0 引言

目前关于西藏高海拔地区露天矿山边坡在线监测综合管理的研究主要集中在以下几个方面：监测技术（张凯惠和王鑫，2023）、数据处理分析（张亦海等，2022）、综合数据平台建设（蒋凡，2017；于正兴，2019；王文凯等，2021；盛兆哲等，2024）、安全预警与应急响应（栗继祖和王金云，2009；杨佳和黄玥诚，2019；王丝丝，2024）。近年来各类监测技术发展迅速，适应各类复杂条件的新型设备层出不穷，各种数据处理和分析算法各有优势，各个综合在线监测系统齐头并进，满足了各类复杂矿山的边坡监测需求，促进了边坡安全监测技术的迅猛发展。综合来看，西藏高海拔地区露天矿山边坡在线监测综合管理的研究现状在不断进步，技术手段不断完善，管理体系日益健全，为保障矿山安全运营提供了有力支撑。

但是由于目前市场上各类传感器品类繁多，且各厂家对边坡安全监测设备优势各异，单一厂家无法覆盖所有边坡安全传感器，更无法做到全领域技术领先，因为边坡安全监测设备往往来自多个厂家或品牌，其数据兼容与设备管理方面存在着各类问题，且矿山企业难以直接对设备进行管理和故障处理，排除某一故障往往需要通过多个第三方平台，既增加了数据中转次数，导致了设备故障率升高，又增加了沟通环节，降低了效率，这些缺点在青藏高原的高海拔露天矿山边坡中更为突出。

西藏某矿区平均海拔高度大于 5200 m，属极高山区，地貌类型中等复杂，分布有构造剥蚀极高山地貌、河谷侵蚀堆积地貌及冰川地貌；区内冰缘地貌特征明显，发育不同时期的冰斗、角峰、悬谷、冲沟、侧碛垅、终碛垅以及倒石堆、寒冻石流（碎石流）、坡积堆、坡积裙等。上述条件导致设备故障率偏高，且人员现场巡查维护困难，因此目前急需一套高海拔露天边坡在线监测综合管理办法，并针对性开发高海拔露天边坡在线监测综合管理平台。

1 矿区概况

该露天矿区位于西藏拉萨，矿区所处极高山构造剥蚀地貌区，地形切割较强烈，山脊尖棱，山体斜坡多为直线坡，斜坡表面倒石堆、岩屑流（碎石流）、坡积堆、坡积裙等十分发育。地势总体为东、西高山脊，中间低的冰川槽谷，西南侧为最高点，海拔 5565 m，最低点在矿区外围北东段，海拔 4930 m，相对高差约735 m。

该露天采场采场工程地质岩组按岩性组成及力学特征分类，分 1类土体、5类岩体。区内土体较简单，为第四系松散岩类单层结构土体；在矿区内分 5类岩体，共 6个亚类，具体岩组岩石物理力学性质如表1所示。

矿区岩体结构面整体呈向北倾的单斜陡倾构造，岩层倾角一般为 65°～80°；构造作用强烈，区内发育有以下3类结构面：

（1）原生结构面。包括原生火山碎屑岩层理面或火山熔岩面理、原生软弱夹层、岩浆岩体与围岩的接触面、多次侵入的岩浆岩之间的接触面、岩体（或岩脉）侵入挤压破碎结构面及变质细砂岩中由绢云母、绿泥石等鳞片状矿物平行排列的一些结构面。层面、软弱夹层结构面较为平整。原生软弱夹层，由于其泥质含量高，性质软弱，力学性质相对于上下岩层显著降低，易引起滑动。

（2）次生结构面。该结构面为由于岩体受卸荷、风化、地下水等次生作用所形成的结构面，矿区强风化带厚度一般为 16.71～184.33 m，风化裂隙一般沿已有结构面发育，仅限于表生风化带内。

（3）构造结构面。矿区断裂构造总体可分为韧性剪切变形带和脆性断裂两类。韧性剪切变形带均位于矿区北部；脆性断裂即以近东西向层间滑动断裂（F4、F5 等）为主，近东西向层间断裂为成矿期断裂，断裂面多倾向北东，部分倾向南西，倾角 65°～78°，破碎带宽5～20 m。

由于矿区海拔较高、自然条件复杂恶劣，该矿区的露天边坡在线监测长期运行过程中发现了以下问题：设备易掉线、损坏率较高、设备工作不稳定、监测数据跳变、误报率较高、现场巡查维护困难等。

2 综合管理前期准备

2.1 管理人员理念

露天矿山边坡在线监测的关键在于高效合理的管理体系，因此要提升监测效果，建设高海拔露天边坡在线监测体系，首先管理人员应该坚持安全第一、科学决策、综合管理、预防为主、持续改进的理念，在保证安全的情况下尽可能缩短设备预警和异常情况处理流程，提高人员效率，减少现场巡查工作。

（1）安全第一。管理人员应该将安全置于首要位置，积极采取措施确保边坡管理过程中的安全，包括制定有效的安全标准和程序，并持续监督实施。

（2）科学决策。管理人员应该依靠科学数据和专业知识做出决策，需要了解地质、土力学等相关领域的知识，掌握现场最新情况及工作进展，以便评估边坡稳定性和处理紧急情况，制定适当的管理措施。

（3）综合管理。边坡管理涉及多个方面，包括工程、环境、社会等，因此管理人员应该具备多学科交叉意识，主动学习先进技术及管理理念，能够综合考虑各种因素，并制定综合管理方案。

（4）预防为主。管理人员应该采取预防性措施，提前识别和解决潜在的边坡问题，以减少事故和损失的发生。

（5）持续改进。管理人员应该持续改进边坡管理工作，包括借鉴经验教训、引入新技术和方法等，以提高管理效率和边坡在线监测效果。

2.2 调度及巡检人员职责

高海拔露天边坡在线监测综合管理中，室内调度人员和现场巡查人员应该熟悉并坚守各自的职责，具体包括：

（1）室内调度人员

①监控与调度：负责监控边坡管理平台上的数据和信息，包括边坡稳定性、监测数据、报警信息等，及时发现异常情况。

②应急响应：在发生边坡问题或预警情况时，及时启动应急响应程序，与现场人员和相关部门协调应对措施。

③数据分析与报告：对边坡管理平台的数据进行分析，生成报告并提交给相关部门和管理人员，以支持决策和改进管理措施。

④维护系统：负责边坡管理平台的日常维护和更新，确保系统正常运行并及时更新数据和信息。

（2）现场巡查人员

①定期巡检：负责定期巡视边坡及其周边环境，检查边坡稳定性、排水情况、植被覆盖等情况，发现问题及时报告。

②监测维护：对边坡监测设备进行定期检查和维护，确保监测数据的准确性和可靠性。

③应急处置：在发生边坡问题或紧急情况时，现场巡查人员负责现场处置和采取必要的安全措施，以确保人员和设施的安全。

④记录报告：记录巡检过程中发现的问题、处理情况和建议，并及时向管理人员和室内调度人员汇报，以支持决策和改进措施。

室内调度人员和现场巡查人员应密切合作，共同确保边坡管理平台的正常运行，保障在线监测设备运行率，提高综合监测有效性，保障边坡安全。

2.3 监测设备要求

高海拔露天边坡在线监测需要整合多种监测设备，包括但不限于边坡雷达、GNSS、视频监控、无人机、测量机器人、手动式全站仪、雨量计、气象站、裂缝计、应力计、测斜仪、内部位移计、地下水位计、爆破测振仪等（图1）。对于上述监测设备，要开发综合软件系统，实现所有传感器的无障碍集成，并确立各传感器的相关度，依据相关度对各传感器的数据进行相关性联立分析，避免设备集成、数据独立的现象。

a—边坡雷达；b—裂缝计；c—GNSS；d—卫星InSAR；e—无人机航测；f—爆破测振仪；g—水位计；h—雨量计；i—全站仪

针对高海拔露天边坡的在线监测，上述监测设备需要满足以下要求：

（1）稳定可靠：设备应具备在高海拔环境下稳定可靠工作的能力，能够适应高海拔地区的气候、温度和地形条件。

（2）远程通信：监测设备需要支持远程通信功能，能够实现与监测中心的实时数据传输和远程控制，以便及时监测边坡状态并采取必要的措施。

（3）高精度监测：设备应具备高精度的监测能力，能够实时、精确地监测各种数据。

（4）抗干扰能力：由于高海拔环境下存在较强的电磁、风力、温度变化等干扰因素，监测设备需要具备良好的抗干扰能力，确保监测数据的准确性和可靠性。

（5）低功耗和备用电池设计：考虑到高海拔地区的电力供应可能不稳定，监测设备需要具备低功耗设计，且容纳备用电池，保证设备断电后依旧能正常工作6 h以上，以确保设备运行率不低于90%。

（6）防风防冻：设备应具备防风、防冻功能，能够在恶劣的天气条件下正常工作，保证监测数据的连续性和可靠性。

（7）自动报警：设备应具备自动报警功能，能够在监测到边坡发生异常或预警情况时，及时发出警报并向监测中心发送报警信息，以便采取相应的紧急措施。

（8）耐用性：由于高海拔地区的环境条件较为恶劣，监测设备需要具备较强的耐用性和抗腐蚀能力，能够长期稳定运行并具备较长的使用寿命。

（9）短时数据存储：设备应配备数据存储模块，存储至少 6 h 的监测数据，在断网并修复后能找回历史监测数据并重新上传。

2.4 人机交互方式

高海拔露天边坡在线监测综合管理需要实时的数据反馈和方便的操作管理，便于系统实时向管理人员、室内调度人员、现场巡查人员提供监测数据、预警信息、异常情况、故障信息等，并由管理人员安排任务，室内调度人员和现场巡查人员完成任务并在线反馈。

因此高海拔露天边坡在线监测综合管理平台至少包括服务器、电脑网页端、手机 APP端，并设计简洁方便的人机交互界面，具备多级任务传递、任务完成反馈、设备故障标记于处理记录、现场巡查情况反馈等功能，可以兼容文字、照片、语音、视频等多种形式的信息反馈，便于日常管理工作及现场巡查结果记录。

2.5 监测对象

根据监测对象不同，在线监测综合管理平台需要包含以下 4 个监测对象模块：采场、排土场、尾矿库、其他对象，其他对象包括主要运输通道的两侧自然山体边坡等需要监测的区域。4个监测对象模块下又可分为历史滑坡体、裂缝、断层、软硬岩交界面等多个分支，实现针对性精准监测。

3 综合管理总思路

综合管理总思路分为至少 3 个模块，包括日常监测、预警预报、故障处理，3 个模块各有设计原则和逻辑，具体见图2。

3.1 日常监测

高海拔露天边坡在线监测综合管理的日常监测遵循自动巡检为主、人工巡查为辅的原则。

所有监测设备数据的上传、巡检、过滤都通过系统内集成的综合巡检算法，按固定频次对数据进行巡检，符合预警参数的数据推送至预警模块，符合异常数据模型的数据过滤筛选推送至异常数据库。此外，对于重点标记区域，无人机按照固定频次定时前往标记区域进行航拍，并飞回无人机库进行自动充电和数据上传。

除自动巡检外，室内调度人员应定期查看梳理监测数据和无人机航拍照片，从人防的角度对数据进行查缺补漏，实现双保险。

3.2 预警预报

高海拔露天边坡在线监测综合管理的预警预报遵循预警分级处理的原则，以自动巡检先行、以现场巡查为补。

当设备触发不同等级预警时，应设计不同的处理流程。

（1）蓝色预警。设备触发蓝色预警，系统推送至室内调度人员，室内调度人员结合视频监控对预警信息进行初步分析研判，判断为误报则取消预警，相关信息及数据推送至预警误报数据库进行备案；判断为真实预警或无法判断则将预警信息推送至无人机巡检模块，无人机接收指令和预警位置后自动装载高清摄像头、激光雷达、红外线等设备飞往预警区域进行巡查，巡查完毕自动飞回无人机库充电并上传巡查影像数据，由室内调度人员审核，报送相关领导并通知现场作业人员，制定相应处理方案。

（2）黄色预警。设备触发黄色预警，系统同步推送至室内调度人员和现场作业人员，若室内调度人员判断为误报则通知现场作业人员取消预警并备案；反之则将预警信息推送至无人机巡检模块进行自动巡检，并对巡查影像数据进行审核，报送相关领导并通知现场作业人员，制定相应处理方案。

（3）橙色预警。设备触发橙色预警，系统同步推送至室内调度人员、现场巡查人员和现场作业人员，首先现场作业人员停止作业，远离预警区域，然后无人机自动巡检和现场巡查同步进行，现场巡查人员将巡查情况及影像等数据通过手机 APP 发送至预警反馈模块，并同无人机巡检数据一起报送相关领导并存档，领导分析研判风险后制定相应处置方案并通知现场作业人员，并对预警全过程进行备案。

（4）红色预警。设备触发红色预警，系统通过互联网、内网、警报系统、对讲系统等多种方式同步推送至所有相关人员，现场人员第一时间撤出预警区域，然后由无人机自动巡检，待现场巡查人员抵达后通过手动控制另一架无人机进行巡查，由相关部门开会研讨后根据风险等级制定处理方案，并决定是否取消预警恢复生产，并对预警全过程进行备案。

3.3 故障处理

高海拔露天边坡在线监测综合管理的故障处理遵循线上恢复优先、远程处置为宜、现场修复为辅的原则。

高海拔露天边坡在线监测综合管理根据是否存在实时数据、是否长时间产生异常数据等情况判断设备状态。当系统判断监测设备发生故障时，将自动重启设备相关电力、网络，并监测设备实时情况，若无效果则推送至室内调度人员手动远程处理，若无效果则推送至无人机巡检模块，由无人机自动拍摄设备状态，并反馈至系统，由室内调度人员再次处理，多种手段均无法处理，则将信息推送至设备技术人员对设备进行现场检查维修，排除故障。

4 结论

（1）由于高海拔露天边坡的在线监测存在设备稳定性差、通信供电不稳定、现场巡查困难、长期监测维护难度大等诸多问题，因此应坚持安全第一、科学决策、综合管理、预防为主、持续改进的理念设计高海拔露天边坡在线监测综合管理方案，开发高海拔露天边坡在线监测综合管理平台，综合提升边坡安全监测效果。

（2）高海拔露天边坡在线监测综合管理方案应从管理理念、人员职责、设备要求、人机交互、监测对象等多个方面综合考虑，做足前期准备工作，规划方案建设周期，循序渐进，逐步推行。

（3）高海拔露天边坡在线监测综合管理的日常监测遵循自动巡检为主、人工巡查为辅的原则，预警预报遵循预警分级处理的原则，故障处理遵循线上恢复优先、远程处置为宜、现场修复为辅的原则。

参考文献