中国煤科首席科学家王勇：露天矿边坡监测预警存在问题及应对策略

2025年05月15日 16:05 智能矿山杂志责编：戚金荣作者：智能矿山杂志

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摘要

针对软岩露天矿的高效、智能、绿色及安全生产需求，研发了露天煤矿边坡监测预警iSlope系统平台。该系统框架综合地质信息、试验数据、三维地质模型、监测预警与加固技术以及智能决策支持等多个系统体系，实现了矿山状态的实时更新、多维度评估边坡稳定性，与露天矿智能生产系统的数据交换,以及与生产管理系统的协同管理。研究结果表明，iSlope系统可应用于软岩露天矿，有效提升边坡安全水平和生产效率，全面掌握软岩露天矿的安全运行状况。

文章来源：《智能矿山》2025年第4期“数智露天矿技术与应用专题”

第一作者：王勇，正高级工程师，中国煤炭科工集团首席科学家，辽宁省“百千万人才工程”百层次人才，沈阳市领军人才，主要从事矿山岩土、地质灾害、露天矿设计与科研工作。E-mail：cctegwangyong@qq.com

作者单位：中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司

引用格式：王勇，郭子钰.露天矿边坡监测预警存在问题及应对策略[J].智能矿山，2025，6(4)：42-46.

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露天矿边坡滑坡预警是一项复杂且多面的世界性难题，长期受到地质、气象和人类活动等多重因素的影响。近年来，国内露天矿边坡监测通过高效多传感器和实时数据传输系统，实现精确监测边坡位移、应变、温度、湿度、压力等重要参数，为预警系统提供实时数据。借助先进的数据处理算法，快速、准确地分析数据，满足精准、及时的预警过程，提升预警效果。

露天矿边坡监测现状

露天矿边坡监测方法主要分为4个方面，即空、天、地、孔。其中，空指利用太空卫星遥感技术进行监测，天指采用低空无人机监测技术，地则指地面和地下监测技术，孔指地质体深部监测技术。

边坡监测涉及多种传感器硬件产品，主要包括位移传感器、应力传感器、应变传感器、倾斜传感器、土壤湿度传感器、温度传感器等。此类传感器实时监测边坡各种参数变化，传输系统将数据传输到数据处理中心进行分析。

在数据处理方面，采用时间序列分析、神经网络、支持向量机等数据处理算法，处理和分析监测数据，满足预测边坡的稳定性。根据历史数据预测边坡变化趋势，及时发现边坡异常情况，并发出预警信号，露天矿边坡监测现状见表1。

边坡监测存在问题

现有地质灾害安全监控预警体系针对区域性特征监测缺少对应方案，地质灾害预警精度低。预警模型和算法缺乏高精度和高可靠性预测能力。在实时数据采集、传输和处理方面，无法满足实时监测和预警要求。

滑坡短临预报技术目前仍是世界难题，难以精准、有效、及时地进行滑坡短临预报，在矿山技术需求和产业化角度存在6个问题。

（1）监测技术集成度不高

露天矿边坡监测技术尚未实现高效集成。各种监测手段和设备间缺乏统一标准和接口，数据共享和兼容困难。影响监测准确性和效率，且增加成本和复杂度。

（2）监测数据安全性不强

对监测数据的安全性和保密性考虑不足，部分平台存在数据泄露和被恶意篡改的风险，严重威胁到矿山的安全生产和用户的隐私安全。

（3）监测区域覆盖度不全

重要区域或关键部位缺乏有效监测手段和设备，存在监测盲区。影响预警准确性和及时性，给矿山的安全生产带来潜在威胁。

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表1 露天矿边坡监测现状

（4）监测预警智能化不够

露天矿边坡监测智能分析和决策应用水平低，缺乏形变普查、灾害智能分区和分级工作，监测效率低下，难以识别潜在隐患。边坡物联网预警系统缺乏统一规划和标准，难以充分发挥作用。智能技术尚未综合应用于边坡监测，缺乏电子项目和全域露天矿山一张图系统，矿山管理部门难以宏观掌握矿山运行情况和指挥调度。

（5）减灾平台通用性不广

许多平台仅适用于特定类型的矿山或特定场景下的边坡监测，缺乏普遍适用性和通用性。限制了平台的应用范围和推广价值。

（6）监测预警产业化不均衡

露天矿边坡监测预警产业化进程不均衡。部分地区或企业由于资金、技术等方面限制，难以实现高质量的监测预警服务，存在资源分配不均衡，影响整个行业的健康发展。

边坡监测预警应对策略

随着边坡监测预警技术的不断进步，露天矿地质灾害空天地一体化安全监控预警技术与iSlope系统平台，有力支撑防范和遏制露天矿山重特大事故的发生，为矿山安全生产保驾护航。

1.1 空天地一体化监测预警

为实现露天矿高效、智能、绿色、安全生产，提出了露天矿地质灾害空天地一体化安全监控预警技术，通过整合空间信息、遥感技术、地质信息和监测数据等多源数据，建立全面、准确、实时的地质灾害监测预警体系，实现矿山地质灾害的精准预警和及时应对。推动空天地一体化监控与治理模式的研究，整合各环节的数据和资源，实现矿山地质灾害的综合防控。提高矿山地质灾害的预防、监测和应对能力，促进矿山生产的安全可持续发展。露天矿地质灾害空天地一体化安全监控预警技术总体技术路线如图1所示。

（1）安全监控预警整体解决方案

为了全面获取露天矿边坡地质灾害的监测指标，开发并集成了多元化监测技术设备。整合多种监测设备采集数据，深入融合与分析数据，精准揭示边坡地质特征，并科学评估其稳定性；研究边坡预警模型与方法，结合风险评估与管理，构建适应地域差异的露天矿边坡地质灾害安全监控预警的综合性解决方案。此方案将充分考虑地质环境、气候条件和采矿工作等因素，确保预警系统的准确性和有效性，为露天矿的安全生产提供有力保障。

（2）空天地一体化集成监测系统

构建露天矿边坡地质灾害安全监控预警整体解决方案的总体框架，研究空天地一体化集成监测系统。首先，利用遥感卫星技术，对比分析边坡位移信息、裂缝信息等多时相影像数据，获取大范围边坡变化信息；其次，通过无人机技术获取边坡全景影像数据，实时监测边坡变形情况。结合地面全站仪、GNSS、光纤位移传感器、地下水位监测仪等地面监测设备，全面获取边坡的变形、位移、裂缝、地下水位等详细数据；最后，通过深度分析处理监测数据，监测技术集成于边坡地质灾害三维空间监测系统平台中，实现不同层面监测数据的融合，实现更精准、全面地评估边坡地质灾害风险。

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图1 露天矿地质灾害空天地一体化安全监控预警技术总体技术路线

（3）综合观测及短临预报技术体系

研发、改进和应用边坡监测设备和方法，采用高精度定位仪器、遥感设备、激光扫描仪等，获取边坡的各项变形、位移、裂缝、土体性质等数据。将各种监测设备和技术集成并联网，建立边坡地质灾害的综合监测与预警系统。借助多学科交叉知识、机器学习、人工智能等方法，研究边坡地质灾害发展演化规律开展研究，并结合监测数据和预警模型，建立短临预报方法。

（4）灾害多源异构数据融合技术与平台

整合前期的研究成果，设计平台架构和平台开发，包括对多源异构数据的处理、分析、可视化等，开发相应软件工具及接口，以便用户接入和使用。并根据测试结果调整和优化平台系统，最后并入到iSlope系统中，以扩展iSlope系统的应用。

1.2 监测预警iSlope系统平台

将空天地一体化安全监控预警技术，集成到空天地一体化iSlope系统平台中，系统平台框架融合了多源异构数据的地质信息、试验、三维地质模型、空天地监测预警、智能决策大脑等多个系统，实时更新矿山状态、多体系评判稳定性状况、与露天矿智能生产系统的信息交换、与生产管理系统协同管理的智能化系统平台，空天地一体化iSlope系统平台框架如图2所示。

（1）地质信息系统

地质信息系统在露天矿边坡安全评判中起着至关重要的作用，尤其在处理复杂地形和地质构型方面。露天矿地形复杂、面积广、深度大，开挖形成的多为软岩边坡，滑坡风险高，需准确获取和分析地质信息。

在iSlope系统平台中，地质信息包括人工勘察、智能化技术及两者相结合的勘察方法，同时辅助巡检机器人和多源异构数据的综合监测共同协作，全面、准确获取露天矿的基本地质信息。智能识别和感知坡体结构，重点分析坡体结构特征，研究边坡岩土体在形成历史过程中的演化、空间分布特征、边坡破坏模式、应力分布、地下水等要素，为后续研究提供数据支撑，地质信息系统框架如图3所示。

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图2 空天地一体化iSlope系统平台框架

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图 3 地质信息系统框架

（2）试验系统

iSlope系统平台的试验系统是实时分析露天矿稳定性的基础，试验系统包括常规岩土体力学参数试验，试验取得的结果数据更新到iSlope系统平台中。针对特殊露天矿，开展复杂条件下的试验研究。根据试验特性研究本构理论，建立相应的本构模型，总结到iSlope数据库里，为相似情况提供借鉴，为数值分析提供岩土体物理参数支撑。

（3）三维地质模型系统

在获取地质体的基本信息及其坡体结构特征的基础上，建立三维地质模型。基于复杂地质体智能识别与感知技术，获得露天矿边坡地形和地层数据，接入iSlope智能数据整合分析平台，结合BIM进行模型底层设计和构建，多通道整合地形构型、地质分布、水文情况、气候变化以及模拟分析结果。

三维地质模型系统利用边坡态势分析，基于人工智能、大数据分析、地质环境、气候条件、人为因素等多方面因素，模拟滑坡灾害发生、发展和影响过程。推演过程中，关注滑坡体的运动速度、方向、范围以及可能造成的损害，再结合大数据不断完善和优化推演过程，其中包括人员伤亡、财产损失、生态环境影响等，最后评估推演结果，分析滑坡灾害的可能影响范围和严重程度，三维地质模型系统框架如图4所示。

（4）监测预警系统

将露天矿地质灾害空天地一体化安全监控预警技术集成到露天矿的iSlope系统平台中，利用多源异构数据综合监测及iSlope系统平台中态势推演提前预警预报，监测预警系统技术及框架如图5所示。

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图4 三维地质模型系统框架

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图5 监测预警系统技术及框架

（5）智慧决策大脑系统

基于已有露天矿边坡灾害情况的大数据分析以及iSlope系统平台，建立露天矿边坡滑坡风险和灾情评估数据库，根据露天矿边坡的三维实时稳定性分析结果，研发实时监测数据与滑坡灾情评估的对比技术，分析露天矿边坡及周边地区的灾变模式、失效范围、影响区域及灾情区划，并提供露天矿边坡灾害发生后的减灾措施和风险预报，形成基于iSlope系统平台的露天矿边坡安全综合评判体系与应急响应系统。根据响应结果，反馈到人工专家再综合评判露天矿，保证从矿山的基建、设计、施工、生产、治理等全过程高效、安全、智能化生产的精准评价。

总结

（1）空天地一体化安全监控预警技术集空中无人机巡查、地面传感器监测及雷达探测等多手段于一体，实现对露天矿边坡的全方位、多层次、高精度监测。实时捕捉边坡位移、变形、应力等关键数据，并通过大数据分析和模型预测，精准发现潜在安全隐患，为边坡稳定性评估提供科学支撑。

（2）iSlope系统平台是数据处理与决策支持核心，接收并整合空天地一体化监控系统数据，运用智能化算法进行深度分析、精准预测和及时预警。实时展示边坡安全状况，并提供针对性的安全建议与预警信息，协助矿山管理人员迅速应对，防止边坡失稳等安全事故，系统平台数据助力矿山管理人员科学规划开采，提升开采效率，避免过度开采造成的边坡损害。

（3）iSlope系统在扎鲁特旗扎哈淖尔煤业有限公司扎哈淖尔露天煤矿、神华宝日希勒能源有限公司宝日希勒露天煤矿实施了横采内排加固，实现了自动化监测预警；在云南省小龙潭矿务局有限责任公司小龙潭露天矿实施了锚索加固；在内蒙古平庄煤业（集团）有限责任公司元宝山露天煤矿应用了锚索监测系统，借助此平台，管理人员能更清晰地掌握矿山生产与安全状况，排查潜在风险，为露天矿智能化决策与精细化管理提供支持。

END

编辑丨李莎

审核丨赵瑞

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《智能矿山》

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