淺談礦山測(cè)量的主要工作及其新技術(shù)

谷全志

（寧夏回族自治區(qū)煤田地質(zhì)局，寧夏 銀川 750011）

0 引言

礦山測(cè)量是在礦山建設(shè)和采礦過(guò)程中，為礦山的規(guī)劃設(shè)計(jì)、勘探建設(shè)、生產(chǎn)和運(yùn)營(yíng)管理以及礦山報(bào)廢等進(jìn)行的測(cè)繪工作。它是綜合運(yùn)用測(cè)量、地質(zhì)及采礦等多種學(xué)科的知識(shí),來(lái)研究和處理礦山地質(zhì)勘探、建設(shè)和采礦過(guò)程中由礦體到圍巖，從地面到井下在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)下的各種空間幾何問(wèn)題的學(xué)科。

1 礦山測(cè)量的概述

1.1 礦山測(cè)量研究對(duì)象及任務(wù)

由于礦山測(cè)量研究的對(duì)象是礦山的井筒、巷道、采場(chǎng)、工作面、臺(tái)階、剖面等的定位與描述。因此，它與地形測(cè)量相比，在測(cè)量對(duì)象、工作條件以及精度分布等方面具有不同的特點(diǎn)。

礦山測(cè)量的測(cè)量環(huán)節(jié)包括：建立地面控制網(wǎng)、井上與井下的聯(lián)系測(cè)量、井下巷道中的控制、施工及日常的巷道及回采面測(cè)量，具體測(cè)量任務(wù)包括：

（1）建立井上和井下測(cè)量控制系統(tǒng)，測(cè)繪地形圖；

（2）礦山建設(shè)中的施工測(cè)量；

（3）測(cè)繪各種圖紙；

（4）對(duì)資源利用和生產(chǎn)情況進(jìn)行檢查與監(jiān)督；

（5）“三下”開(kāi)采和礦柱留設(shè)；

（6）土地復(fù)墾和環(huán)境治理；

（7）礦區(qū)內(nèi)地籍測(cè)量；

（8）礦區(qū)月、季、年生產(chǎn)計(jì)劃和長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃。

1.2 礦山測(cè)量的作用

（1）保證作用

通過(guò)及時(shí)提供反映生產(chǎn)狀況的各種圖紙,準(zhǔn)確掌握儲(chǔ)量變動(dòng)情況,參與采礦計(jì)劃的制定。

（2）監(jiān)督作用

礦山測(cè)量人員要依靠有關(guān)法規(guī)和規(guī)定,經(jīng)常檢查各種采掘工程質(zhì)量,以減少資源浪費(fèi)。

（3）安全指導(dǎo)作用

利用各種圖紙，及時(shí)正確指導(dǎo),使采礦巷道不掘進(jìn)到危險(xiǎn)區(qū)。同時(shí)預(yù)測(cè)采空后巖層與地表移動(dòng)范圍,避免建筑物和人員安全事故發(fā)生。

2 礦山測(cè)量的工作

2.1 近井點(diǎn)和水準(zhǔn)基點(diǎn)測(cè)量

近井點(diǎn)及水準(zhǔn)基點(diǎn)是設(shè)置在坑道、豎井井口附近的控制點(diǎn)。它是指導(dǎo)坑道、豎井掘進(jìn)、施測(cè)坑（井）口位置點(diǎn)和坑道內(nèi)導(dǎo)線(xiàn)測(cè)量的起算點(diǎn)，一般均埋設(shè)標(biāo)石。

由于地下礦山工程涉及范圍較大，并且在其采礦區(qū)域內(nèi)，地面由于采礦影響會(huì)產(chǎn)生塌陷的現(xiàn)象。因此在布設(shè)近井點(diǎn)時(shí)，除在采礦范圍內(nèi)布設(shè)兩三個(gè)外，還應(yīng)在采礦范圍外布設(shè)幾個(gè)，一般通過(guò)建立GPS網(wǎng)來(lái)完成。

水準(zhǔn)基點(diǎn)是通過(guò)布設(shè)水準(zhǔn)導(dǎo)線(xiàn)，與國(guó)家水準(zhǔn)點(diǎn)聯(lián)測(cè)，通過(guò)水準(zhǔn)儀獲得水準(zhǔn)基點(diǎn)高程。水準(zhǔn)基點(diǎn)的精度應(yīng)達(dá)到國(guó)家四等高程控制點(diǎn)的要求。

無(wú)論是近井點(diǎn)還是水準(zhǔn)點(diǎn)基點(diǎn)的選擇都應(yīng)選擇在地基穩(wěn)定，不易被破壞的地方。

2.2 聯(lián)系測(cè)量（定向和傳遞標(biāo)高）

在礦山工程中，可使用平峒、斜井及豎井進(jìn)行地下的開(kāi)挖工作。為保證井下工程沿設(shè)計(jì)方向掘井，應(yīng)通過(guò)平峒、斜井及豎井將地面的平面坐標(biāo)系統(tǒng)及高程系統(tǒng)傳遞到井下，該項(xiàng)工作稱(chēng)為聯(lián)系測(cè)量。通過(guò)平峒、斜井及豎井的聯(lián)系測(cè)量可由導(dǎo)線(xiàn)測(cè)量、水準(zhǔn)測(cè)量、三角高程測(cè)量完成。聯(lián)系測(cè)量分為平面聯(lián)系測(cè)量和高程聯(lián)系測(cè)量。其主要作用有：

（1）保證井下工程按照設(shè)計(jì)圖紙正確施工，確保巷道的貫通；

（2）確定井下工程與地面建筑物、構(gòu)筑物、鐵路、河湖等之間的相對(duì)位置關(guān)系，保證井下工程和地面設(shè)施的安全。

平面聯(lián)系測(cè)量分為幾何（一井、兩井）定向和陀螺定向。幾何定向測(cè)量主要分為投點(diǎn)和連接測(cè)量；陀螺定向一般通過(guò)陀螺經(jīng)緯儀來(lái)完成。陀螺經(jīng)緯儀是陀螺儀和經(jīng)緯儀結(jié)合在一起的儀器。他利用陀螺儀本身的物理特性及地球自轉(zhuǎn)的影響，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)尋找真北方向從而測(cè)定地面和井下工程中任意測(cè)站的大地方位角。

高程聯(lián)系測(cè)量是為了使地面和井下建立統(tǒng)一的高程系統(tǒng)，應(yīng)通過(guò)斜井、平峒和豎井將地面高程傳遞到井下巷道中，可從地面用水準(zhǔn)測(cè)量和三角高程測(cè)量方法直接導(dǎo)入。

2.3 井下平面和高程控制測(cè)量

井下控制測(cè)量包括平面控制測(cè)量和高程控制測(cè)量。平面控制測(cè)量由于受井下條件的限制，使得測(cè)量方法較為單一，只能布設(shè)導(dǎo)線(xiàn)。高程控制測(cè)量方法有水準(zhǔn)測(cè)量、三角高程測(cè)量。

井下導(dǎo)線(xiàn)的布設(shè)按照“高級(jí)控制低級(jí)”的原則進(jìn)行。我國(guó)《煤礦測(cè)量規(guī)程》規(guī)定，井下平面控制分為基本控制和采區(qū)控制，導(dǎo)線(xiàn)應(yīng)布設(shè)成閉合導(dǎo)線(xiàn)、附合導(dǎo)線(xiàn)或者支導(dǎo)線(xiàn)。

基本控制導(dǎo)線(xiàn)一般從井底車(chē)場(chǎng)的起始邊開(kāi)始，沿礦井主要巷道布設(shè)，通常每隔一段應(yīng)用陀螺儀定向，以提供檢核和方位的條件。

采區(qū)控制導(dǎo)線(xiàn)沿采區(qū)上、下山、中間巷道以及其他次要巷道布設(shè)。

井下高程控制測(cè)量的任務(wù)是，測(cè)定井下巷道中各種測(cè)點(diǎn)的高程，建立一個(gè)與地面統(tǒng)一的井下高程控制系統(tǒng)，確定各種采掘巷道、峒室在豎直方向上的位置及相互關(guān)系，以解決各種采掘工程在豎直面內(nèi)的幾何問(wèn)題。井下高程控制測(cè)量可分為井下水準(zhǔn)測(cè)量和井下三角高程測(cè)量。

2.4 井下施工測(cè)量

礦井施工測(cè)量的主要任務(wù)是根據(jù)各種施工設(shè)計(jì)的圖紙和資料，按設(shè)計(jì)要求將施工對(duì)象標(biāo)定于實(shí)地，并在施工過(guò)程中，不斷進(jìn)行檢查，以確保工程質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)所規(guī)定的要求。主要測(cè)量任務(wù)有：

（1）井筒中心和十字中線(xiàn)的標(biāo)定；

（2）豎井井筒掘進(jìn)時(shí)的施工測(cè)量包括：標(biāo)定井筒鎖口、標(biāo)定掘進(jìn)與砌壁時(shí)井筒中心垂球線(xiàn)的位置、標(biāo)定梁窩線(xiàn)和牌子線(xiàn)的位置、定期丈量井筒掘砌深度等；

（3）掘進(jìn)井底車(chē)場(chǎng)時(shí)的測(cè)量工作；

（4）特殊鑿井時(shí)的測(cè)量工作。

2.5 巷道及回采面的測(cè)量

巷道及回采面測(cè)量是指巷道掘進(jìn)和工作面回采時(shí)的測(cè)量工作。它是礦井日常測(cè)量工作的主要內(nèi)容。巷道和回采面測(cè)量是在井下平面和高程控制測(cè)量的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，其任務(wù)主要包括：

（1）根據(jù)采礦設(shè)計(jì)標(biāo)定巷道掘進(jìn)的方向和坡度，并隨時(shí)檢查和糾正，此項(xiàng)工作稱(chēng)為巷道中線(xiàn)和腰線(xiàn)標(biāo)定；

（2）及時(shí)準(zhǔn)確地測(cè)定巷道的實(shí)際位置，檢查巷道的規(guī)格質(zhì)量和丈量巷道進(jìn)尺，并把巷道填繪在有關(guān)的平面圖、立面圖和剖面圖上；

（3）測(cè)繪回采面的實(shí)際位置，統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量和儲(chǔ)量變動(dòng)情況，此項(xiàng)工作稱(chēng)為回采面測(cè)量；

（4）有關(guān)采礦工程、井下鉆探、地質(zhì)特征點(diǎn)、瓦斯突出點(diǎn)和涌水點(diǎn)的測(cè)定等。

3 礦山測(cè)量的新技術(shù)

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)發(fā)出了新一代的電子測(cè)繪儀器，形成了以GPS、RS、GIS為代表的3S技術(shù)。他們?cè)诘V山測(cè)量中的應(yīng)用形成了“數(shù)字礦山”。數(shù)字礦山指在礦山范圍內(nèi)建立一個(gè)以三維坐標(biāo)為主線(xiàn)，將礦山信息構(gòu)建成一個(gè)礦山信息模型，以描述礦山空間中每一點(diǎn)的全部信息，并按三維坐標(biāo)組織、存儲(chǔ)起來(lái)，并提供有效、方便和直觀的檢索手段和顯示手段，使有關(guān)人員都可以快速準(zhǔn)確、充分和完整地了解及利用礦山各方面的信息。它是基于信息技術(shù)，通過(guò)多種技術(shù)的匯聚，為礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)、開(kāi)采規(guī)劃、采選加工、生產(chǎn)過(guò)程管理、生產(chǎn)安全與經(jīng)營(yíng)決策提供信息技術(shù)平臺(tái)和工具。建設(shè)數(shù)字礦山，將礦產(chǎn)資源的發(fā)現(xiàn)與開(kāi)發(fā)工作從分類(lèi)資料的順序處理改變?yōu)閷?shí)時(shí)資料的并行處理，建立快速反饋的動(dòng)態(tài)礦山模型，對(duì)煤礦生產(chǎn)過(guò)程和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)的把握和快速的控制，是以信息集成、共享和工作協(xié)作為主要特征的綜合管理系統(tǒng)。數(shù)字礦山具有資源數(shù)字化、技術(shù)一體化、信息集成化、業(yè)務(wù)協(xié)同化、管理集約化、決策科學(xué)化、智能化。

4 結(jié)束語(yǔ)

礦山測(cè)量服務(wù)于礦山勘探、設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的各個(gè)階段。它作為一門(mén)交叉性的科學(xué)，而現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)的發(fā)展，必然促進(jìn)礦山測(cè)量的進(jìn)一步發(fā)展。以現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)、礦山工程技術(shù)和相關(guān)科學(xué)技術(shù)為基礎(chǔ)的礦山測(cè)量，必將會(huì)形成集數(shù)據(jù)采集、處理、管理、傳輸、分析、表達(dá)、應(yīng)用、輸出為一體的智能化、自動(dòng)化的技術(shù)系統(tǒng)。

［1］張正祿.工程測(cè)量學(xué)[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2005.

［2］徐水師.數(shù)字礦山新技術(shù)[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2007.

［3］楊文府,張陽(yáng)芳.GPS-RTK與全站儀相結(jié)合在煤田三維地震勘探測(cè)量中的應(yīng)用[J].煤，2006(05).

［4］謝世杰,奚有根.RTK的特點(diǎn)與誤差分析[J].測(cè)繪工程，2002(02).