過對比可以發(fā)現(xiàn)，在實驗次數(shù)為1-10次時，可得到表1所示的系統(tǒng)響應(yīng)速度比較結(jié)果。

表1 系統(tǒng)響應(yīng)速度對比結(jié)果

結(jié)合表1進行分析可以發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)系統(tǒng)平均需要耗費2.42s完成響應(yīng)，本文設(shè)計系統(tǒng)則僅需要耗費0.45s完成響應(yīng)，可見本文研究系統(tǒng)存在較快響應(yīng)速度，能夠更好服務(wù)于礦山地質(zhì)災(zāi)害治理。進一步通過仿真軟件設(shè)置不同類型的地質(zhì)災(zāi)害，之后通過兩種系統(tǒng)開展監(jiān)測和預(yù)警，可由此得到表2所示對比結(jié)果。

表2 預(yù)警準確率對比結(jié)果

結(jié)合表2所示數(shù)據(jù)進行分析可以發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)系統(tǒng)存在82.4%的平均預(yù)警準確率，本文研究系統(tǒng)則為96.5%，由此可見本文研究的監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)實用性，能夠較好開展高精度礦山地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測與預(yù)警，進而為地質(zhì)災(zāi)害質(zhì)量提供有力支持。

4 結(jié)論

綜上所述，監(jiān)測預(yù)警技術(shù)可較好用于礦山地質(zhì)災(zāi)害治理。在此基礎(chǔ)上，本文涉及的監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)﹑應(yīng)用效果分析等內(nèi)容，則直觀展示了監(jiān)測預(yù)警技術(shù)的具體應(yīng)用方法。為更好服務(wù)于礦山地質(zhì)災(zāi)害治理，各類新型技術(shù)的綜合應(yīng)用﹑軟硬件的定期升級﹑相關(guān)人才的重點培養(yǎng)等方面也需要得到重視。