0 引言

玉溪大红山矿业有限公司大红山铁矿地处云南省新平县戛洒、老厂、新化 3 个乡镇的交界处，是一座特大型的露天地下联合开采矿山（徐士申， 2016；张玮等，2023）。而根据张玮等（2024）通过对大红山铁矿露天-地下联合开采岩移发展规律研究可知，主采区下部矿体开采方法为崩落法，而该方法易造成覆岩冒落，若岩体冒落发育地表，则会造成地表由冒落中心向外，甚至发生开裂，从而使露天采场边坡的稳定性受到严重威胁。且根据中国科学院武汉岩土力学研究所在 2023年 11月所编制的《玉溪大红山矿业有限公司2023年露天采场及哈姆伯祖上废石场边坡稳定性分析报告》可知，露天采场底部标高约805 m，顶部标高约1120 m，采场设计边坡参数最终边坡边坡角均大于 46°，根据《金属非金属露天矿山高陡边坡安全监测技术规范》（AQ/ T2063-2018），露天采场为高陡边坡。而在露天矿山开采后形成的高陡边坡或大型采场，极易诱发崩塌、泥石流等地质灾害（万婧等，2023），严重威胁到矿区附近村民和矿区工作人员的人身安全。为保证能在露天采场进行安全平稳的开采，对采场露天边坡稳定性的预测分析尤为重要（李晨洋，2022；张浩，2022）。

传统的滑坡监测方法如水准测量和全球导航卫星系统测量技术（GNSS）等，虽然能够提供精度较为可靠的点位形变观测，但其受空间采样率低、监测范围小、成本高等限制，难以满足对范围大、分布广的地质灾害隐患区域进行全面监测和精准识别的需求（Bar and Dixon，2021；张香凝 .2021；钟彬等，2022；姜旭桐等；2023；熊赞民等，2023；王晓雨等，2023；尹永明等，2023）。并且边坡形变灾害通常发生在恶劣气候环境下，其发生、发展过程复杂使得边坡形变监测需满足高精度测量能力、抗干扰能力强、安全有效等要求。因此，随着科技的不断进步，基于直线合成孔径技术和差分干涉技术的地基真实孔径雷达逐渐崭露头角。地基真实孔径雷达具备三维空间描述能力、大范围空间连续覆盖、非接触式实时监测等技术优势，通过将雷达三维图像与边坡地表基础地形信息相结合，可实现雷达高精度时序形变信息与边坡监测空间场景相对应，准确判别滑坡隐患点位置，是露天矿山、水库坝体、山体滑坡等场景下高陡边坡地表形变安全监测的重要手段（Monserrat et al.，2014；韦忠跟，2017；祁广禄等，2020；李邹军，2021；张亦海等，2022）。如张亦海等（2023）在对降雨条件下含水土质边坡滑坡监测预警进行研究时表明边坡雷达能精准定位土质边坡表层活跃大变形区域，全面实时掌握监测区域的变形特征，从而判断活跃区域的演化阶段。林永春等（2023）通过合成孔径边坡雷达准确识别定位马沟采场西坡变形活跃区域位置及范围，并获得目标边坡活跃区域累积变形量－时间曲线、变形速度-时间曲线和变形加速度-时间曲线，监测数据结果表明：活跃区域变形规律与现场边坡实际情况具有高度一致性。徐瑞聪等（2022）通过对应用案例中边坡雷达监测数据的分析以及预警情况与实际情况进行对比，显示边坡雷达对直接作业活动引起的变形有明显的反应，并对非直接作业活动引起的变形起到良好预警作用。

以上众多工程应用结果可充分验证，边坡雷达监测技术在评估露天采场高陡边坡的稳定性、识别潜在的安全隐患以及进行综合整治等方面，均能提供有力的数据支撑和参考依据。本文将主要针对边坡雷达在大红山铁矿露天采场—哈姆伯祖废石场边坡的应用进行分析。

1 工程概况

1.1 矿山基本情况

（1）交通概况：矿区交通便利，由昆明—玉溪— 新平县城为高速公路和一级公路，交通距离 199 km；由新平县城—戛洒镇为三级公路，交通距离 71 km；由戛洒镇—矿区为柏油公路，交通距离 9 km（图1）。

（2）地形地貌概况：大红山铁矿露天采场与哈姆伯祖上废石场所在区域，海拔一般为 600～1850 m，属构造剥蚀的高中山地貌类型，山坡地形，地势东高西低，坡度为25°～46°，冲沟发育。

（3）抗震设防烈度：据《中国地震动参数区划图》（GB 18306-2015）划分，评估区地震基本烈度为 VII 度，地震动反应谱特征周期为 0.45 s；地震动峰值加速度为 0.15 g。按《建筑抗震设计规范》 （GB 50011-2001）有关条款规定对场地地基土及场地类别进行判定。废石场场地的地基土属中软场地土，建筑场地类别为Ⅱ类，场地抗震设防烈度为7度第一组。设计基本地震加速度值为0.15 g。

（4）矿区气象特征：矿区一带属亚热带气候。旱、雨两季分明，年降雨量 700~1200 mm，平均 930.8 mm，降雨 60％以上集中在 6—9月，主要以阵雨（如暴雨、大雨）形式降落；区内最低气温 1℃左右，最高可达45℃，平均23.5℃；3—5月为风季。由于区内地势高差大，气候垂直分带特征明显，河谷夏秋炎热，冬春温和，山岭夏秋凉爽，冬春可见薄霜。

1.2 矿山地质情况

（1）露天采场内揭露主要岩层由新到老分别为：第四系、古元古界大红山群红山组第二段、红山组第一段以及辉绿辉长岩等，根据矿区岩石成因类型、岩性岩相变化及其物理力学差异程度将其划分为松散软弱工程地质岩组、层状结构坚硬工程地质岩组以及块状结构坚硬工程地质岩组。

（2）露天采场工程地质条件属中等（偏简单）类型，矿区水文地质条件属以裂隙含水层充水为主的简单类型。哈姆伯祖上废石场所在场地内工程地质条件良好，构造简单，自然边坡稳定，属稳定场地。

（3）采场的主要岩石为石榴绿泥角闪片岩、变钠质凝灰岩、变钠质熔岩以及辉绿辉长岩，以块状和碎裂结构为主，局部为散体结构。

2 边坡监测预警机制

国内外大量的滑坡地质灾害资料表明，位移变形是边坡发生失稳破坏前最明显、最直观、最容易捕捉的外在表现（王立文等，2020；王立文，2023）。而S-SAR M矿山监测边坡雷达基于差分干涉技术，表面变形监测精度可达亚毫米级，能够准确捕捉边坡岩体位移变化信息，并分析、判断发生滑坡地质灾害的概率，以达到提前预警的目的。并可通过图像监控实现远程监测与控制，将矿山整体运行状态及时反馈，借助图像监控手段对矿山系统进行全面实时监控。

2.1 合成孔径轨道式雷达技术参数

大红山铁矿所用的雷达型号为 S-SAR M，具有监测距离远、监测精度高、图像分辨率高、数据质量可靠等特点，适用于露天矿山边坡、库岸坝体和自然边坡大范围的表面变形监测，能够有效预警各类滑坡灾害，保障矿山企业人员、设备的安全，其具体参数如表1所示。

2.2 系统功能模块及实现

系统用户可通过浏览器实时监测矿山各种重要场景的安全隐患，并具有查询矿山监测点、线、区域变形数据等功能。

主要功能可分为以下几部分：

（1）雷达监控页面：该模块为监测前端，主要包括查询公司信息、项目信息、雷达参数、视频监控以及气象信息，如图2所示。

（2）雷达监测云图：根据监测云图可清晰看出坡面位移总体情况，位移变形分为正变形和负变形，变形值上限值为正向变形最大值，即监测点靠近边坡雷达的最大变形值，边坡变形主要表现为坡面散土的滑落等，在监测数据云图上显示为橘红色；变形值下限值为负向变形最大值，即监测点远离边坡雷达的最大变形值，边坡变形主要表现为沉降变形等，在监测数据云图上显示为深蓝色。

（3）数据信息查询：可按照时天月对重点监测区域的时间-位移曲线、时间-速度曲线、时间-加速度曲线进行查询，从监测曲线可看出不同区域位移变形趋势。

2.3 监测预警方法研究

国内外大量研究和实验表明，边坡坡体发生滑坡变形一般要经历3个阶段：初始变形、等速变形及加速变形（秦宏楠等，2020；林永春等，2023）。边坡雷达预警原理就是在把握该变形规律的基础上，提出基于临界点云变形速度与不可接受临滑面积的3 参数空间预警方法（变形速度-变形面积-持续时间），将系统预警分为 4 个等级，按严重程度从高到低划分为：红色预警、橙色预警、黄色预警、蓝色预警。根据露天矿地质条件和气候条件，动态设置监测预警阈值。当边坡变形 3 参数达到预警阈值时，雷达系统发出预警提示，提醒防范滑坡灾害发生的风险，及时采取应对措施。基于长期海量监测数据及现场观察经验，露天采场-哈姆伯祖废石场边坡雷达监测系统预警阈值设置如表2所示。

3 监测雷达在露天采场-哈姆伯祖废石场边坡的监测数据分析

2024 年 2 月，雷达对露天边坡—哈姆伯祖废石场边坡表面位移进行了全天时、全天候监测，保证了矿山安全生产；在线监测系统运行良好，运行率达到 93.97%，满足矿安〔2023〕119号文中设备年度在线率不低于90%要求。2月矿山边坡安全智能在线监测预警平台展示的监测边坡累计变形云图如图3、像素点累积变形数据统计如图4所示。

监测范围内的像素点数量为 79.57 万个，面积为 49.23 万 m²，边坡雷达监测区域视向累计变形上限值 153.9 mm，变形下限值为-151.7 mm。其中： 0. 04%的像素点累计变形量为93～154 mm，3.16% 的像素点累计变形量为32～93 mm，92.47%的像素点累计变形量为-29～32 mm，4.28%的像素点累计变形量为-90～-29 mm，0. 05% 的像素点累计变形量为-151～-90 mm。

重点监测区域变形分析如下：

根据变形云图，使用数据筛选功能对边坡变形较大区域进行筛选，将变形量较大的区域作为重点监测区域，分别为监测区域1～6，区域位置如图3所示，变形曲线如图5所示。

区域1变形曲线如图5a所示：区域1在2月变形曲线呈缓慢上升-稳定趋势，最大点位累积变形量为33.8 mm，其在2月1日—18日的变形相对较为活跃，活跃期累积变形量从 0 mm 增加至 30.9 mm，期间变形速度最大达到 4.3 mm/d。该区域位于作业区左侧、堆场下方的沟壑中（雷达视线方向，下同），主要由采场排出的碎屑堆积物组成，厚度相对较大，碎石、块石含量高，岩体稳定性较差，在爆破施工、降雨冲刷、入渗等外界因素影响下，堆积层易发生滑动变形。其余时间段的变形曲线基本平稳，变形量无明显波动，变形速度保持在 4.6 mm/d 以内，只在2月26日至27日短暂增加至9.1 mm/d，而后又迅速恢复至常态水平范围内。从变形趋势曲线来看，此区域暂无加速变形趋势。该区域像素点最大变形量绝对值为 33.8 mm，平均变形速度 2 mm/d不到，且位于生产活动区域边缘处，对采场及堆场稳定性影响较小。根据已知条件分析坡表松散堆积体的变形是诱发此次变形的主要原因。

区域 2 变形曲线如图5b 所示：区域 2 位于采场左上方，邻近哈姆伯祖上废石堆场，从区域 2在 2月的变形曲线可以看出，该区域总体变形呈平缓-陡升趋势，同时也有少部分像素点在 2 月这段时间内累积变形为负值，这可能和像素点与雷达的相对位置有关。从变形曲线可以看出，在 2 月 1 日—25 日期间变形量无明显增加，25日后变形曲线持续上升变化。目前点位最大累积变形量达到 41.1 mm，25 日—29日期间速度曲线波动明显，最大变形速度为 15.4 mm/d。从变形趋势曲线来看，此区域暂无加速变形趋势。该区域坡面多为破碎的岩石坡面，且已完成复绿工作，是导致此区域变形相对较大的原因。

区域 3 变形曲线如图5c 所示：区域 3 位于采场右上方，2月变形曲线总体呈稳定-上升-稳定-下降的趋势，在15日—18日、24日—29日两个时间段内变形相对较为活跃，最大点位累积变形量为-32.5 mm，其中 24 日—29 日活跃期累积变形量从-11.3 mm 增加至-32.5 mm，期间变形速度最大达到-14.4 mm/d，其余时间段的变形曲线基本平稳，变形量无明显增加，变形速度保持在8 mm/d以内。从变形趋势曲线来看，此区域暂无加速变形趋势。区域 3 上部区域坡面多为破碎的岩石坡面，部分地方已复绿，下部靠近采矿活动区域，推测此部分区域变形受到采矿活动的影响。

区域 4 变形曲线如图5d 所示：区域 4 位于采场底部左侧（雷达视线方向），2 月变形曲线总体呈陡降-稳定-缓慢下降的趋势，在1日—3日、23日—29 日两个时间段内变形相对较为活跃，最大点位累积变形量为-35.4 mm，其中 23 日—29 日活跃期累积变形量从-17.4 mm 增加至-35.4 mm，期间变形速度最大达到-7.7 mm/d（最大变形速度为 4 日凌晨： 15.5 mm/d），除两个活跃期外其余时间段的变形曲线基本平稳，变形量无明显增加，变形速度基本保持在5 mm/d以内。从变形趋势曲线来看，此区域在 2月28日—29日有轻微加速变形趋势。区域4为采矿活动区域，此区域最大变形绝对值为35.4 mm，平均变形速度约为1.2 mm/d。

区域 5 变形曲线如图5e 所示：区域 5 位于采场右上侧（雷达视线方向），2月变形曲线总体呈上升-稳定的趋势，在2日—7日时间段内变形相对较为活跃，最大点位累积变形量为40.4 mm，其中活跃期累积变形量从1.7 mm增加至33.8 mm，期间变形速度最大达到 14.7 mm/d，除活跃期外其余时间段的变形曲线基本平稳，变形量无明显增加（28 日—29 日两天变形稍有增加），变形速度基本保持在 5 mm/d以内。从变形趋势曲线来看，此区域暂无加速变形趋势。区域 5 多为道路边坡，其正对雷达的扫描面为厚度较大的松散堆积体组成的拦挡。建议矿方加强该区域的日常巡查工作，注意此区域可能存在的落石、拦挡裂缝等情况。

a—监测区域1；b—监测区域2；c—监测区域3；d—监测区域4；e—监测区域5；f—监测区域6

区域 6 变形曲线如图5f 所示：区域 6 位于采场底部，邻近河谷，2月变形曲线总体呈稳定-上升-稳定的趋势，在25日—27日时间段内变形相对较为活跃，最大点位累积变形量为37.6 mm，其中活跃期累积变形量从4.7 mm增加至34.8 mm，期间变形速度最大达到 23.8 mm/d，除活跃期外其余时间段的变形曲线基本平稳，变形量无明显增加，变形速度基本保持在5 mm/d以内。从变形趋势曲线来看，此区域暂无加速变形趋势。区域6位于采矿作业活动区域边缘且靠近运矿道路，其变形与坡表浮渣受工程扰动有关。

4 结论

（1）利用合成孔径边坡雷达监测边坡变化时可将边坡变形信息直观呈现出来，包括变形量、变形形态等，可实现对边坡变化的可视化和定量化监测。

（2）本文通过对大红山铁矿露天-地下联合开采边坡 6 个重点监测区域分析可知：通过边坡雷达获取的实时点云形变图，使用数据筛选功能对边坡变形较大区域进行筛选，对区域的累计视变形量-时间曲线、变形速率-时间曲线、变形加速度-时间曲线结合矿区实际情况进行分析，可实时观测重点监测区域整体变形规律，判断各变形区所处的变形演化阶段。

参考文献