通过无人机摄影测量实现近乎实时的边坡监测与灾害管理

2025-08-28 22:35:22 iGeo

通过无人机摄影测量实现近乎实时的边坡监测与灾害管理——Transberg方法

运动学不稳定性——矿山作业中的关键灾害

在露天矿开采中，运动学不稳定性常表现为落石事件，这对作业人员安全造成严重威胁，并破坏生产连续性。如果未能及时处理，这类失稳会危及人员、损坏设备并迫使停产，使日常作业转变为代价高昂的延误。因此，快速探测、分析并减轻此类灾害的能力，对现代矿山在保障安全作业条件与保持生产效率之间取得平衡至关重要。

Transberg方法的优势在于中仿Rocscience的互操作生态系统，尤其是ShapeMetriX(3GSM)、RocSlope3和RocFall3的无缝协作。现场采集的无人机摄影测量数据通过ShapeMetriX处理，生成稳健的三维边坡模型和结构地质图。随后，这些地质数据可无缝导入RocSlope3，进行三维运动学块体稳定性分析，并在RocFall3中进一步评估落石运动距离，优化防护措施。三者共同构建了一个集成的工作流程，将现场数据在近乎实时的情况下转化为可靠的灾害评估结果。

Transberg方法

Encompass Mining的工程师开发了Transberg方法（Guy和Sjoberg在EUROCK2025会议论文第195号中提出），充分利用了Rocscience的RocSlope3与RocFall3以及3GSM的ShapeMetriX的互操作性。这一合作展示了Rocscience生态系统的强大能力——不同阶段的岩土分析工具能够无缝衔接，提供从数据采集到灾害管理的端到端解决方案。

该方法包含以下步骤：

使用无人机采集边坡影像。
在ShapeMetriX中处理影像生成三维模型，并在Analyst工具中进行结构地质测绘，提取节理类型、倾角、倾向、位置及连续性；自动聚类以确定节理组，并在三维模型中空间显示。
将节理数据从ShapeMetriX导出至RocSlope3，开展三维运动学分析，识别可能的块体破坏区并定位可脱落的块体。
RocSlope3输出安全系数（FoS）接近1的区域，以热力图的形式叠加在现有边坡表面上。
在关键区域使用RocFall3进行分析，以评估落石运动距离。落石粒径及恢复系数由现场测定，或通过对已发生的落石事件及轨迹的三维模型反演得到。分析结果用于确定防护措施（如拦石坝）。
使用RocFall3分析结果生成落石灾害图，并制定最优的整体减缓策略。

图1 Transberg方法的六个步骤

案例研究——澳大利亚新南威尔士州

Transberg方法在新南威尔士州中部某露天煤矿进行了试点，该矿区频繁发生小到中等规模的运动学失稳和落石灾害。这些灾害经常干扰钻孔及爆破装药作业，最近一次运动学破坏甚至迫使一条运输道路减为单车道。该矿历史上的节理测绘一直不完整，仅局限于主要构造，因此非常适合应用一种基于无人机的集成灾害评估方法。

该矿采用卡车-电铲剥离的条带开采方式，覆盖层及夹层与煤层一并开采。高帮及残留帮坡发育在二叠纪沉积岩中，包括砂岩、粉砂岩、泥岩和砾岩，无侧限抗压强度在20–50MPa之间。构造测绘显示，节理主要沿东西向及西北–东南向发育。矿坑内常见正断层，断距<2m，倾角70–80°向北；逆断层断距可达~6m，倾角亦为70–80°向北。这种岩石强度差异与陡倾断层的组合，造成了结构复杂、易于运动学失稳的边坡环境。

无人机对5km的帮坡完成测绘（步骤1），耗时约2小时。随后在ShapeMetriX中处理（步骤2），生成了带有坐标基准的三维模型，并测绘出813条节理。