摘要

針對軟巖露天礦的高效、智能、綠色及安全生產需求，研發了露天煤礦邊坡監測預警iSlope系統平臺。該系統框架綜合地質信息、試驗數據、三維地質模型、監測預警與加固技術以及智能決策支持等多個系統體系，實現了礦山狀態的實時更新、多維度評估邊坡穩定性，與露天礦智能生產系統的數據交換,以及與生產管理系統的協同管理。研究結果表明，iSlope系統可應用于軟巖露天礦，有效提升邊坡安全水平和生產效率，全面掌握軟巖露天礦的安全運行狀況。

文章來源：《智能礦山》2025年第4期“數智露天礦技術與應用專題”

第一作者：王勇，正高級工程師，中國煤炭科工集團首席科學家，遼寧省“百千萬人才工程”百層次人才，沈陽市領軍人才，主要從事礦山巖土、地質災害、露天礦設計與科研工作。E-mail：cctegwangyong@qq.com

作者單位：中煤科工集團沈陽設計研究院有限公司

引用格式：王勇，郭子鈺.露天礦邊坡監測預警存在問題及應對策略[J].智能礦山，2025，6(4)：42-46.

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露天礦邊坡滑坡預警是一項復雜且多面的世界性難題，長期受到地質、氣象和人類活動等多重因素的影響。近年來，國內露天礦邊坡監測通過高效多傳感器和實時數據傳輸系統，實現精確監測邊坡位移、應變、溫度、濕度、壓力等重要參數，為預警系統提供實時數據。借助先進的數據處理算法，快速、準確地分析數據，滿足精準、及時的預警過程，提升預警效果。

露天礦邊坡監測現狀

露天礦邊坡監測方法主要分為4個方面，即空、天、地、孔。其中，空指利用太空衛星遙感技術進行監測，天指采用低空無人機監測技術，地則指地面和地下監測技術，孔指地質體深部監測技術。

邊坡監測涉及多種傳感器硬件產品，主要包括位移傳感器、應力傳感器、應變傳感器、傾斜傳感器、土壤濕度傳感器、溫度傳感器等。此類傳感器實時監測邊坡各種參數變化，傳輸系統將數據傳輸到數據處理中心進行分析。

在數據處理方面，采用時間序列分析、神經網絡、支持向量機等數據處理算法，處理和分析監測數據，滿足預測邊坡的穩定性。根據歷史數據預測邊坡變化趨勢，及時發現邊坡異常情況，并發出預警信號，露天礦邊坡監測現狀見表1。

邊坡監測存在問題

現有地質災害安全監控預警體系針對區域性特征監測缺少對應方案，地質災害預警精度低。預警模型和算法缺乏高精度和高可靠性預測能力。在實時數據采集、傳輸和處理方面，無法滿足實時監測和預警要求。

滑坡短臨預報技術目前仍是世界難題，難以精準、有效、及時地進行滑坡短臨預報，在礦山技術需求和產業化角度存在6個問題。

（1）監測技術集成度不高

露天礦邊坡監測技術尚未實現高效集成。各種監測手段和設備間缺乏統一標準和接口，數據共享和兼容困難。影響監測準確性和效率，且增加成本和復雜度。

（2）監測數據安全性不強

對監測數據的安全性和保密性考慮不足，部分平臺存在數據泄露和被惡意篡改的風險，嚴重威脅到礦山的安全生產和用戶的隱私安全。

（3）監測區域覆蓋度不全

重要區域或關鍵部位缺乏有效監測手段和設備，存在監測盲區。影響預警準確性和及時性，給礦山的安全生產帶來潛在威脅。

表1 露天礦邊坡監測現狀

（4）監測預警智能化不夠

露天礦邊坡監測智能分析和決策應用水平低，缺乏形變普查、災害智能分區和分級工作，監測效率低下，難以識別潛在隱患。邊坡物聯網預警系統缺乏統一規劃和標準，難以充分發揮作用。智能技術尚未綜合應用于邊坡監測，缺乏電子項目和全域露天礦山一張圖系統，礦山管理部門難以宏觀掌握礦山運行情況和指揮調度。

（5）減災平臺通用性不廣

許多平臺僅適用于特定類型的礦山或特定場景下的邊坡監測，缺乏普遍適用性和通用性。限制了平臺的應用范圍和推廣價值。

（6）監測預警產業化不均衡

露天礦邊坡監測預警產業化進程不均衡。部分地區或企業由于資金、技術等方面限制，難以實現高質量的監測預警服務，存在資源分配不均衡，影響整個行業的健康發展。

邊坡監測預警應對策略

隨著邊坡監測預警技術的不斷進步，露天礦地質災害空天地一體化安全監控預警技術與iSlope系統平臺，有力支撐防范和遏制露天礦山重特大事故的發生，為礦山安全生產保駕護航。

1.1 空天地一體化監測預警

為實現露天礦高效、智能、綠色、安全生產，提出了露天礦地質災害空天地一體化安全監控預警技術，通過整合空間信息、遙感技術、地質信息和監測數據等多源數據，建立全面、準確、實時的地質災害監測預警體系，實現礦山地質災害的精準預警和及時應對。推動空天地一體化監控與治理模式的研究，整合各環節的數據和資源，實現礦山地質災害的綜合防控。提高礦山地質災害的預防、監測和應對能力，促進礦山生產的安全可持續發展。露天礦地質災害空天地一體化安全監控預警技術總體技術路線如圖1所示。

（1）安全監控預警整體解決方案

為了全面獲取露天礦邊坡地質災害的監測指標，開發并集成了多元化監測技術設備。整合多種監測設備采集數據，深入融合與分析數據，精準揭示邊坡地質特征，并科學評估其穩定性；研究邊坡預警模型與方法，結合風險評估與管理，構建適應地域差異的露天礦邊坡地質災害安全監控預警的綜合性解決方案。此方案將充分考慮地質環境、氣候條件和采礦工作等因素，確保預警系統的準確性和有效性，為露天礦的安全生產提供有力保障。

（2）空天地一體化集成監測系統

構建露天礦邊坡地質災害安全監控預警整體解決方案的總體框架，研究空天地一體化集成監測系統。首先，利用遙感衛星技術，對比分析邊坡位移信息、裂縫信息等多時相影像數據，獲取大范圍邊坡變化信息；其次，通過無人機技術獲取邊坡全景影像數據，實時監測邊坡變形情況。結合地面全站儀、GNSS、光纖位移傳感器、地下水位監測儀等地面監測設備，全面獲取邊坡的變形、位移、裂縫、地下水位等詳細數據；最后，通過深度分析處理監測數據，監測技術集成于邊坡地質災害三維空間監測系統平臺中，實現不同層面監測數據的融合，實現更精準、全面地評估邊坡地質災害風險。

圖1 露天礦地質災害空天地一體化安全監控預警技術總體技術路線

（3）綜合觀測及短臨預報技術體系

研發、改進和應用邊坡監測設備和方法，采用高精度定位儀器、遙感設備、激光掃描儀等，獲取邊坡的各項變形、位移、裂縫、土體性質等數據。將各種監測設備和技術集成并聯網，建立邊坡地質災害的綜合監測與預警系統。借助多學科交叉知識、機器學習、人工智能等方法，研究邊坡地質災害發展演化規律開展研究，并結合監測數據和預警模型，建立短臨預報方法。

（4）災害多源異構數據融合技術與平臺

整合前期的研究成果，設計平臺架構和平臺開發，包括對多源異構數據的處理、分析、可視化等，開發相應軟件工具及接口，以便用戶接入和使用。并根據測試結果調整和優化平臺系統，最后并入到iSlope系統中，以擴展iSlope系統的應用。

1.2 監測預警iSlope系統平臺

將空天地一體化安全監控預警技術，集成到空天地一體化iSlope系統平臺中，系統平臺框架融合了多源異構數據的地質信息、試驗、三維地質模型、空天地監測預警、智能決策大腦等多個系統，實時更新礦山狀態、多體系評判穩定性狀況、與露天礦智能生產系統的信息交換、與生產管理系統協同管理的智能化系統平臺，空天地一體化iSlope系統平臺框架如圖2所示。

（1）地質信息系統

地質信息系統在露天礦邊坡安全評判中起著至關重要的作用，尤其在處理復雜地形和地質構型方面。露天礦地形復雜、面積廣、深度大，開挖形成的多為軟巖邊坡，滑坡風險高，需準確獲取和分析地質信息。

在iSlope系統平臺中，地質信息包括人工勘察、智能化技術及兩者相結合的勘察方法，同時輔助巡檢機器人和多源異構數據的綜合監測共同協作，全面、準確獲取露天礦的基本地質信息。智能識別和感知坡體結構，重點分析坡體結構特征，研究邊坡巖土體在形成歷史過程中的演化、空間分布特征、邊坡破壞模式、應力分布、地下水等要素，為后續研究提供數據支撐，地質信息系統框架如圖3所示。

圖2 空天地一體化iSlope系統平臺框架

圖 3 地質信息系統框架

（2）試驗系統

iSlope系統平臺的試驗系統是實時分析露天礦穩定性的基礎，試驗系統包括常規巖土體力學參數試驗，試驗取得的結果數據更新到iSlope系統平臺中。針對特殊露天礦，開展復雜條件下的試驗研究。根據試驗特性研究本構理論，建立相應的本構模型，總結到iSlope數據庫里，為相似情況提供借鑒，為數值分析提供巖土體物理參數支撐。

（3）三維地質模型系統

在獲取地質體的基本信息及其坡體結構特征的基礎上，建立三維地質模型?；趶碗s地質體智能識別與感知技術，獲得露天礦邊坡地形和地層數據，接入iSlope智能數據整合分析平臺，結合BIM進行模型底層設計和構建，多通道整合地形構型、地質分布、水文情況、氣候變化以及模擬分析結果。

三維地質模型系統利用邊坡態勢分析，基于人工智能、大數據分析、地質環境、氣候條件、人為因素等多方面因素，模擬滑坡災害發生、發展和影響過程。推演過程中，關注滑坡體的運動速度、方向、范圍以及可能造成的損害，再結合大數據不斷完善和優化推演過程，其中包括人員傷亡、財產損失、生態環境影響等，最后評估推演結果，分析滑坡災害的可能影響范圍和嚴重程度，三維地質模型系統框架如圖4所示。

（4）監測預警系統

將露天礦地質災害空天地一體化安全監控預警技術集成到露天礦的iSlope系統平臺中，利用多源異構數據綜合監測及iSlope系統平臺中態勢推演提前預警預報，監測預警系統技術及框架如圖5所示。

圖4 三維地質模型系統框架

圖5 監測預警系統技術及框架

（5）智慧決策大腦系統

基于已有露天礦邊坡災害情況的大數據分析以及iSlope系統平臺，建立露天礦邊坡滑坡風險和災情評估數據庫，根據露天礦邊坡的三維實時穩定性分析結果，研發實時監測數據與滑坡災情評估的對比技術，分析露天礦邊坡及周邊地區的災變模式、失效范圍、影響區域及災情區劃，并提供露天礦邊坡災害發生后的減災措施和風險預報，形成基于iSlope系統平臺的露天礦邊坡安全綜合評判體系與應急響應系統。根據響應結果，反饋到人工專家再綜合評判露天礦，保證從礦山的基建、設計、施工、生產、治理等全過程高效、安全、智能化生產的精準評價。

總 結

（1）空天地一體化安全監控預警技術集空中無人機巡查、地面傳感器監測及雷達探測等多手段于一體，實現對露天礦邊坡的全方位、多層次、高精度監測。實時捕捉邊坡位移、變形、應力等關鍵數據，并通過大數據分析和模型預測，精準發現潛在安全隱患，為邊坡穩定性評估提供科學支撐。

（2）iSlope系統平臺是數據處理與決策支持核心，接收并整合空天地一體化監控系統數據，運用智能化算法進行深度分析、精準預測和及時預警。實時展示邊坡安全狀況，并提供針對性的安全建議與預警信息，協助礦山管理人員迅速應對，防止邊坡失穩等安全事故，系統平臺數據助力礦山管理人員科學規劃開采，提升開采效率，避免過度開采造成的邊坡損害。

（3）iSlope系統在扎魯特旗扎哈淖爾煤業有限公司扎哈淖爾露天煤礦、神華寶日希勒能源有限公司寶日希勒露天煤礦實施了橫采內排加固，實現了自動化監測預警；在云南省小龍潭礦務局有限責任公司小龍潭露天礦實施了錨索加固；在內蒙古平莊煤業（集團）有限責任公司元寶山露天煤礦應用了錨索監測系統，借助此平臺，管理人員能更清晰地掌握礦山生產與安全狀況，排查潛在風險，為露天礦智能化決策與精細化管理提供支持。

END

編輯丨李莎

審核丨趙瑞

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