( 1.煤科集團沈陽研究院有限公司；2.馬鋼（集團）控股有限公司南山礦業(yè)公司）
摘要：MSR(Movement and surveying radar）邊坡穩(wěn)定性雷達是一套從南非REUTECH雷達系統(tǒng)有限公司引進的新型邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測系統(tǒng)，并在馬鋼集團凹山采場得到了成功應用。介紹了該監(jiān)測系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)組成、技術參數(shù)以及應用成果，為國內(nèi)大中型露天礦進一步完善邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測系統(tǒng)提供了一種新的技術模式。
關鍵詞：露天礦，MSR，邊坡穩(wěn)定性，雷達監(jiān)測系統(tǒng)
近年來，隨著我國采掘技術的快速發(fā)展，露天礦的開采規(guī)模不斷擴大，開采深度不斷下降，逐步形成了凹陷采場或深四采場，客觀造成了我國各大露天礦形成了越來越多的長邊坡、高邊坡[1]。露天礦的邊坡受自身地質(zhì)條件變動、采掘活動和天氣變化等因素的影響可能使邊坡原本的穩(wěn)定性出現(xiàn)潛在的不確定性。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國不穩(wěn)定邊坡或具有滑坡危險的潛在不穩(wěn)定邊坡占邊坡總長度的15%～20%，個別露天礦甚至高達30%以上。邊坡穩(wěn)定性雷達可對邊坡進行全面的數(shù)據(jù)分析，在邊坡出現(xiàn)失穩(wěn)預兆時進行有效預警，最大限度地降低露天礦發(fā)生滑坡災害事故所造成的損失。在露天礦開采過程中，邊坡穩(wěn)定性雷達還可對存在邊坡穩(wěn)定性隱患的區(qū)域進行24h實時監(jiān)測，在不影響邊坡穩(wěn)定的基礎上進行合理開采，實現(xiàn)生產(chǎn)效益最大化。MSR邊坡穩(wěn)定性雷達是一套用于露天礦的邊坡穩(wěn)定性測量和監(jiān)測的技術裝備，不受雨雪、灰塵、霧霾等天氣的干擾，無需與監(jiān)測區(qū)域的邊坡巖體發(fā)生任何接觸，可以次毫米級精度對整個邊坡巖體表面進行24h實時監(jiān)測，能夠?qū)崿F(xiàn)快速預警，減小滑坡災害事故導致的損失，確保露天礦安全生產(chǎn)。
MSR邊坡穩(wěn)定性雷達的基本原理是首先將高頻電磁能量（無線電波）發(fā)送至目標方向，然后接收從目標物反射回的電波，其中目標物的信息可在返回的電波中得到。在MSR邊坡穩(wěn)定性雷達的實際監(jiān)測過程中，目標物即為監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的邊坡巖體，測量得到的數(shù)據(jù)為邊坡巖體的絕對位移和相對位移。
絕對位移是指從雷達天線收發(fā)器到監(jiān)測區(qū)域邊坡巖體的距離。圖1展示了從雷達天線收發(fā)器發(fā)出無線電波傳輸至目標物（該段時間用t1表示），其中一些無線電波被目標物反射回且被雷達天線收發(fā)器接收（該段時間用t2表示）的情況。在該過程中，MSR邊坡穩(wěn)定性雷達通過精確測量無線電波發(fā)射和反射回的時間和（t1+t2），可計算出邊坡巖體的絕對位移。對雷達而言，無線電波的速度為光速。通過MSR邊坡穩(wěn)定性雷達計算出的絕對位移可精確至0.1m，一般用于在實時監(jiān)測及數(shù)據(jù)分析軟件MSR HMI中生成監(jiān)測區(qū)域邊坡巖體的三維立體模型，也可完全用于建立整個露天礦邊坡的三維地質(zhì)模型。
相對位移是指監(jiān)測區(qū)域邊坡巖體的位移變化量，可從返回信號的相位變化量得到。MSR邊坡穩(wěn)定性雷達可通過測量目標物移動前后2次雷達信號的相位移動，將其轉(zhuǎn)換為相對位移的變化量。在監(jiān)測過程中，MSR邊坡穩(wěn)定性雷達可自動測量監(jiān)測區(qū)域內(nèi)所有邊坡巖體的微小相對位移變化，并通過實時監(jiān)測及數(shù)據(jù)分析軟件MSR HMI，反映出監(jiān)測區(qū)域邊坡巖體的運動變化情況（圖2）。
MSR邊坡穩(wěn)定性霄達系統(tǒng)主要分為硬件和軟件2個部分，硬件包括：①拖車，伸縮支架、托鉤、導輪、停車制動；②電子附件，系統(tǒng)數(shù)字處理器和人機接觸面HMI、天線指向裝置電子附件、氣象站、通信模塊、警示燈、緊急停止裝置和工具箱；③電力供應系統(tǒng)，柴油發(fā)電機、帶電池的供電裝置、供電系統(tǒng)頂蓋裝置、控制面板、油箱；④雷達系統(tǒng)， 雷達天線雷達、無線收發(fā)器、天線定位裝置。MSR邊坡穩(wěn)定性雷達如圖3所示。
MSR邊坡穩(wěn)定性雷達軟件主要包括實時監(jiān)測及數(shù)據(jù)分析軟件MSR HMI（圖4）、數(shù)據(jù)傳輸軟件Win SCP，雷達電腦內(nèi)置Linux操作系統(tǒng)。
圖4 實時監(jiān)測及數(shù)據(jù)分析軟件MSR HMI界面
MSR邊坡穩(wěn)定性雷達技術特點為：①測量精度達到±0.2mm，監(jiān)測距離達2500m；②無需與監(jiān)測區(qū)域邊坡巖體發(fā)生任何接觸，保障監(jiān)測人員和設備的安全；③實現(xiàn)24h連續(xù)監(jiān)測，便于監(jiān)測人員實時掌握邊坡巖體的變化情況；④自動 生成邊坡的三維立體模型，可直觀反映巖體的運動情況；⑤自帶拖車，可移動，布置快捷；⑥獨立工作，自備動力，無需外接電源；⑦在任何氣候條件下均可操作（不受雨雪、灰塵、霧霾等干擾），其環(huán)境條件見表1。
在來引進MSR邊坡穩(wěn)定性雷達之前，馬鋼集團凹山采場的邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測主要通過在出現(xiàn)裂縫的邊坡臺階表面布置若干監(jiān)測點，人工巡視并測量邊坡巖體的變化情況[1]。該方式缺點有：①監(jiān)測點少、精度低、人為誤差大，僅可測量邊坡臺階表面的裂縫變化情況，無法監(jiān)測整個監(jiān)測區(qū)域邊坡巖體的運動情況；②測量活動受環(huán)境變化的影響較大，無法實現(xiàn)24h實時監(jiān)測；③測量人員在邊坡臺階進行現(xiàn)場測量，工作量大且存在安全隱患。
2012 年，為合理利用凹山采場資源，提出了殘礦回收方案，需對東幫、南幫局部進行了擴幫作業(yè)。在擴幫過程中，受自身地質(zhì)條件、雨雪和爆破作業(yè)等因素的影響，而邊坡極易發(fā)生滑坡災害。為此，對該礦現(xiàn)有的邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測系統(tǒng)進行了升級，采用MSR邊坡穩(wěn)定性雷達對上述區(qū)域進行監(jiān)測和預警。自 2012年從南非REUTECH雷達系統(tǒng)有限公司引進以來，MSR邊坡穩(wěn)定性雷達已在凹山采場監(jiān)測了5a。該期間內(nèi)除了對MSR邊坡穩(wěn)定性雷達進行必要的保養(yǎng)和日常維外，未出現(xiàn)任何故障， 達到了24h實時監(jiān)測的目的。在長時間的監(jiān)測過程中，MSR邊坡穩(wěn)定性雷達收集了大量的監(jiān)測數(shù)據(jù)并建立了大數(shù)據(jù)庫，為進一步研究凹山鐵礦邊坡穩(wěn)定性規(guī)律提供了豐富的數(shù)據(jù)資源。
對馬鋼集團凹山鐵礦MSR邊坡穩(wěn)定性雷達的原理、技術參數(shù)、系統(tǒng)構(gòu)成進行了詳細分析，并對該系統(tǒng)的應用成果進行了介紹，對于確保該礦安全生產(chǎn)有一定的借鑒價值。
[1]孫厚廣，李世海，馮春，等.露天礦邊坡安全管理SEA模式及其應用研究[J].金屬礦山，2016(3):151-155.
[2]程斌，劉文勝，陳能革.凹山采場邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)[J].現(xiàn)代礦業(yè),2013(10):142-143.
（《現(xiàn)代礦業(yè)》總第566期，2016年6月第6期，收稿日期2016-03-28）
