張超（礦山邊坡安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警與災(zāi)害防控應(yīng)急管理部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任）

“假如將一座露天礦山邊坡監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)給到你，你能準(zhǔn)確判斷邊坡什么時(shí)候會(huì)發(fā)生滑坡嗎？”這是礦山邊坡安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警與災(zāi)害防控應(yīng)急管理部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（下稱礦山邊坡應(yīng)急管理部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）副主任張超在每次講到礦山邊坡監(jiān)測(cè)時(shí)都會(huì)問(wèn)的問(wèn)題，而他得到的回答無(wú)一例外都是：“不能。”

這樣的結(jié)果并沒(méi)有讓他感到意外。在張超看來(lái)，由于礦山邊坡地質(zhì)條件復(fù)雜，且邊坡類型較多，不同類型邊坡失穩(wěn)過(guò)程與破壞啟動(dòng)條件又不盡相同，礦山邊坡精準(zhǔn)預(yù)警成為當(dāng)下一大難題。為了破局，張超所在的礦山邊坡應(yīng)急管理部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室正在圍繞礦山邊坡的失穩(wěn)機(jī)理、預(yù)警模型、監(jiān)測(cè)預(yù)警設(shè)備等方面展開(kāi)研究，力爭(zhēng)五至十年內(nèi)在礦山邊坡精準(zhǔn)預(yù)警方面取得突破，為我國(guó)礦山邊坡安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、災(zāi)害防控與應(yīng)急搶險(xiǎn)提供理論與技術(shù)支撐。

掛牌成立，聚焦礦山邊坡精準(zhǔn)預(yù)警攻關(guān)

去年5月17日，由中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所、中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)研究院共同建設(shè)的礦山邊坡應(yīng)急管理部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在武漢掛牌成立，由中國(guó)工程院院士楊春和擔(dān)任實(shí)驗(yàn)室學(xué)術(shù)帶頭人。正如實(shí)驗(yàn)室名字那樣，礦山邊坡應(yīng)急管理部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的主要研究重心放在礦山邊坡預(yù)警技術(shù)攻關(guān)上，旨在解決礦山邊坡精準(zhǔn)預(yù)警的難題。
當(dāng)前，通過(guò)GNSS技術(shù)、無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)、地面三維激光掃描技術(shù)、InSAR技術(shù)、邊坡雷達(dá)、分布式光纖傳感監(jiān)測(cè)技術(shù)、邊坡牛頓力監(jiān)測(cè)技術(shù)、測(cè)斜儀、滲壓計(jì)、雨量計(jì)等豐富多樣的礦山邊坡監(jiān)測(cè)手段，礦山邊坡實(shí)現(xiàn)了全天候、自動(dòng)化的在線監(jiān)測(cè)，滿足了礦山邊坡的監(jiān)測(cè)需求。“畢竟邊坡在發(fā)生失穩(wěn)前，肯定會(huì)有前兆，這些前兆信息通過(guò)各種礦山邊坡監(jiān)測(cè)手段能夠捕捉到，”張超說(shuō)，“但預(yù)警效果距離礦山安全生產(chǎn)需求還有一定的差距。”

他指出，目前通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)合經(jīng)驗(yàn)閾值進(jìn)行礦山邊坡預(yù)警的做法，難以做到礦山邊坡精準(zhǔn)預(yù)警。“因?yàn)榈V山邊坡監(jiān)測(cè)手段捕捉到邊坡變化后，這個(gè)變化可能會(huì)產(chǎn)生滑坡，也有可能不產(chǎn)生滑坡。這時(shí)預(yù)警閾值如果設(shè)置高了，就會(huì)出現(xiàn)漏報(bào)。如果設(shè)置過(guò)低，就會(huì)出現(xiàn)誤報(bào)。”

為了保障礦山安全生產(chǎn)，攻克礦山邊坡精準(zhǔn)預(yù)警難題勢(shì)在必行，而這一重任落在了礦山邊坡應(yīng)急管理部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室身上。如何破局？礦山邊坡應(yīng)急管理部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室有自己的想法：第一步研究失穩(wěn)機(jī)理，分析邊坡不同階段的成因機(jī)制；第二步構(gòu)建預(yù)警模型，設(shè)立合理的預(yù)警閾值；第三步研發(fā)監(jiān)測(cè)預(yù)警設(shè)備，及時(shí)發(fā)布邊坡監(jiān)測(cè)預(yù)警信息。“這三步是攻克礦山邊坡精準(zhǔn)預(yù)警難題的關(guān)鍵，只要有一步?jīng)]做好，礦山邊坡就很難實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)預(yù)警。”張超說(shuō)。

初顯成效，礦山邊坡精準(zhǔn)預(yù)警有突破

通過(guò)結(jié)合中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所在大冶鐵礦、海南鐵礦、德興銅礦等大型露天礦山開(kāi)展的為期二十余年的邊坡監(jiān)測(cè)預(yù)警研究成果，礦山邊坡應(yīng)急管理部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在研究失穩(wěn)機(jī)理、構(gòu)建預(yù)警模型、研發(fā)監(jiān)測(cè)預(yù)警設(shè)備等方面取得了初步成效。
在研究失穩(wěn)機(jī)理方面，礦山邊坡應(yīng)急管理部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室一方面初步揭示了露天礦、尾礦庫(kù)、排土場(chǎng)等不同類型礦山邊坡的失穩(wěn)機(jī)理、破壞模式與發(fā)展規(guī)律，另一方面根據(jù)礦山邊坡不同的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、坡度、高度、區(qū)域降雨量等情況，動(dòng)態(tài)分析了邊坡不同階段的成因機(jī)制。“根據(jù)動(dòng)態(tài)成因機(jī)制，給出邊坡不同發(fā)展階段變形破壞的初始閾值。由于礦山邊坡不同高度、不同位置受巖性、構(gòu)造等因素的控制，變形破壞的模式和深度有所不同，邊坡預(yù)警閾值范圍往往差異較大，空間上需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行分區(qū)域設(shè)置和調(diào)整。”張超補(bǔ)充道。

在構(gòu)建預(yù)警模型方面，礦山邊坡應(yīng)急管理部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和數(shù)值計(jì)算相結(jié)合，建立了露天礦、尾礦庫(kù)、排土場(chǎng)等不同類型礦山邊坡災(zāi)變預(yù)測(cè)預(yù)警模型，初步得出了合理的礦山邊坡預(yù)警閾值。

在研發(fā)監(jiān)測(cè)預(yù)警設(shè)備方面，礦山邊坡應(yīng)急管理部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室共建單位中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)研究院研發(fā)了一系列性能達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平的礦山邊坡合成孔徑雷達(dá)，該設(shè)備能連續(xù)監(jiān)測(cè)開(kāi)挖過(guò)程的多種變形數(shù)據(jù)，并根據(jù)預(yù)警的判別準(zhǔn)則，及時(shí)發(fā)布邊坡預(yù)警信息。

▲礦山邊坡應(yīng)急管理部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室共建單位中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)研究院研發(fā)的礦山邊坡合成孔徑雷達(dá)

在取得初步成效的同時(shí)，礦山邊坡應(yīng)急管理部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室正面臨著兩大挑戰(zhàn)。“一是露天礦邊坡受地層巖性和構(gòu)造的影響，往往會(huì)出現(xiàn)完全不同的邊坡變形破壞模式，對(duì)應(yīng)的預(yù)警模式和閾值也區(qū)別較大，這給邊坡預(yù)警帶來(lái)很大的挑戰(zhàn)；二是大型露天礦山往往范圍較大，難以確定合理的監(jiān)測(cè)布置區(qū)域以及合理的測(cè)點(diǎn)數(shù)量，進(jìn)而無(wú)法準(zhǔn)確地進(jìn)行全方位露天礦山邊坡監(jiān)測(cè)預(yù)警。”張超說(shuō)。對(duì)此，礦山邊坡應(yīng)急管理部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室將結(jié)合長(zhǎng)周期的監(jiān)測(cè)預(yù)警科研項(xiàng)目，深入研究不同類型礦山邊坡變形與穩(wěn)定性之間的關(guān)系，揭示邊坡失穩(wěn)破壞全過(guò)程演化規(guī)律，確定重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域與監(jiān)測(cè)方法，設(shè)立合理的預(yù)警閾值，以實(shí)現(xiàn)礦山邊坡精準(zhǔn)預(yù)警。

多方著手，力爭(zhēng)用規(guī)范指導(dǎo)邊坡監(jiān)測(cè)預(yù)警

在談到礦山邊坡應(yīng)急管理部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室下一步規(guī)劃時(shí)，張超表示，礦山邊坡應(yīng)急管理部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室制定了“一個(gè)目標(biāo)，五個(gè)內(nèi)容”的發(fā)展規(guī)劃。

一個(gè)目標(biāo)，是指礦山邊坡應(yīng)急管理部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室圍繞產(chǎn)學(xué)研模式、設(shè)備與技術(shù)的研發(fā)、不同階段監(jiān)測(cè)手段優(yōu)選、邊坡的預(yù)警閾值選擇、邊坡監(jiān)測(cè)預(yù)警方法等方面展開(kāi)研究，力爭(zhēng)在礦山邊坡監(jiān)測(cè)預(yù)警方面形成相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范，從而有效地指導(dǎo)全國(guó)范圍內(nèi)露天礦邊坡的監(jiān)測(cè)預(yù)警工作。

五個(gè)內(nèi)容

1探索科研單位全生命周期參與礦山邊坡監(jiān)測(cè)預(yù)警的產(chǎn)學(xué)研模式、科研探索與生產(chǎn)預(yù)警互相促進(jìn)機(jī)制、邊坡監(jiān)測(cè)預(yù)警信息發(fā)布與企業(yè)生產(chǎn)聯(lián)動(dòng)管理等。

2完善邊坡雷達(dá)、多功能鉆孔測(cè)斜、裂縫監(jiān)測(cè)與封堵等實(shí)驗(yàn)室專利監(jiān)測(cè)技術(shù)與設(shè)備的研發(fā)，在地質(zhì)構(gòu)造和早期變形裂縫識(shí)別方面進(jìn)一步完善無(wú)人機(jī)照相測(cè)量、激光掃描等相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用。

3研究不同巖性和構(gòu)造條件下礦山邊坡不同階段的變形破壞特征，給出不同階段邊坡的主要監(jiān)測(cè)手段。

4研究降雨條件下高陡礦山邊坡的變形破壞機(jī)制的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，初步給出不同巖性構(gòu)造地質(zhì)背景下高陡礦山邊坡變形發(fā)展不同階段的的預(yù)警閾值范圍。

5研究不同種類的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在邊坡監(jiān)測(cè)預(yù)警中的相互驗(yàn)證、補(bǔ)充作用，結(jié)合地形、巖性與構(gòu)造背景，給出不同主控因素和多因素監(jiān)測(cè)預(yù)警方法建議等。

開(kāi)好局、起好步的礦山邊坡應(yīng)急管理部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室期望未來(lái)能夠在礦山邊坡監(jiān)測(cè)預(yù)警工作上譜新篇。“尤其是讓礦山邊坡預(yù)警可以離精準(zhǔn)目標(biāo)更進(jìn)一步。”張超最后說(shuō)道。

審核編輯 黃宇