0 引言

露天矿在开采过程中易形成高达几十米甚至上百米的高陡边坡（李红毅等，2023），形成大量的台阶，将导致现场作业更加困难，极易造成人员伤亡和重大经济损失（张飞等，2021）。随着露天开采活动的发展，许多学者开始关注露天矿边坡的安全问题。

2023 年内蒙古阿拉善盟左旗新井煤业露天矿床矿难（肖方，2023），2017年四川茂县“6.24”新磨村滑坡（许强等，2017）、贵州州纳雍“8·28”山体滑坡（郑光等，2018）、2020 年丹巴县梅龙沟—阿娘寨滑坡灾害链（张海泉等，2021）引起了重大财产损失。各种监测手段得到了广泛的应用，包括边坡雷达监测、GNSS 监测、位移计监测，露天矿边坡的监测继续向智能化、高精度和自动化监测的发展（王立文，2020；王立文等，2021；韩流等，2023；任学锋等，2023；齐迹，2024）。边坡雷达在边坡滑坡监测中得到了广泛的应用（张劲松等，2021；丁辉，2022； 徐伟等，2024），能够反映出边坡表层变形的趋势，预测未来变形趋势，及时发出预警警报，重点关注异常区域的变形量、变形速度和变形加速度，为边坡预警提供技术支撑（蒋宝林等，2023；张凯惠和王鑫，2023）。张亦海等（2023）使用边坡雷达，研究了降雨对土质边坡裂隙发育、扩展、连接贯通直至失稳破坏的全过程，研究结果可为各类边坡监测设备预警阈值提供有效参考。

目前，中国安全科学研究院研发的边坡雷达已经达到国际领先水平（邓日键等，2023），在国内外许多矿山已经进行了边坡监测，获取诸多数据，为露天矿边滑坡预警监测提供数据支持和技术支撑。论文利用部署在紫金山金铜矿采场西北帮748平台汽修厂附近的边坡雷达对东帮边坡进行监测，并设置预警分区，重点关注东北帮 820~868 垮塌区域的变形破坏，实现对局部区域的准确及时预警。

1 采场概况

1.1 采场介绍

紫金山金铜矿位于福建省上杭县境内，是中国新探明的特大型有色金属矿床基地之一，其上部金矿是氧化带中次生富集的大规模低品位矿床，储量为特大型，下部铜矿储量为大型矿床。设计在+148 m标高以上采用露天开采，汽车运输开拓方式，设计全矿采矿能力为 13.36×10⁴ t/d（4410×10⁴ t/a）；截止到目前，该矿山的上部金矿基本已采完，尚未开采的金矿储量已不多，后期服务主要以铜矿为主，预计服务铜矿年限约为30 a。

矿山于1993年组织金矿工业化试验和开采，经过多期技术改造扩建，生产规模迅速扩大。根据矿方提供资料（设计终了境界图），设计紫金山金铜矿露天采场上口面积约 1450×1500 m²，下口（采坑底） 面积约 80×90 m²，终了边坡北帮东侧最高标高为 +1012 m，采场底标高+148 m，最大高差达 864 m，属于高陡边坡。

1.2 东帮治理情况

紫金山金铜矿露天采场东帮，坡顶最大标高 +988 m，坡底最低标高+436 m，生产单体台阶高 12 m，台阶并段高 24 m，台阶坡面角 65°~75°。近期东北帮标高+820~+868 m区段边坡岩体受自身反倾结构面控制，在降雨、地下水等多重因素影响下，局部产生滑塌破坏。滑塌区岩性以强地开石化英安玢岩为主，受地质构造影响，岩体较破碎（李景，2010； 邱胜光和陈鹏辉，2017；林新仁，2023）。滑塌段 +854~+820 m 残留堆积坡体角度约 43°，+854~+868 m垂直陡倾，其上边坡受其牵引在岩体压力作用下，将面临二次滑塌风险。

为控制边坡滑坡发展，保证下部生产作业安全，露天采场东北帮+820~+868 m 边坡实施了治理施工，治理方案主要分为4个步骤：

（1）挂网喷射 C25 砼。挂网锚杆采用 φ18、 HRB400 螺纹钢筋制作，端头向上弯折 10 cm，锚孔孔径≥50mm。无框架梁覆盖区域锚杆长 2 m，间距 1.5 m×1.5 m；有框架梁覆盖区域锚杆长 1 m，间距 1.5 m×1.5 m。喷射混凝土面层埋设 φ100PVC泄水管，间距3 m×3 m交错布置，外倾坡度5%。

（2）全长黏结锚杆。杆体采用 2 根 φ28、 HRB400 钢筋制作，设 φ6.5 对中支架，间距 2 m；钻孔孔径不小于 110 mm，间距根据 C30 框架梁设置，间距4 m。锚杆长度根据边坡岩层情况及构造面分布布置。

（3）8× φ15.24 预应力锚索。锚索采用 1860 MPa、8×φ15.24 高强度低松弛钢绞线制作，锚固段长度10 m，自由段需穿过构造面或潜在滑动面+1.5 m；钻孔直径 150 mm，倾角 15°；预应力锚索张拉段钢绞线外穿 φ22×1.5 聚乙烯管进行无黏结处理，末端采用防水胶布密封；锚固段每隔 2 m 设置对中支架，两支架之间采用12#铅丝绑扎束紧，张拉段每隔 2 m设对中支架；设计张拉锁定荷载800 kN，锚头需进行防腐蚀处理。

（4）C30框架梁。采用 C30混凝土现场浇筑，梁截面规格 0.5 m×0.5 m，竖向间距 4 m，加密区水平间距 3 m，其他区域 4 m；混凝土需进行抗硫酸盐腐蚀处理（图1）。

1.3 东帮监测点位部署

采场西北帮 748平台汽修厂附近部署 1台边坡雷达，正对东帮边坡，监测范围全面覆盖东帮整个边坡；东北帮 820平台部署 1台 GNSS表面位移监测站，可监测周边边坡局部表面位移及沉降情况；东北帮 892 平台部署 1 台内部位移计监测站，监测深度为100 m，范围在792~892边坡内部。

2 局部垮塌分析

2.1 局部垮塌情况

2023 年 6 月 10 日，紫金山金铜矿采场东北帮 820~868边坡出现局部垮塌，存在表面滚石脱落、内部岩体碎屑持续滑落情况，甚至有落石掉至 772 平台砸中宣传字体。该区域边坡于去年年底出现过小范围垮塌，面积在 20~30 m²。现场具体垮塌情况见视频监控所示（图2）。

2.2 监测数据分析

2.2.1 降雨量

上杭县位于武夷山南麓和博平岭山脉之间，四季分明，雨量充沛，属于亚热带海洋性季风气候（王勇等，2023），上杭县的降雨量较大，时间集中在每年5—9月。2023年6月9日上杭县气象台将暴雨黄色预警升级为暴雨红色预警，最大累积降雨量可达 130~150 mm。 5—6 月预计雨季降水量 560~680 mm，较常年偏多10%~20%，7—9月预计夏季降水量 320~420 mm，较常年偏少 10%~20%。较大的降雨量易诱发滑坡、崩塌等地质灾害。需要密切关注紫金山金铜矿曾经出现局部垮塌的采场东北帮 820~868边坡。

2.2.2 表面位移

（1） 边坡雷达

导出垮塌区域的位移变形和变形速度曲线图 （图3）。垮塌区域的位移主要为沉降方向位移，在近 3 d 内，位移变形存在明显加速变形趋势，截至 6 月 10日中午 12：00，该区域内累计位移量达 173.17 mm，其变形速度在-11.29~+3. 04 mm/h之间呈现波动性变化，幅度较大。在近 24 h 内，位移变形趋势加快，由 95.23 mm 增至 173.17 mm，位移变化量为 77.94 mm，最大变形速度为11.29 mm/h。

雷达设定的预警参数（表1）。根据矿方地测人员使用全站仪测量垮塌区域，其长度在 20~38 m 之间，高度在10~15 m范围内，厚度为2~3 m。

（2） GNSS监测点

在垮塌区域附近，东北帮 820 平台部署有一台 GNSS，导出近 3 d 的位移变形数据（图4）。6 月 7 日 —8 日期间，区域内的位移变形数值基本稳定在-22.20~+24.54 mm；而在9日晚上21：30，位移数值出现突然性增加，此时位移量为42.45 mm。位移的突然增加与现场降雨有关：这是因为雨水的持续冲刷对原本有过垮塌的边坡影响较大，雨水沿着裂隙渗入岩体内部，逐步软化岩体，导致受影响区域扩大，在雨水侵蚀作用下脱落的岩体不断累积，进而发生垮塌。

2.2.3 内部位移

采场东北帮 892 平台部署有一台内部位移计，监测深度在100 m，发生垮塌的东北帮820~868区域内部岩体均在设备监测附近，导出近一周的位移变形数据（图5）。

由内部位移计数据显示，近一周内边坡岩体内部的位移基本在-0. 05~+0.12 mm 范围内，整体位移量小。而有2个单节传感器的位移曲线数据较为明显，时间发生于6月8日01：11：39，位置在东北帮 822~842 边坡内部之间，基本在垮塌位置的内部岩体附近。内部岩体的最大位移量仅为 0.12 mm，说明东北帮 820~868 内部岩体较稳定；而 8 日出现的相对较大的位移变化，说明在当天边坡表层岩体确实有一定的扰动，对内部岩体产生了一定的影响。综合来看，东北帮820~868整体边坡内部岩体稳定，未有滑坡迹象。

2.2.4 综合数据分析

近期降雨频繁是东北帮820~868局部边坡出现垮塌的诱因，而边坡岩体本身的岩性特征是内因。垮塌区域此前出现过小范围脆性破坏垮塌，裂隙较发育；雨水侵入岩体内部，进一步软化、扩大裂隙，逐渐形成裂缝；而裂缝慢慢扩大，甚至相互贯通，在重力及雨水冲刷的双重作用下突破临界约束而表现出突然性的垮塌。这一变化过程，雷达确有监测到位移加速变形的过程和趋势。

对于雷达未有提前预警，是因为：东北帮 820~868 局部区域边坡达到临界垮塌值，局部瞬时垮塌脱落与爆破作业作用相似，即崩塌性局部垮塌存在瞬时性、及时性，而不像蠕变变形具有滞后性和长期性。非突然性的崩塌或大范围的蠕动变化造成的垮塌是可以监测到的，而此次垮塌区域的变形破坏呈脆性突然性垮塌，二者之间存在本质区别。

3 预警分区设置

3.1 参数设置

为更好关注采场东北帮820~868垮塌区域的变形破坏，可进行预警分区设置，圈定预警区域，将圈定范围雷达预警阈值减小，提高预警敏感度。此区域预警参数设置（表2）：

3.2 预警情况

设置预警分区后，分析采场东北帮 820~868 垮塌区域的变形曲线、速度曲线、加速度曲线。根据 （图6）可得出以下结论：7 月 10 日后垮塌区的变形值接近峰值，约为150 mm，7月10日以后，变形值趋于稳定，基本在150 mm上下波动；速度曲线于7月7 日达到峰值 41 mm/d，在 7月 10日后趋于零，在零值附近进行较为轻微的波动；加速度曲线于 7月 12日之后趋于零，之后在零值附近进行较为轻微的波动。设置预警分区，将垮塌区域单独设置较小的预警参数能进行更敏感的预警，当圈定区域达到设置的预警值后可判识出此区域的动态，及时做出预警，表明设置预警分区在大范围监测滑坡中可对其圈定区域进行更敏感预警。

4 结论

本文通过对福建省上杭县境内的大型有色矿床紫金山金铜矿东帮边坡进行综合监测，从表面位移和内部位移等多方面监测数据分析，多参数验证，表明综合监测手段预警在露天矿边坡分析中的实用性，得出以下结论：

（1）降雨对高陡边坡稳定性有重要的影响，雨水持续冲刷，沿裂隙进入岩体，逐步软化岩体，岩体脱落量不断累积，进而发生垮塌，此时可密切关注GNSS 监测点和位移计的数据，监测岩体可能出现的突然崩塌。

（2）边坡雷达在降雨条件下仍能进行持续观测，将变形曲线、速度曲线和加速度曲线等监测数据显示出来，进行可视化监测，但仍需在监测露天高陡边坡整体情况的同时，考虑局部区域情况。

（3）进行预警分区设置，对于曾经出现局部垮塌的区域进行圈定，设置预警阈值，及时预警，显示监测数据波动变化的趋势，为类似高陡露天边坡监测提供参考。

致谢 感谢所有为本文提供参考资料的学者，感谢编辑和审稿人的专业意见，使本篇论文更完善。

参考文献