1、2014 年云南省科技进步奖推荐公示 露天矿 高陡 边坡变形监测及预测预报技术 一、 项目基本情况 成果登记号： 云科奖鉴字 099 号 项目名称 露天矿高陡边坡稳定性监测及边坡失稳预测预报 候选人 侯克鹏、李天华、孙华芬、程兴和、李彪、杜长东、倪宏伟、黄 雁、杨世飞、江晨芳、李锡斌、曹虎、夏金龙 候选单位 昆明理工大学 云南磷化集团有限公司尖山磷矿分公司 推荐单位（盖章） 昆明理工学 推荐专业 (学科 )评审委员会 采矿工程 项目所属学科 1 地球科学 项目所属学科 2 项目所属学科 3 主题词 边坡工程；安全监测；变形分析；预测模型；预报模型；综合预测预报 所属国民 经济行业 采矿业 任务
2、来源 云南磷化集团有限公司尖山磷矿分公司 计划下达单位 / 部门 昆明理工大学 计划名称和编号 项目开始时间 2011 年 6 月 项目结束时间 2013 年 9 月 密级 /期限（年） 定密机构 成果应用于生产时间 2012 年 3 月 成果应用单位 数量3 成果类别 授权发明 专利（项） 授权的其他 知识产权 （项） 二、项目简介 （限 1000 字以内） 科技进步奖应包 含项目主要技术内容、授权专利情况、技术经济指标、应用推广及效益情况等内容 。 1、 项目主要技术内容 (1)应用 测量机器人 远程监测技术 ，实现对尖山磷矿边坡进行实时、动态、自动监测 ； (2)提出综合位移 -时间序列
3、分析法、位移速率角分析法、位移矢量角分析法、和位移方位角分析法和三维位移矢量场分析法等方法的综合分析 方法； (3)提出了边坡变形三维位移矢量场分析方法 ； (4)以灰色理论、 BP 神经网络模型原理和时间序列分析法基础 ， 开展了边坡变形趋势预测模型研究 ； (5)以突变理论和分形理论为基础，开展了边坡稳定性预报模型的研 究 ； (6)以非线性灰色时间预测预报模型为基础开展了边坡整体失稳时间预测预报模型研究 ； (7)根据边坡位移 -时间过程曲线、边坡位移矢量角、边坡位移速率角、边坡位移方位角、边坡突变级数以及边坡宏观变形特征，采用定性分析和定量分析方法，建立了注意级（蓝色）、警示级（黄色）
4、、警戒级（橙色）、预报级（红色）四个级别的多参数综合预警判据 ； (8)将预报预警判据以边坡失稳预测预报模型相结合，开展了动态、综合预测预报研究，并编写了综合预测预报程序。实现了尖山磷矿边坡动态、综合预测预报。 2、 主要创新点 (1)提出了边坡 变形三维位移矢量场分析方法； (2)提出了边坡变形时空特征分析方法； (3)实现了边坡变形动态综合分析； (4)建立了边坡失稳破坏四个级别的多参数预警判据； (5)建立了边坡失稳综合预测预报模型； (6)实现了高陡边坡稳定性动态实时预测预报。 3、 技术经济指标 (1)该技术实现对边坡进行 实时、动态、自动监测 。 与常规方法相比测量机器人具有效率高
5、、精度高、自动化程度高、维护方便、运行成本低等优点 ； (2)该技术实现对边坡变形情况的动态、综合分析。可以实时掌握边坡的变形情况、变形趋势等； (3)该技术 实现了边坡动态、 综合预测预报。当边坡进入橙色预警时， 能 及时发出预报， 该技术 发挥了保证尖山磷矿露天采场安全、高效生产的作用 。 4、 应用推广及效益情况 该技术于 2012 年 3 月开始在云南磷化集团有限公司尖山磷矿分公司应用， 至 2014 年 3 月底 ，尖山磷矿 安全 采出了磷矿石 共 680.45 万 t，实现了矿山安全 、 高效开采。 通过尖山磷矿边坡 应用实践表明，该技术达到 保证 了矿山采矿 人员及设备的安全，避
6、免 了 重大事故的发生， 提高矿山的生产效率，较低了矿山的开采成本的目的。 研究成果为 矿业安全管理提供了坚实的理论基础和技术支持 、 为构建平安云南 发挥了重要的作 用 。 因此。该研究成果 具有十分重要的现实意义和巨大的经济与社会效益；同时，对丰富和发展灾害预测预报理论、推动工程地质、环境地质向更高层次发展也具有重要的理论意义。 由于应用效果较好，于是开始在云南磷化集团有限公司、 云南华联锌铟股份有限公司 等单位推广应用。 三、主要科技创新 （限 8000 字以内） 1、提出边坡三维表面位移矢量场分析方法。 实现了对边坡滑移量 大小和滑移方向的同时分析。根据边坡位移现场监测数据，编写程序绘
7、制了边坡三维表面位移矢量场， 根据三维位移矢量场图分析得出，尖山磷矿边坡整体的变形模式为滑移 -弯曲型，即边坡体 上部呈整体下滑趋势，边坡下部 隆起现象较为明显， 隆起 点周围 发生了溃屈破坏。应用研究表明，该方法可以直观、准确地分析边坡变形特征及失稳模式，是一种分析边坡变形失稳模式的一种可靠的新方法。 2、 提出了边坡变形时空特征分析方法 。该方法将边坡位移矢量角和边坡位移方位角的时空特征与边坡几何结构特征结合起来，为边坡危险性分区提供了科学的依据。 3、实现了边坡变形的实时、动态综合分析。 在对边坡的滑移机理进行分析的基础上，认为对边坡体上监测点的变形量的大小由监测点的位移量或位移速率角来
8、决定，边坡体上监测点的运动方向由位移矢量角和方位角来决定，传统的分析方法只考虑位移量或位移速率的大小，没考虑滑移方向来综合分析，这种分析方法不够全面。因此，本项目提出综合位移 -时间序列分析法、位移速率角分析法、位移矢量角分析法、和位移方位角分析法和三维位移矢量场分析法等方法的综合分析，并编写程序，实现了边坡变形的实时、动态综合分析。 4、 实现了边坡动态、综合预测预报。 根据边坡体上各监测点的位移 -时间过程曲线、 位移切线角、位移矢量角、位移方位角 以及边坡失稳破坏裂缝分布 的时空特征，建立了注意级（蓝色）、警示级（黄色）、警戒级（橙色）、预报级（红色）四个级别的多参数预警判据 5、 建立
9、了边坡失稳综合预测预报模型。 在时间序列分析法、灰色系统理论、 BP 人工神经网络 、突变理论、分形理论 等全面研究的基础上， 建立了边坡失稳综合预测预报模型。 6、 实现了高陡边坡稳定性动态实时预测预报 。 将预报预警判据 与 边坡失稳预测预报模型相结合，开展了动态、综合预测预报研究，并编写了综合预测预报程序。 高陡边坡稳定性动态实时预测预报 。 四、候选 单位和主要候选人对项目的贡献情况 (1)候选单位对项目的贡献情况 第一候选 单位昆明理工大学 ，主要贡献是： 1、 确定了研究技术路线， 设计了 课题 的监测 方案； 2、提出课题研究的 监测 数据 预处理方法、监测数据动态综合分析方法
10、， 边坡失稳综合预测预报方法 ； 3、完成研究报告及课题验收； 4、推动研究成果在 边坡工程监测 工作中的应用和验证。 第二候选单位 云南磷化集团有限公司尖山磷矿分公司 ，主要贡献是： 1、组织完成 监测 方案 的 审查 ； 2、根据监测方案建立监测系统，完成监测数据的收集；3、协调、解决课题开展中的困难，组织完成研究报告 及课题验收，对研究成果进行审核； 4、协助推动研究成果的应用和验证。 (2)主要候选人对项目的贡献情况 本成果候选人共有 13 人。主要候选人对项目的贡献情况如下： 第一候选人 侯克鹏 ， 主要贡献： 1、 确定了研究技术路线 ； 2、 组织完成 课题的 研究 内容 ， 研
11、究报告 的 审核 和 修改 ，协助完成 课题验收； 3、推动研究成果的应用。 第二候选人 李天华 ， 主要贡献： 1、 组织课题实施 ， 确立研究思路 。； 2、协调相关部门座谈，技术资料把关； 3、研究成果的审核，组织完成研究报告及课题验收； 4、 协助 推动研究成果的应用。 第三候选人 孙华芬，主要贡献： 1、 参与制定研究方案、明确研究内容、构建研究框架、建立技术体系，对技术数据来源进行把关； 2、参与调研 和 数据资料分析 处理 ，对 边坡失稳预测预报方法进行研究 ； 3、对研究初步成果进行总结。 其他候选人及贡献详见 下 表。 姓 名 性别 出生年月 技术职称 文化程度 工作单位 对
12、成果创造性贡献 侯克鹏 男 1966.02 教授 博士 /博士后 昆明理工大学 课题技术总负责、研究技术路线制定、研究成果分析、报告编写等 李天华 男 1966.6 高级 硕士 云南磷化集团有限公司 项目总负责 孙华芬 女 1984.05 中级 博士 昆明理工大学 监测方案设计、监测数据分析、预测预报方法研究、报告编写等 程兴和 男 1963.10 高级 本科 云南磷化集团有限公司 项目 管理 、协调 李彪 男 1965.8 高级 本科 云南磷化集团有限公司 项目 管理 、安全检查、审核 倪宏伟 男 1969.2 高级 本科 云南磷化集团有限公司尖山磷矿分公司 现场实施、方案讨论 黄 雁 男 1970.12 初级 中专 云南磷化集团有限公司尖山磷矿分公司 现场监管、方案实施 杨世飞 男 1980.10 中级 本科 云南磷化集团有限公司 尖山磷矿分公司 协助现场调查 江晨芳 女 1989.8 初级 硕士研究生 昆明理工大学 现场调查及监测方案设计 李锡斌 男 1981.6 中级 本科 云南磷化集团有限公司尖山磷矿分公司 监测日常工作管理 曹虎 男 1986.7 初级 专科 云南磷化集团有限公司尖山磷矿分公司 监测系统维护 夏金龙 男 1988.6 初级 本科 云南磷化集团有限公司尖山磷矿分公司 监测系统维护
