張超（礦山邊坡安全風險預警與災害防控應急管理部重點實驗室副主任）

“假如將一座露天礦山邊坡監測數據給到你，你能準確判斷邊坡什么時候會發生滑坡嗎？”這是礦山邊坡安全風險預警與災害防控應急管理部重點實驗室（下稱礦山邊坡應急管理部重點實驗室）副主任張超在每次講到礦山邊坡監測時都會問的問題，而他得到的回答無一例外都是：“不能。”

這樣的結果并沒有讓他感到意外。在張超看來，由于礦山邊坡地質條件復雜，且邊坡類型較多，不同類型邊坡失穩過程與破壞啟動條件又不盡相同，礦山邊坡精準預警成為當下一大難題。為了破局，張超所在的礦山邊坡應急管理部重點實驗室正在圍繞礦山邊坡的失穩機理、預警模型、監測預警設備等方面展開研究，力爭五至十年內在礦山邊坡精準預警方面取得突破，為我國礦山邊坡安全風險預警、災害防控與應急搶險提供理論與技術支撐。

掛牌成立，聚焦礦山邊坡精準預警攻關

去年5月17日，由中國科學院武漢巖土力學研究所、中國安全生產科學研究院共同建設的礦山邊坡應急管理部重點實驗室在武漢掛牌成立，由中國工程院院士楊春和擔任實驗室學術帶頭人。正如實驗室名字那樣，礦山邊坡應急管理部重點實驗室的主要研究重心放在礦山邊坡預警技術攻關上，旨在解決礦山邊坡精準預警的難題。
當前，通過GNSS技術、無人機傾斜攝影測量技術、地面三維激光掃描技術、InSAR技術、邊坡雷達、分布式光纖傳感監測技術、邊坡牛頓力監測技術、測斜儀、滲壓計、雨量計等豐富多樣的礦山邊坡監測手段，礦山邊坡實現了全天候、自動化的在線監測，滿足了礦山邊坡的監測需求。“畢竟邊坡在發生失穩前，肯定會有前兆，這些前兆信息通過各種礦山邊坡監測手段能夠捕捉到，”張超說，“但預警效果距離礦山安全生產需求還有一定的差距。”

他指出，目前通過監測數據結合經驗閾值進行礦山邊坡預警的做法，難以做到礦山邊坡精準預警。“因為礦山邊坡監測手段捕捉到邊坡變化后，這個變化可能會產生滑坡，也有可能不產生滑坡。這時預警閾值如果設置高了，就會出現漏報。如果設置過低，就會出現誤報。”

為了保障礦山安全生產，攻克礦山邊坡精準預警難題勢在必行，而這一重任落在了礦山邊坡應急管理部重點實驗室身上。如何破局？礦山邊坡應急管理部重點實驗室有自己的想法：第一步研究失穩機理，分析邊坡不同階段的成因機制；第二步構建預警模型，設立合理的預警閾值；第三步研發監測預警設備，及時發布邊坡監測預警信息。“這三步是攻克礦山邊坡精準預警難題的關鍵，只要有一步沒做好，礦山邊坡就很難實現精準預警。”張超說。

初顯成效，礦山邊坡精準預警有突破

通過結合中國科學院武漢巖土力學研究所在大冶鐵礦、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測預警研究成果，礦山邊坡應急管理部重點實驗室在研究失穩機理、構建預警模型、研發監測預警設備等方面取得了初步成效。
在研究失穩機理方面，礦山邊坡應急管理部重點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機理、破壞模式與發展規律，另一方面根據礦山邊坡不同的地質結構、坡度、高度、區域降雨量等情況，動態分析了邊坡不同階段的成因機制。“根據動態成因機制，給出邊坡不同發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、構造等因素的控制，變形破壞的模式和深度有所不同，邊坡預警閾值范圍往往差異較大，空間上需要根據實際情況進行分區域設置和調整。”張超補充道。

在構建預警模型方面，礦山邊坡應急管理部重點實驗室通過現場實時監測和數值計算相結合，建立了露天礦、尾礦庫、排土場等不同類型礦山邊坡災變預測預警模型，初步得出了合理的礦山邊坡預警閾值。

在研發監測預警設備方面，礦山邊坡應急管理部重點實驗室共建單位中國安全生產科學研究院研發了一系列性能達到國際領先水平的礦山邊坡合成孔徑雷達，該設備能連續監測開挖過程的多種變形數據，并根據預警的判別準則，及時發布邊坡預警信息。

▲礦山邊坡應急管理部重點實驗室共建單位中國安全生產科學研究院研發的礦山邊坡合成孔徑雷達

在取得初步成效的同時，礦山邊坡應急管理部重點實驗室正面臨著兩大挑戰。“一是露天礦邊坡受地層巖性和構造的影響，往往會出現完全不同的邊坡變形破壞模式，對應的預警模式和閾值也區別較大，這給邊坡預警帶來很大的挑戰；二是大型露天礦山往往范圍較大，難以確定合理的監測布置區域以及合理的測點數量，進而無法準確地進行全方位露天礦山邊坡監測預警。”張超說。對此，礦山邊坡應急管理部重點實驗室將結合長周期的監測預警科研項目，深入研究不同類型礦山邊坡變形與穩定性之間的關系，揭示邊坡失穩破壞全過程演化規律，確定重點監測區域與監測方法，設立合理的預警閾值，以實現礦山邊坡精準預警。

多方著手，力爭用規范指導邊坡監測預警

在談到礦山邊坡應急管理部重點實驗室下一步規劃時，張超表示，礦山邊坡應急管理部重點實驗室制定了“一個目標，五個內容”的發展規劃。

一個目標，是指礦山邊坡應急管理部重點實驗室圍繞產學研模式、設備與技術的研發、不同階段監測手段優選、邊坡的預警閾值選擇、邊坡監測預警方法等方面展開研究，力爭在礦山邊坡監測預警方面形成相關的行業標準或規范，從而有效地指導全國范圍內露天礦邊坡的監測預警工作。

五個內容

1探索科研單位全生命周期參與礦山邊坡監測預警的產學研模式、科研探索與生產預警互相促進機制、邊坡監測預警信息發布與企業生產聯動管理等。

2完善邊坡雷達、多功能鉆孔測斜、裂縫監測與封堵等實驗室專利監測技術與設備的研發，在地質構造和早期變形裂縫識別方面進一步完善無人機照相測量、激光掃描等相關技術的應用。

3研究不同巖性和構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測手段。

4研究降雨條件下高陡礦山邊坡的變形破壞機制的動態變化規律，初步給出不同巖性構造地質背景下高陡礦山邊坡變形發展不同階段的的預警閾值范圍。

5研究不同種類的監測數據在邊坡監測預警中的相互驗證、補充作用，結合地形、巖性與構造背景，給出不同主控因素和多因素監測預警方法建議等。

開好局、起好步的礦山邊坡應急管理部重點實驗室期望未來能夠在礦山邊坡監測預警工作上譜新篇。“尤其是讓礦山邊坡預警可以離精準目標更進一步。”張超最后說道。

審核編輯 黃宇