矿山崩塌灾害精准监测技术体系构建与实践应用

一、矿山崩塌灾害监测背景

矿山地质环境复杂脆弱，长期采掘活动极易扰动岩体应力平衡，导致崩塌灾害频发——其在我国矿山地质灾害中占比超35%，且80%以上与人为采掘直接相关。

崩塌灾害危害重大，不仅直接威胁作业人员安全、损毁生产设备造成巨额损失，还易引发泥石流等次生灾害破坏生态环境。

随着矿业向绿色智能化转型，传统人工巡查因精度低、响应慢等缺陷已难以满足防控需求，构建精准监测预警体系成为保障矿山安全、推动高质量发展的关键。

二、矿山崩塌灾害监测核心内容

基于矿山崩塌灾害“岩体失稳-外部诱发”的形成机理，监测内容聚焦形变监测、倾斜振动监测、环境监测三大核心维度，通过技术协同实现对灾害孕育、发展、发生全过程的精准管控。三大维度相互关联：形变异常是岩体失稳的整体表现，倾斜振动变化是岩体姿态偏移与内部损伤的协同指征，环境因素是灾害发生的关键诱因，三者数据融合构成完整的监测链条。

（一）形变监测：岩体稳定性的核心表征

形变监测通过追踪岩体空间位置变化捕捉崩塌灾害的早期失稳前兆，是监测体系的核心内容，GNSS（全球导航卫星系统）凭借高精度、实时性、广覆盖的优势成为主流技术手段。在露天矿山高陡边坡等地表监测场景中，构建GNSS实时动态监测系统（RTK），通过布设基准站与流动站可实现厘米级实时位移监测（数据更新频率1Hz），既能持续追踪边坡长期缓慢形变的累积过程，又能快速捕捉暴雨、爆破作业等扰动后的突发位移异常；针对地下开采区域、边坡深部岩体等场景，需搭配导轮式固定测斜仪开展深部位移监测，形成“地表-深部”的立体监测网络。

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导轮式固定测斜仪通过在关键位置钻孔后固定布设，其导轮结构可贴合钻孔内壁随岩体形变同步滑动，沿钻孔深度方向精准采集不同岩层的分层位移数据，清晰呈现深部岩体的滑动面位置、位移速率等关键信息。该技术与GNSS地表监测形成功能互补：GNSS聚焦捕捉整体形变趋势，导轮式固定测斜仪精准定位深部失稳源头，二者结合为全面评估岩体稳定性提供完整的数据支撑。

（二）倾斜振动监测：岩体姿态与损伤的协同指征

倾斜振动监测通过同步捕捉岩体倾斜角度变化与振动响应，实现“姿态偏移-内部损伤”的协同研判，是形变监测的关键补充手段。无线倾角加速度计因集成倾斜测量与振动感知双功能、部署灵活、抗恶劣环境及数据无线传输等核心优势，成为矿山倾斜振动监测的首选设备，可精准识别0.01°级倾斜变化及微小振动信号，同步追踪岩体姿态演化与内部损伤过程。相较于传统单一倾斜仪、振动传感器或有线监测设备，其“双功能集成+无线传输”设计既避免了多设备数据同步误差，又解决了矿山复杂地形布线繁琐、易受损的痛点，大幅提升监测效率、数据关联性与系统可靠性。

在应用场景中，露天边坡关键坡段、爆破区域周边及采空区敏感地带是监测重点。将无线倾角加速度计沿边坡等高线、爆破影响边界或采空区周边密集布设，同步采集倾斜角度、倾斜变化速率及振动峰值、频率等数据：当倾斜角度超0.5°或单日变化超0.1°，或振动幅值超0.3g时，系统自动触发预警，为岩体失稳风险研判提供双重依据。在暴雨、爆破等扰动事件中，可通过倾斜数据评估姿态偏移程度，通过振动数据量化扰动对岩体内部的损伤影响——如爆破后振动幅值异常升高且伴随持续倾斜，可精准判断岩体完整性受损；暴雨后倾斜速率加快但振动平稳，可聚焦姿态失稳防控。其无线传输功能适配矿山崎岖地形与复杂作业环境，无需复杂布线即可实现数据实时上传，搭配轻量化设计便于快速安装调试，尤其适用于爆破区等临时监测场景。

（三）环境监测：灾害诱发因素的精准管控

环境监测聚焦引发崩塌灾害的关键外部诱因，其中降雨量监测最为核心——雨水入渗会显著提升岩体含水率，削弱岩体抗剪强度，是诱发矿山崩塌的首要环境因素。矿山降雨量监测通常采用翻斗式雨量计，其具备自动化采集、实时传输及高精准度的特性，可有效解决传统人工雨量筒读数滞后、数据缺失的问题。

翻斗式雨量计监测精度可达0.2mm，数据采集频率可按风险等级调整为1分钟至1小时，适配不同监测需求。监测点需结合地形布设：高陡边坡坡顶汇水处、采空区上方易积水区、坡脚排水沟沿线等关键位置应全覆盖，形成网格化网络避免单点局限。实际应用中，需建立雨量与形变、倾斜振动数据的关联机制，例如24小时降雨量超100mm时，自动将形变监测频率加倍、倾斜振动监测切换至实时预警模式，通过多维度融合判断降雨影响——如降雨后倾斜速率加快且振动信号增多，提示岩体损伤与姿态失稳叠加风险，提前防范次生灾害；同时联动排水系统，依据降雨预判调整排水能力，减少岩体雨水蓄积。

（四）监测系统构建与实践验证

科学的监测系统需遵循“核心聚焦、多维互补、精准预警、闭环管控”的原则，实现三大监测内容的有机融合。在系统设计阶段，需先通过地质勘察明确坡体结构、地质构造及隐患分布，结合风险评估划分重点与一般监测区域：重点区域采用“GNSS实时监测+导轮式固定测斜仪深部位移监测+无线倾角加速度计阵列+网格化翻斗式雨量计监测”的组合模式，监测点间距控制在30-50米，监测频率提升至1次/分钟；一般区域采用GNSS定期监测+翻斗式雨量计的简化模式，平衡监测效果与成本。

数据处理与预警机制是系统核心，需构建多源数据融合平台，通过清洗、降噪提升数据质量，建立四级分级预警体系并明确阈值：蓝色预警（GNSS日位移0.5-1mm，倾斜日变化0.05-0.1°且振动幅值＜0.1g，24h降雨量50-100mm）启动加密观测；黄色预警（GNSS日位移1-3mm，倾斜日变化0.1-0.3°或振动幅值0.1-0.3g，24h降雨量100-150mm）开展巡查疏导；橙色预警（GNSS日位移3-5mm，倾斜日变化0.3-0.5°或振动幅值0.3-0.5g，24h降雨量＞150mm）实施人员设备转移；红色预警（GNSS日位移＞5mm，倾斜日变化＞0.5°且振动幅值＞0.5g，或强降雨伴随显著形变）启动全面应急响应。实践表明，该体系可有效捕捉协同异常信号，为应急处置争取充足时间，预警准确率达95%以上，实用价值显著。

三、结语

矿山崩塌灾害监测是筑牢安全防控防线的关键支撑，其核心价值在于通过形变、倾斜振动、环境三大维度的精准感知与协同分析，构建“早期预警-科学管控”的完整防控链条，从根源上降低灾害风险。当前，经过实践检验的立体化监测技术体系，已形成地表与深部联动、参数与诱因互补的监测能力，为矿山安全生产提供了坚实可靠的技术保障。

武汉中地恒达科技有限公司(简称中地恒达，英文缩写ZDHD)，是依托中国地质大学(武汉)所属企业在科技创新方面取得的丰硕成果及技术力量组建设立，公司位于武汉市光谷芯中心，主要从事地质灾害监测设备，卫星导航定位系统及设备，工程监测仪器，工程监测软件，自动控制系统及设备的研发、制造、销售及技术服务。公司技术团队硕士及以上学历占比45%(正教授2人，博士2人，硕士6人。

中地恒达产品应用领域包括地质灾害、能源、电力、交通、水利、市政等。目前拥有自主研发硬件产品包括北斗GNSS接收机、导轮式固定测斜仪、双轴倾角计、无线低功耗倾角计、无线倾角加速度计、危岩体崩塌计、无线裂缝监测一体机、地下水位监测一体机、降雨量监测站、数字信号采集仪、振弦信号采集仪、输油气管道应力监测系统、防护网监测系统、高支模监测系统、基坑降水监控系统等。软件产品包括中地恒达监测云、地质灾害监测预警平台、大坝安全监测预警平台、桥梁安全监测预警平台、露天矿山安全监测预警平台、监测APP软件、监测小站(微信小程序)、垂直度检测APP软件等。

中地恒达坚持自主创新，目前已获得(申报)发明专利2项，实用新型专利8项，外观专利7项，软件著作权13项，注册商标5个。2020年通过9001质量管理体系认证，2021年被评为湖北省软件企业，2022年与中国地质大学(武汉)成立产学研合作基地，与西北大学成立联合实验室，2022年12月被评为国家高新技术企业，2023年3月入库国家级科技型中小企业，2024年3月获评湖北省创新型企业。公司通过ISO9001质量管理体系认证，ISO14001环境管理体系认证，IS045001职业健康安全管理体系认证。

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