01、应用背景

随着我国露天矿山开采技术的飞速发展,露天矿的开采境界不断扩大,深度不断增加,边坡的高度和面积也不断增加,由此造成边坡的不稳定因素增多,最终导致边坡发生大面积岩体滑坡或崩落坍塌事故,造成人员伤亡、资产损失,因此在矿山开采过程中进行实时监测与预警是非常有必要的。

02、基于IDS IBIS -ArcSAR全方位车载式边坡监测系统的矿山监测解决方案

IDS IBIS-ArcSAR全方位车载式边坡监测系统将线性调频连续波技术和干涉测量技术相结合。采用360°旋转作业的方式,测量精度达0.1mm,测量距离达5000m,可全方位、高精度、远程测量物体表面微小形变。车载式移动设计可快速到达指定监测位置,主要用于露天矿场、采石场、自然边坡、陡坡、尾矿坝的实时监测与预警。

① IBIS-ArcSAR安装位置选择

IBIS-ArcSAR使用干涉法比较在不同时间段内收集物体反射波的相位信息来提供物体沿雷达视线方向的位移变化,因此当物体位移方向与雷达视线方向垂直时,不同时间段内反射波的相位差为0,此时检测到的物体位移量始终为0。
如下图所示,当雷达位置安装在位置1时,对于预期位移B是最佳观测位置,但是此时雷达视线方向垂直于预期位移A。同理当雷达位置安装在位置2时,对于预期位移A是最佳观测位置,但是此时雷达视线方向垂直于预期位移B。当雷达位置安装在位置3时,此时预期位移A和B都可以检测到位移信息,因此雷达位置的选择至关重要!

图2 雷达安装位置示意图

② 调整雷达传感器方向

将雷达各个组件的连接性调试完成之后,需要调整雷达传感器的倾斜方向和左右边界以覆盖监测区域。

图3 调整雷达传感器位置

③ 获取监测区域DTM数据

IBIS Controller软件中可加载现有的DTM数据,若无可用DTM数据,可利用Controller软件中的“自动构建DTM”功能获取监测区域的DTM数据。

图4 获取监测区域DTM

④ 选择兴趣区域

在DTM中选择所要监测的兴趣区域,此外“Selection Mask”功能会使用质量控制滤波自动删除质量较差的雷达数据,保留高质量雷达像素数据。

图5选择兴趣区域

⑤ Guardian软件实时监控

开始扫描监测之后,IBIS Controller软件将雷达传感器采集的数据通过网络自动传输到Guardian软件中,在Guardian软件中可实时查看监测区域中各个位置或者区域的位移变化,自定义报警阈值,并根据DTM数据与全景高清影像快速分辨位移点所对应位置。

图6 位移变化与DTM、高清影像对比分析

03IDS IBIS-ArcSAR全方位车载式边坡监测系统矿山监测应用案例

2019年11月23日-2019年12月3日,澳大利亚某金属矿山使用IDS IBIS-ArcSAR全方位车载式边坡监测系统对矿坑进行安全监测,监测示意图如下图所示。

 图7 监测现场示意图

 IBIS-ArcSAR采用360°旋转作业方式,最大测程可达5000m,可满足不同场景的监测需求。如下图所示,单台IBIS-ArcSAR设备可覆盖两个矿坑,对每个矿坑进行大范围监测,并实时查看监测区域位移速度与累积位移变化。

图8 监测区域位移速度与累积位移变化

矿山边坡滑坡位移会显示出高度的相关性,如下图所示,IBIS-ArcSAR检测到矿坑东部滑坡范围内平均位移变化为29.8cm,最大位移为134cm,从图中可以看到最大位移很可能发生在破坏体上部的小区域中。

图9 监测区域位移图

Guardian软件中可查看指定时间段内位移变化曲线,从曲线图中可以看出位移变化加速与减速所处的时间段,大约在11月16日中午,位移速率变化急剧增加到约39.47cm,接着是一段稳定时期,因此可在位移急剧变化阶段设置预警,保障矿山监测区域人员和财产安全。

图10 某时间段内位移曲线图

04总结

基于IDS IBIS-ArcSAR全方位车载式边坡监测系统的矿山监测解决方案作业高效,单台设备即可进行矿坑多个关键位置的实时监测,节省人工和设备的费用。

高精度位移监测可精准捕捉矿山边坡位移变化,实时预警,保障人员和财产安全。

位移变化可与自动构建的DTM、全景高清影像对比分析,准确识别预警位置,辅助用户做出正确决策!