李桂芹

（山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第五地質(zhì)大隊(duì)，山東 泰安 271000）

礦山工程測(cè)量是指在礦山建設(shè)過程中和開采運(yùn)營(yíng)階段，為滿足于礦山的規(guī)劃設(shè)計(jì)、勘探開發(fā)、生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)和礦山報(bào)廢等需求而針對(duì)地層移動(dòng)、地面沉降、巷道位移、礦山復(fù)墾等特征開展的一種測(cè)量工作[1]。在礦山開發(fā)之前進(jìn)行工程測(cè)量，是保障礦山資源精準(zhǔn)開采、開發(fā)效率最大化的基礎(chǔ)；在礦山開發(fā)階段進(jìn)行工程測(cè)量，是為礦山安全生產(chǎn)提供信息，便于管理者對(duì)安全生產(chǎn)作出決策的重要依據(jù)，因而，其有著“礦山之眼”稱謂。

近年來，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，礦產(chǎn)資源產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，礦山規(guī)模不斷擴(kuò)大，開采深度不斷增加，工程測(cè)量工作面臨的挑戰(zhàn)不斷升級(jí)，傳統(tǒng)的測(cè)量方法越來越難以滿足當(dāng)今需求。

與此同時(shí)，我國(guó)工程測(cè)量技術(shù)也快速發(fā)展，尤其是露天礦山測(cè)量領(lǐng)域，已逐步為GPS、RTK等高效、快速、精準(zhǔn)的測(cè)量手段所占據(jù)[2]。本文在對(duì)GNSS全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的技術(shù)原理和特點(diǎn)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合GNSS測(cè)量技術(shù)在礦山工程測(cè)量中的應(yīng)用分析，向讀者系統(tǒng)展示了GNSS測(cè)量技術(shù)的優(yōu)越性，為今后GNSS測(cè)量技術(shù)在礦山測(cè)量工作廣泛應(yīng)用提供了經(jīng)驗(yàn)借鑒。

1 GNSS技術(shù)原理和特點(diǎn)分析

GNSS全稱全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，是由美國(guó)的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、歐洲的伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、俄羅斯的GLONASS全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、中國(guó)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)以及日本的MSAS多功能運(yùn)輸衛(wèi)星增強(qiáng)系統(tǒng)等多個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航定位及其增強(qiáng)型系統(tǒng)所拼湊組成的大系統(tǒng)，是通過人造衛(wèi)星發(fā)送和接收空間地理信息，為全球提供全時(shí)段、高精度的地理坐標(biāo)、速度與時(shí)間信息服務(wù)的無線電導(dǎo)航系統(tǒng)，是利用衛(wèi)星之間的偽距、星歷、衛(wèi)星發(fā)射時(shí)間等信息進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量和精準(zhǔn)定位的技術(shù)方法。其工作原理是空間測(cè)距交會(huì)，是通過某一測(cè)量基準(zhǔn)站的一個(gè)固定坐標(biāo)為參考，采集4顆以上衛(wèi)星的三維空間坐標(biāo)作比對(duì)，得到基準(zhǔn)站與衛(wèi)星之間的差值，進(jìn)而計(jì)算確定高精準(zhǔn)的測(cè)量基站空間信息，其測(cè)試結(jié)果能夠精確到毫米級(jí)別，能夠有效提升測(cè)量的質(zhì)量[3]。具體的是，首先以地面主控站為基點(diǎn)，采集范圍內(nèi)各監(jiān)測(cè)站的觀測(cè)資料和氣象信息，然后，通過內(nèi)設(shè)系統(tǒng)計(jì)算采集的各衛(wèi)星的星歷表和衛(wèi)星鐘改正數(shù)，再通過注入站向GPS衛(wèi)星注入按規(guī)定的格式編輯導(dǎo)航電文。

用戶測(cè)量定位時(shí)，系統(tǒng)利用接收機(jī)的儲(chǔ)存星歷，初步計(jì)算出各衛(wèi)星的大致空間位置，然后，利用計(jì)算機(jī)選擇四顆范圍較廣的衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè)，確定GNSS系統(tǒng)衛(wèi)星的空間位置坐標(biāo)，進(jìn)而精確解算衛(wèi)星測(cè)站的具體位置坐標(biāo)。該方法能夠獲取豐富的導(dǎo)航信息，可以提高衛(wèi)星導(dǎo)航用戶的可用性、精確性、完備性、可靠性，與此同時(shí)，GNSS技術(shù)適應(yīng)性強(qiáng)，無嚴(yán)苛的限制條件，操作簡(jiǎn)便，兼容度較高，可極大的提升工程測(cè)量數(shù)據(jù)的收集與處理速度，應(yīng)用領(lǐng)域廣闊、前景極大。目前，常用的GNSS接收機(jī)主要有：天寶R8系列、徠卡GS12、GS15系列、拓普康HiPer Ga/Gb系列、南方靈銳S86系列、S82c系列、中海達(dá)IRTK1代、IRTK2代等。

2 GNSS技術(shù)在礦山測(cè)量中的應(yīng)用

目前，GNSS技術(shù)已廣泛應(yīng)用于土地調(diào)查、地籍測(cè)量、地質(zhì)勘查、礦山測(cè)量等領(lǐng)域，其中，礦山測(cè)量中具有廣闊利用前景的領(lǐng)域主要體現(xiàn)在礦區(qū)大比例尺地形圖的測(cè)繪、礦區(qū)的變形監(jiān)測(cè)、露天礦區(qū)的控制測(cè)量、爆破鉆孔的放樣等。

2.1 礦區(qū)大比例尺地形圖的測(cè)繪

隨著礦山開采程度的不斷推進(jìn)，尤其是機(jī)械化作業(yè)精細(xì)程度不足帶來的影響，礦山地形現(xiàn)狀的變化日新月異、且不可預(yù)測(cè)，需要不斷地對(duì)礦山地形進(jìn)行補(bǔ)測(cè)、加密測(cè)量，才能滿足管理層做決策所需的信息。

然而，傳統(tǒng)的三角網(wǎng)控制測(cè)量方法具有操作要求高、人員配備多、工作量大、速度慢，且易受氣候環(huán)境等不利因素限制等缺點(diǎn)，應(yīng)用上逐步捉襟見肘。GNSS測(cè)量技術(shù)僅需將基準(zhǔn)站架設(shè)在礦山地形高點(diǎn)，一人操作流動(dòng)站即可在開闊平坦的區(qū)域?qū)嵭凶鳂I(yè)，三秒內(nèi)即可完成一個(gè)測(cè)量點(diǎn)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)的采集?；氐绞覂?nèi)，測(cè)量人員僅需將數(shù)據(jù)導(dǎo)出，利用成圖軟件結(jié)合測(cè)量點(diǎn)編碼即可制作地形圖，這大大減少了測(cè)量工作者的工作量。正因?yàn)檫@高效簡(jiǎn)便的操作流程，大大提高了大比例尺地形圖的更新率，為礦山管理層對(duì)礦山的各項(xiàng)建設(shè)進(jìn)行實(shí)時(shí)管理提供了可能。

2.2 礦區(qū)的變形監(jiān)測(cè)

在礦山開采過程中，隨著開采深度不斷加大，地形相對(duì)高差逐步增大，邊坡數(shù)量不斷增加，出現(xiàn)崩塌的可能性不斷加大，與此同時(shí)，受采空區(qū)影響，礦山周邊地面出現(xiàn)塌陷的風(fēng)險(xiǎn)也不斷增加，開展礦區(qū)變形監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全風(fēng)險(xiǎn)并預(yù)警是避免重大安全事故發(fā)生，保證人員財(cái)產(chǎn)安全的有效手段。然而，變形監(jiān)測(cè)的各項(xiàng)指標(biāo)往往需要達(dá)到毫米級(jí)或者亞毫米級(jí)的精度，這是傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法所難以達(dá)到的。此時(shí)，建立由數(shù)據(jù)采集、傳輸和GNSS數(shù)據(jù)處理中心構(gòu)成的GNSS自動(dòng)化變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定監(jiān)視監(jiān)測(cè)點(diǎn)、無線傳送高精度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，全年連續(xù)對(duì)礦山變形進(jìn)行觀測(cè)的目的，同時(shí)，GNSS數(shù)據(jù)處理中心可實(shí)時(shí)將觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，預(yù)警超過限制的變形，為礦山管理者實(shí)時(shí)掌握礦山安全信息提供可能。

2.3 露天礦區(qū)的控制測(cè)量

傳統(tǒng)露天礦區(qū)的控制測(cè)量方法對(duì)測(cè)站點(diǎn)間的通視有著嚴(yán)格要求，同時(shí)，其還具有操作過程限差較多、工序復(fù)雜，精度難以實(shí)時(shí)掌控、測(cè)量周期較長(zhǎng)等缺點(diǎn)，常常造成不必要的測(cè)量返工。在這種情況下，應(yīng)用GNSS靜態(tài)控制測(cè)量技術(shù)結(jié)合一定的軟件處理（通常情況下，采用RTK即可），即可獲取控制點(diǎn)的平差坐標(biāo)，就能完成對(duì)礦山高效率、高精度的控制測(cè)量，優(yōu)勢(shì)顯著。

2.4 爆破鉆孔的放樣

傳統(tǒng)的礦山爆破鉆孔的放樣多是利用全站儀的放樣功能進(jìn)行的，這對(duì)觀測(cè)員于立鏡員間的配合程度、測(cè)站點(diǎn)與立鏡員之間的通視程度要求較高。在這種情況下，應(yīng)用GNSS技術(shù)，僅需一個(gè)測(cè)量人員利用已導(dǎo)入爆破鉆孔坐標(biāo)的GNSS移動(dòng)站手薄即可準(zhǔn)確地完成放樣工作，效率極高，且不受任何限制，優(yōu)勢(shì)限制。

3 結(jié)語(yǔ)

GNSS技術(shù)在礦山工程測(cè)量中的應(yīng)用具有適應(yīng)性強(qiáng)，無嚴(yán)苛的限制條件，操作簡(jiǎn)便，兼容度較高，可極大的提升工程測(cè)量數(shù)據(jù)的收集與處理速度，可廣泛應(yīng)用于礦區(qū)大比例尺地形圖測(cè)繪、礦區(qū)的變形監(jiān)測(cè)、露天礦區(qū)的控制測(cè)量、爆破鉆孔的放樣等領(lǐng)域。