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礦區(qū)邊坡穩(wěn)定性的維護是一個涉及多元學科且需要多方協(xié)作的工作。

對于巖土工程師來說，為了給特定項目或采礦某些階段設(shè)計一個合適的邊坡角，工作流程通常包括實地考察、數(shù)據(jù)分析和迭代建模。

對于采礦工程師來說為了最大程度提高生產(chǎn)效率，邊坡穩(wěn)定性對于礦山的布局選擇和資源的利用極其重要。

而對于項目經(jīng)理來說，邊坡角策略的制定與項目的經(jīng)濟性亦是密不可分的，較陡的邊坡角 通 常與較低 的 剝采比和較高的凈現(xiàn)值（NPV）相關(guān) 。

誠然，以上這些說法都只是對一個基本且復雜話題的概括。事實上無論是礦山項目的哪一個部門，聽到"巖體發(fā)生了意外移動 "都會引起各方警覺。

此外，在工程設(shè)備成本日益上升的經(jīng)濟背景下，機械設(shè)備的安全性和可用性成為了最重要的問題，畢竟投資者的興趣很有可能在安全事故傳出后的一夜間消失殆盡，一個有效的邊坡穩(wěn)定性規(guī)劃戰(zhàn)略僅僅是負責礦山管理領(lǐng)域的一個基本條件。 

今天為大家介紹目前智能技術(shù)應(yīng)用于邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測的最新國際成果！

邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測是一個以測量和數(shù)學為主導的領(lǐng)域，包含風險計算、2D/3D分析技術(shù)和經(jīng)濟估算等等。然而事實上，即使是再細致監(jiān)測的邊坡也有可能會在意想不到的時間以一種意外的方式塌陷。換言之，即使可以預(yù)判發(fā)生事故的根本原因，最終的結(jié)果也可能很難預(yù)知。

衛(wèi)星照片展示美國猶他州賓漢姆峽谷礦場發(fā)生大型山體滑坡后的景象 | aysz01

上圖為美國賓漢姆峽谷銅礦，2013年4月10日礦場發(fā)生了北美有歷史記錄以來最大的非火山活動原因山體滑坡，礦井東北側(cè)大約6500-7000萬立方米的泥土和巖石突然滑坡。山體滑坡如此猛烈，以至于連地震臺網(wǎng)都檢測到了滑坡時的巨響。

而在事故發(fā)生之前始終密集監(jiān)測著此邊坡，但最終其崩塌的速度和規(guī)模遠遠超過預(yù)期，從而導致了被認為是北美史上最大的一次非火山型、也可能是經(jīng)濟損失最大的一次山體滑坡。但事實上，該礦山如果沒有提前開展廣泛的巖土工程監(jiān)測和分析計劃，損失可能會更大。畢竟該計劃具備充足的準備時間，因此在大規(guī)模滑坡發(fā)生前提前進行了疏散。

2013年5月2日，NASA的地球觀測衛(wèi)星1號(EO-1)拍下了上面的第一幅照片。第二幅照片是航拍照片，拍攝于2011年7月20日，可以作為對照。

在第二幅照片中可以看到一個扇貝狀陡坎，那就是山體滑坡的地方。山體滑坡坡面高約2.5公里。在礦井東北側(cè)，崩落的巖屑和泥土阻塞或掩埋了眾多的梯田狀開采臺。碎石還損壞了一些拖運卡和一條通往礦底的運料路。

在山體滑坡發(fā)生的幾個月前，該礦場已經(jīng)安裝了干涉雷達系統(tǒng)，可以檢測到礦井墻壁的輕微震動。在山崩發(fā)生的7小時前，越來越多的危險跡象促使礦井管理者發(fā)出了安全警報。之后礦井停止生產(chǎn)，所有工人被緊急疏散，結(jié)果無一人受傷。

邊坡不可預(yù)測的特性以及各種影響因素使得“邊坡穩(wěn)定性”問題成為了礦山設(shè)計和安全技術(shù)攻關(guān)的首要任務(wù)，近期的一些新技術(shù)成果主要集中在礦山巖土工程師可利用的數(shù)據(jù)數(shù)量和質(zhì)量上。

人工智能雷達分析

2022年4月份IDS GeoRadar為?？怂箍档腉uardian推出了一款A(yù)i.DA軟件監(jiān)測工具，該公司將其稱作是邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測融入人工智能（AI）的先驅(qū)。

據(jù)該公司稱，Ai.DA為雷達數(shù)據(jù)提供了一個額外的智能處理層。通過人工智能算法來評估運動趨勢與典型邊坡不穩(wěn)定性行為模型的一致性，從而簡化了從殘余噪聲中識別運動的過程，進而幫助專業(yè)人士優(yōu)化流程并做出更好決策。

海克斯康表示，Ai.DA與IDS GeoRadar的軟件Guardian可以集成用來管理露天采礦作業(yè)和自然地質(zhì)災(zāi)害中的邊坡穩(wěn)定性風險。經(jīng)過Guardian處理的雷達數(shù)據(jù)會自動推送到Ai.DA，并提供一個可在三維地圖上清晰地突出快速移動區(qū)域的額外智能處理層。海克斯康表示，Ai.DA可以同時處理來自多達六個不同雷達的數(shù)據(jù)。

此外，Guardian接收來自Hexagon的MineProtect防撞系統(tǒng)（CAS）服務(wù)器等其他來源的數(shù)據(jù)。它可以自動導入車輛和工作機械的位置，并在雷達位移圖上實時顯示。它可以幾乎實時地向監(jiān)測專家提供高精度的位移數(shù)據(jù)，并使用先進的自動大氣校正算法來避免其他錯誤。

奎拉維科銅礦部署應(yīng)用

目前此軟件部署在秘魯?shù)腝uellaveco（奎拉維科銅礦）銅礦用于監(jiān)測邊坡和地質(zhì)沉降，該系統(tǒng)使用四個雷達、衛(wèi)星圖像分析技術(shù)，以及一個近200個地理定位設(shè)備（棱鏡）的機器人監(jiān)測站。借助這項技術(shù)，可以識別不同結(jié)構(gòu)中的潛在不穩(wěn)定性從而管理塌陷風險，為工人和礦山設(shè)備提供更大的安全性。雷達技術(shù)包括IDS GeoRadar的GroundProbe SSR-XT和IBIS-ArcSAR。

當邊坡的移動速度大于安全限度時即存在坍塌的風險。雷達會每兩分鐘掃描一次邊坡，并將圖像發(fā)送到巖土控制中心分析有關(guān)地表變化和位移的信息，這些數(shù)據(jù)融合應(yīng)用數(shù)學模型從而做出預(yù)測決策。“巖土工程監(jiān)測系統(tǒng)使我們能夠預(yù)測邊坡的穩(wěn)定性。換句話說，我們可以提前幾個小時知道邊坡是否可能坍塌，這使我們能夠提前實施安全控制，例如安裝障礙物或疏散撤離該區(qū)域（如果適用）”英美資源集團的巖土工程師Yhadin Collao Izaguirre說。

在Quellaveco巖土工程控制中心，有一個監(jiān)測站每天24小時監(jiān)控雷達傳輸?shù)男畔?。如果監(jiān)測到坍塌風險，其功能是發(fā)出警報，以便疏散撤離該區(qū)域。這些信息與該地區(qū)的所有工人和設(shè)備實時共享。

巖土工程監(jiān)測系統(tǒng)還使用衛(wèi)星圖像來監(jiān)測邊坡、主要構(gòu)筑物、道路等表面的穩(wěn)定性，覆蓋奎拉維科的不同區(qū)域，如位于高山的比斯恰查斯大壩、采礦區(qū)、礦物加工廠和尾礦壩。衛(wèi)星每六天記錄一次信息，并隨之分析其不同的變化。

常規(guī)的監(jiān)測通常使用棱鏡系統(tǒng)作為發(fā)射坐標的設(shè)備，并且在移動時可以提供關(guān)于邊坡位移的數(shù)據(jù)。在礦山的邊坡和主要構(gòu)筑物大約安裝了200個棱鏡在邊坡和礦床，由一個機器人站統(tǒng)一負責監(jiān)控，該站自主收集信息并將其發(fā)送到控制中心。

動態(tài)3D邊坡穩(wěn)定性分析

巖土工程師在新業(yè)務(wù)或擴展業(yè)務(wù)中常常會獲得大量礦床數(shù)據(jù)，但重點不是分析那些在規(guī)劃邊坡時所需要的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、應(yīng)力和地下水條件，而是要做正確的資源評估。

根據(jù)加拿大軟件開發(fā)商Rocscience的說法，在這些情況下巖土工程師可能不得不考慮自然變化，并利用統(tǒng)計分析來解釋未知情況，并指出巖體強度和結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)不足會導致設(shè)計中高度的不確定性。其他影響因素還包括安全因素——避免因?qū)Φ孛鏃l件了解不足而造成不穩(wěn)定；以及時間限制，例如當市場價格變化而需要更新礦山設(shè)計時，這通常需要在短時間內(nèi)對巖土工程進行重新評估。

該公司提供了一系列軟件工具，使巖土工程師能夠：用多個數(shù)值軟件驗證結(jié)果；跨模型搜索多個關(guān)鍵故障區(qū)域；使用概率分析來解釋統(tǒng)計變化和未知值；使用監(jiān)測數(shù)據(jù)校準模型。

Slide3程序是一個動態(tài)3D邊坡穩(wěn)定性分析工具，旨在幫助巖土工程師在一個模型中評估整個基坑的穩(wěn)定性。該公司稱，用戶現(xiàn)在可以更容易和更快地構(gòu)建邊坡穩(wěn)定性模型，并可以選擇是從點云數(shù)據(jù)構(gòu)建表面還是從Leapfrog、Deswik、Datamine和Vulcan等應(yīng)用程序?qū)氲V體模型。工程師可以利用先進的多模態(tài)優(yōu)化算法搜索多個關(guān)鍵故障面，并利用與該公司的Slide2、RS3和RSData工具的集成來比較和驗證分析結(jié)果。

Rocscience表示，他了解到工程師們?yōu)榱藵M足不同設(shè)計標準從而手動修改特定參數(shù)是多么的耗時，因為通常情況下用戶必須在運行分析之前根據(jù)每個設(shè)計標準指定自定義參數(shù)和屬性。最近Slide3的更新允許用戶選擇特定的設(shè)計標準，變量將自動更改從而簡化了工作流程。

大氣校正算法

在廣闊而復雜的環(huán)境例如大型礦山中，大氣可能會對早期邊坡移動的探測產(chǎn)生阻礙。

澳大利亞公司GroundProbe指出，其最新推出的邊坡穩(wěn)定性雷達探測范圍的擴大可能會加劇這一問題。在21世紀初，第一臺GroundProbe SSR在小礦坑中運行，其最大雷達范圍約為400米就足夠了?，F(xiàn)在，其SSR-Omni模型的成像范圍可達5.6公里（3.4英里）。盡管性能改進是顯著的，但大氣因素使有意義的數(shù)據(jù)采集、解釋和管理變得越來越復雜。

Groundprobe表示，其最新的Precision Atmospherics校正算法顯著減少了湍流大氣引起的噪聲，提供了更清晰的真實變形圖像。

該公司稱，這是近幾年開發(fā)研究的結(jié)果，在此期間，Groundprobe與包括Bingham Canyon（賓漢姆峽谷礦山）礦在內(nèi)的不同氣候地區(qū)的礦山合作，作為廣泛驗證計劃的一部分，自2019年系統(tǒng)推出以來，賓漢姆峽谷巖土高級工程師Dustin Hicks就開始參與Precision Atmospherics的開發(fā)和測試。

"GroundProbe向賓漢姆峽谷交付了配備Precision Atmospherics算法的SSR-Omni，用來展示其在我們現(xiàn)場經(jīng)歷的快速變化大氣環(huán)境中的能力，"Hicks說。"Precision Atmospherics算法有效地管理了各種大氣條件，包括爆炸、揚塵、雨雪等，從而可減少一些不正確的“臟數(shù)據(jù)”。"它在逐一掃描的基礎(chǔ)上減少了噪音，這為更精確的警報奠定了基礎(chǔ)，否則會使巖土工程團隊負擔過重。"

GroundProbe的首席執(zhí)行官David Noon說，Precision Atmospherics適用于跟蹤緩慢和快速的變形趨勢。"借助Precision Atmospherics提供的平滑圖像和更清晰的地圖，客戶可以把注意力集中在最近開始的或緩慢移動的變形上。

"這對于收集那些只能通過長期分析才能檢測到的潛在重大巖土工程問題來說是很重要的?？焖俸吐俚淖冃乌厔荻技酗@示在一個數(shù)據(jù)池里，而且不需要后期處理就可以檢測到緩慢的運動，"Noon說。

GroundProbe公司全球業(yè)務(wù)負責人--地質(zhì)技術(shù)部Albert Cabrejo認為，Precision Atmospherics可被看作是使用干涉雷達進行穩(wěn)定性監(jiān)測的一個重要補充，因為 "它直接回應(yīng)了世界各地地質(zhì)技術(shù)工程師的最重要訴求：數(shù)據(jù)質(zhì)量"。

文章來源

Tech Advances Aim to Tame the Risky Business of Slope Stability，《ENGINEERING AND MINING JOURNAL》；Anglo American outlines slope stability monitoring system at Quellaveco,《INTERNATIONAL MINING》