淺談礦山測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

礦山測量是在礦山建設(shè)和采礦過程中，為礦山的規(guī)劃設(shè)計、勘探建設(shè)、生產(chǎn)和運營管理以及礦山報廢等進行的測繪工作。它是綜合運用測量、地質(zhì)及采礦等多種學(xué)科的知識,來研究和處理礦山地質(zhì)勘探、建設(shè)和采礦過程中由礦體到圍巖，從地面到井下在靜態(tài)和動態(tài)下的各種空間幾何問題的學(xué)科。

1 礦山測量的概述

1.1 礦山測量研究對象及任務(wù)

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

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

（1）建立井上和井下測量控制系統(tǒng)，測繪地形圖；

（2）礦山建設(shè)中的施工測量；

（3）測繪各種圖紙；

（4）對資源利用和生產(chǎn)情況進行檢查與監(jiān)督；

（5）“三下”開采和礦柱留設(shè)；

（6）土地復(fù)墾和環(huán)境治理；

（7）礦區(qū)內(nèi)地籍測量；

（8）礦區(qū)月、季、年生產(chǎn)計劃和長遠(yuǎn)規(guī)劃。

1.2 礦山測量的作用

（1）保證作用

通過及時提供反映生產(chǎn)狀況的各種圖紙,準(zhǔn)確掌握儲量變動情況,參與采礦計劃的制定。

（2）監(jiān)督作用

礦山測量人員要依靠有關(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。

（3）安全指導(dǎo)作用

利用各種圖紙，及時正確指導(dǎo),使采礦巷道不掘進到危險區(qū)。同時預(yù)測采空后巖層與地表移動范圍,避免建筑物和人員安全事故發(fā)生。

2 礦山測量的工作

2.1 近井點和水準(zhǔn)基點測量

近井點及水準(zhǔn)基點是設(shè)置在坑道、豎井井口附近的控制點。它是指導(dǎo)坑道、豎井掘進、施測坑（井）口位置點和坑道內(nèi)導(dǎo)線測量的起算點，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產(chǎn)生塌陷的現(xiàn)象。因此在布設(shè)近井點時，除在采礦范圍內(nèi)布設(shè)兩三個外，還應(yīng)在采礦范圍外布設(shè)幾個，一般通過建立GPS網(wǎng)來完成。

水準(zhǔn)基點是通過布設(shè)水準(zhǔn)導(dǎo)線，與國家水準(zhǔn)點聯(lián)測，通過水準(zhǔn)儀獲得水準(zhǔn)基點高程。水準(zhǔn)基點的精度應(yīng)達(dá)到國家四等高程控制點的要求。

無論是近井點還是水準(zhǔn)點基點的選擇都應(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、斜井及豎井進行地下的開挖工作。為保證井下工程沿設(shè)計方向掘井，應(yīng)通過平峒、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，該項工作稱為聯(lián)系測量。通過平峒、斜井及豎井的聯(lián)系測量可由導(dǎo)線測量、水準(zhǔn)測量、三角高程測量完成。聯(lián)系測量分為平面聯(lián)系測量和高程聯(lián)系測量。其主要作用有：

（1）保證井下工程按照設(shè)計圖紙正確施工，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)系測量分為幾何（一井、兩井）定向和陀螺定向。幾何定向測量主要分為投點和連接測量；陀螺定向一般通過陀螺經(jīng)緯儀來完成。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，實現(xiàn)自動尋找真北方向從而測定地面和井下工程中任意測站的大地方位角。

高程聯(lián)系測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)測量和三角高程測量方法直接導(dǎo)入。

2.3 井下平面和高程控制測量

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

井下導(dǎo)線的布設(shè)按照“高級控制低級”的原則進行。我國《煤礦測量規(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)線應(yīng)布設(shè)成閉合導(dǎo)線、附合導(dǎo)線或者支導(dǎo)線。

基本控制導(dǎo)線一般從井底車場的起始邊開始，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)。

井下高程控制測量的任務(wù)是，測定井下巷道中各種測點的高程，建立一個與地面統(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)的幾何問題。井下高程控制測量可分為井下水準(zhǔn)測量和井下三角高程測量。

2.4 井下施工測量

礦井施工測量的主要任務(wù)是根據(jù)各種施工設(shè)計的圖紙和資料，按設(shè)計要求將施工對象標(biāo)定于實地，并在施工過程中，不斷進行檢查，以確保工程質(zhì)量達(dá)到設(shè)計所規(guī)定的要求。主要測量任務(wù)有：

（1）井筒中心和十字中線的標(biāo)定；

（2）豎井井筒掘進時的施工測量包括：標(biāo)定井筒鎖口、標(biāo)定掘進與砌壁時井筒中心垂球線的位置、標(biāo)定梁窩線和牌子線的位置、定期丈量井筒掘砌深度等；

（3）掘進井底車場時的測量工作；

（4）特殊鑿井時的測量工作。

2.5 巷道及回采面的測量

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

（1）根據(jù)采礦設(shè)計標(biāo)定巷道掘進的方向和坡度，并隨時檢查和糾正，此項工作稱為巷道中線和腰線標(biāo)定；

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

（3）測繪回采面的實際位置，統(tǒng)計產(chǎn)量和儲量變動情況，此項工作稱為回采面測量；

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

3 礦山測量的新技術(shù)

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，開發(fā)出了新一代的電子測繪儀器，形成了以GPS、RS、GIS為代表的3S技術(shù)。他們在礦山測量中的應(yīng)用形成了“數(shù)字礦山”。數(shù)字礦山指在礦山范圍內(nèi)建立一個以三維坐標(biāo)為主線，將礦山信息構(gòu)建成一個礦山信息模型，以描述礦山空間中每一點的全部信息，并按三維坐標(biāo)組織、存儲起來，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)，通過多種技術(shù)的匯聚，為礦產(chǎn)資源開發(fā)、開采規(guī)劃、采選加工、生產(chǎn)過程管理、生產(chǎn)安全與經(jīng)營決策提供信息技術(shù)平臺和工具。建設(shè)數(shù)字礦山，將礦產(chǎn)資源的發(fā)現(xiàn)與開發(fā)工作從分類資料的順序處理改變?yōu)閷崟r資料的并行處理，建立快速反饋的動態(tài)礦山模型，對煤礦生產(chǎn)過程和經(jīng)濟活動進行動態(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

礦山測量服務(wù)于礦山勘探、設(shè)計、開發(fā)和生產(chǎn)運營的各個階段。它作為一門交叉性的科學(xué)，而現(xiàn)代測繪技術(shù)的發(fā)展，必然促進礦山測量的進一步發(fā)展。以現(xiàn)代測繪技術(shù)、礦山工程技術(shù)和相關(guān)科學(xué)技術(shù)為基礎(chǔ)的礦山測量，必將會形成集數(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、自動化的技術(shù)系統(tǒng)。

［1］張正祿.工程測量學(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：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2007.

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

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