張超（礦山邊坡安全風(fēng)險預(yù)警與災(zāi)害防控應(yīng)急管理部重點(diǎn)實驗室副主任）

“假如將一座露天礦山邊坡監(jiān)測數(shù)據(jù)給到你，你能準(zhǔn)確判斷邊坡什么時候會發(fā)生滑坡嗎？”這是礦山邊坡安全風(fēng)險預(yù)警與災(zāi)害防控應(yīng)急管理部重點(diǎn)實驗室（下稱礦山邊坡應(yīng)急管理部重點(diǎn)實驗室）副主任張超在每次講到礦山邊坡監(jiān)測時都會問的問題，而他得到的回答無一例外都是：“不能?！?/p>

這樣的結(jié)果并沒有讓他感到意外。在張超看來，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)過程與破壞啟動條件又不盡相同，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)實驗室正在圍繞礦山邊坡的失穩(wěn)機(jī)理、預(yù)警模型、監(jiān)測預(yù)警設(shè)備等方面展開研究，力爭五至十年內(nèi)在礦山邊坡精準(zhǔn)預(yù)警方面取得突破，為我國礦山邊坡安全風(fēng)險預(yù)警、災(zāi)害防控與應(yīng)急搶險提供理論與技術(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，由中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所、中國安全生產(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)實驗室在武漢掛牌成立，由中國工程院院士楊春和擔(dān)任實驗室學(xué)術(shù)帶頭人。正如實驗室名字那樣，礦山邊坡應(yīng)急管理部重點(diǎn)實驗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GNSS技術(shù)、無人機(jī)傾斜攝影測量技術(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)測技術(shù)、邊坡牛頓力監(jiān)測技術(shù)、測斜儀、滲壓計、雨量計等豐富多樣的礦山邊坡監(jiān)測手段，礦山邊坡實現(xiàn)了全天候、自動化的在線監(jiān)測，滿足了礦山邊坡的監(jiān)測需求?！爱吘惯吰略诎l(fā)生失穩(wěn)前，肯定會有前兆，這些前兆信息通過各種礦山邊坡監(jiān)測手段能夠捕捉到，”張超說，“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，目前通過監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)合經(jīng)驗閾值進(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?！耙驗榈V山邊坡監(jiān)測手段捕捉到邊坡變化后，這個變化可能會產(chǎn)生滑坡，也有可能不產(chǎn)生滑坡。這時預(yù)警閾值如果設(shè)置高了，就會出現(xiàn)漏報。如果設(shè)置過低，就會出現(xiàn)誤報?！?/p>

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)實驗室身上。如何破局？礦山邊坡應(yīng)急管理部重點(diǎn)實驗室有自己的想法：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)測預(yù)警設(shè)備，及時發(fā)布邊坡監(jiān)測預(yù)警信息?！斑@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，礦山邊坡就很難實現(xiàn)精準(zhǔn)預(yù)警。”張超說。

初顯成效，礦山邊坡精準(zhǔn)預(yù)警有突破

通過結(jié)合中國科學(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展的為期二十余年的邊坡監(jiān)測預(yù)警研究成果，礦山邊坡應(yīng)急管理部重點(diǎn)實驗室在研究失穩(wěn)機(jī)理、構(gòu)建預(yù)警模型、研發(fā)監(jiān)測預(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)實驗室一方面初步揭示了露天礦、尾礦庫、排土場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，動態(tài)分析了邊坡不同階段的成因機(jī)制。“根據(jù)動態(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)實驗室通過現(xiàn)場實時監(jiān)測和數(shù)值計算相結(jié)合，建立了露天礦、尾礦庫、排土場等不同類型礦山邊坡災(zāi)變預(yù)測預(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)測預(yù)警設(shè)備方面，礦山邊坡應(yīng)急管理部重點(diǎn)實驗室共建單位中國安全生產(chǎn)科學(xué)研究院研發(fā)了一系列性能達(dá)到國際領(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)測開挖過程的多種變形數(shù)據(jù)，并根據(jù)預(yù)警的判別準(zhǔn)則，及時發(fā)布邊坡預(yù)警信息。

▲礦山邊坡應(yīng)急管理部重點(diǎn)實驗室共建單位中國安全生產(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，礦山邊坡應(yīng)急管理部重點(diǎn)實驗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，往往會出現(xiàn)完全不同的邊坡變形破壞模式，對應(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)測布置區(qū)域以及合理的測點(diǎn)數(shù)量，進(jìn)而無法準(zhǔn)確地進(jìn)行全方位露天礦山邊坡監(jiān)測預(yù)警。”張超說。對此，礦山邊坡應(yīng)急管理部重點(diǎn)實驗室將結(jié)合長周期的監(jiān)測預(yù)警科研項目，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)破壞全過程演化規(guī)律，確定重點(diǎn)監(jiān)測區(qū)域與監(jiān)測方法，設(shè)立合理的預(yù)警閾值，以實現(xiàn)礦山邊坡精準(zhǔn)預(yù)警。

多方著手，力爭用規(guī)范指導(dǎo)邊坡監(jiān)測預(yù)警

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

一個目標(biāo)，是指礦山邊坡應(yīng)急管理部重點(diǎn)實驗室圍繞產(chǎn)學(xué)研模式、設(shè)備與技術(shù)的研發(fā)、不同階段監(jiān)測手段優(yōu)選、邊坡的預(yù)警閾值選擇、邊坡監(jiān)測預(yù)警方法等方面展開研究，力爭在礦山邊坡監(jiān)測預(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)全國范圍內(nèi)露天礦邊坡的監(jiān)測預(yù)警工作。

五個內(nèi)容

1探索科研單位全生命周期參與礦山邊坡監(jiān)測預(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)測預(yù)警信息發(fā)布與企業(yè)生產(chǎn)聯(lián)動管理等。

2完善邊坡雷達(dá)、多功能鉆孔測斜、裂縫監(jiān)測與封堵等實驗室專利監(jiān)測技術(shù)與設(shè)備的研發(fā)，在地質(zhì)構(gòu)造和早期變形裂縫識別方面進(jìn)一步完善無人機(jī)照相測量、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)測數(shù)據(jù)在邊坡監(jiān)測預(yù)警中的相互驗證、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)測預(yù)警方法建議等。

開好局、起好步的礦山邊坡應(yīng)急管理部重點(diǎn)實驗室期望未來能夠在礦山邊坡監(jiān)測預(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?！睆埑詈笳f道。

審核編輯 黃宇