現代測量技術在固體礦山的應用實踐

鐘文君

（廈門閩礦測繪院，福建 廈門 361004）

人們對礦山測量技術已有大量研究。以礦山測量的發展學派看，固體礦山測量技術學派可以分成德俄學派與美英學派。前兩個學派觀點存在一定差異，主要表現在對礦山測量技術的定義及其內涵上。從歷史發展角度看，德國的礦山測量技術的起源最早可以追溯至16世紀。當時，沙俄的測量學科水平低于德國，俄國的知名大學中有關礦山測量的知名教授大多數來自德國，因此，俄國的礦山測量在18世紀中葉開始發展。進入20世紀初期及之后的發展中，一大批的蘇聯學者進行了辛勤的努力研究，在20世紀的中葉正式形成了較為完整的礦山測量技術框架，而且測量水平達到世界先進水準。從內涵上看，礦山測量不僅僅包含深埋于地下的固體礦山測量，也包括露天礦山的測量，具體又有2個大的分支，即礦藏幾何學與巖層移動和建筑物保護。礦山測量工作貫穿于礦山從勘探至建立生產的每個環節，所以，礦山測量技術方法也需要緊密聯系科學技術的發展。將先進技術融入進礦山測量的各個方面，當然礦山測量技術也需要結合礦山的具體特點，更大程度上拓展礦山測量的生存空間，有利于提升礦山測量技術與設備的更新換代，更加適應礦山發展的需要及社會經濟進步的需求。

1 全站儀的應用

全站儀是現今測量行業應用最為廣泛的測繪儀器之一，其融合了電子技術與光學技術，功能上也是集光電測量儀器、集測距儀、電子經緯儀等為一體的現代化測量設備，目前全站儀的發展正朝著智能化方向不斷邁進。智能化的全站儀的優點是集成了光學、電磁學的最新研究發明，能夠實現測距與測角為一體的科學儀器。世界上較為先進的全站儀主要通過內部存儲器、存儲卡以及電子手簿三者結合的方式進行數據記錄，而且其傳輸數據采用雙路形式，可以收到外部計算機指令、通過計算機進行數據輸入，也可以將數據輸向計算機。基于智能全站儀所具備的各項優勢，使其在礦山測量工作中不斷推廣應用，分別在礦山的井下、地面控制、地形、工程等測量工作中發揮巨大優勢。

從測量技術的發展方向來看，全站儀這種智能化和數字化的儀器是礦山測量儀器未來發展的重要方面。應用全站儀測量技術與計算機技術可構建三維數字礦山模型，這樣就為礦山的生產運營管理提供了堅實、科學的支撐，逐漸代替了傳統的人工錄入、重復計算等大量低效率的工作。與此同時，智能全站儀也在礦山地表進行移動監測、實施土地復墾、礦區建筑項目施工等方面得到應用，現代技術的不斷應用不僅使得效率得到提升，速度不斷加快，而且精度也極大提高。

2 空間信息技術

全球定位系統（GPS）、遙感（RS）和地理信息系統（GIS）構成了空間信息技術的主體技術內容。遙感技術應用于礦山測量領域已經歷了較長一段時間，積累的經驗也較為豐富，航空遙感數據是礦區制作地形圖的重要資料來源之一，對相片采取校正與目視判讀，再通過野外調繪過程，可以基本實現一幅地形圖的測繪工作。與傳統測圖技術比較而言，采用遙感數據進行測圖的速效率高、成本低廉且精度有保障。目前，將航天遙感技術應用于礦山測量之中仍處于研究階段。礦區的遙感數據能夠反映礦區的綜合信息，用于監測礦區環境，很大程度上服務了礦區環境保護。遙感數據在地質勘探、工程地質研究等領域已經發揮了巨大的技術優勢。

GPS應用于礦山測量工作，從而逐步代替了傳統的礦山地面測繪作業。比如，采用GPS技術監測礦區地表移動情況，同時，也可以監測水文觀測孔的高程、改造礦區控制網等。隨著GPS設備性能的不斷提升，氣已經是現代礦山測量工作中不可或缺的技術手段。

礦區資料源環境信息系統（MRIES）主要是在礦區中采用地理信息技術來構建的，已逐漸成為礦山測錄的發展方向。在構建的礦區資源環境信息系統的基礎上，使用多種測量技術獲取數據，用以建立更加自動化與智能化的地理信息系統，同時，也是礦山實現可持續發展的技術支持系統。先期的礦山測量工作是MRRIS建立的前提，而MRRIS是礦山測量工作的未來趨勢。

3 礦山GPS網的建立

在礦山建立GPS網主要是構建高精度施工控制網，在這些高精度控制網點的參考下對施工的實際要求進行指導。進行各種GPS數據的處理過程中，首要的是在WGS-84坐標系中進行三維平差，這樣就可以保證GPS差分相對定位的準確程度。與此同時，在許多坐標切換中，不會面臨著由WGS-84坐標向我國參心坐標系之間的轉換過程，所以，一般不會在“轉換參數”過程中受到誤差影響。GPS控制網也不與國家平面控制網之間進行聯測，也不會由于地面控制網的測量誤差而受到影響，依舊保持著原先GPS差分高精度定位效果。采用GPS方法在礦區建立的具有獨立坐標系的工程平面控制網，通過必要的數據處理與坐標轉換可以實現貫通測量與礦區施工測量的精度需要。

4 慣性測量系統

從本質上看，慣性測量是導航定位技術之一，其擁有全時段、自動化、快捷靈活的優點，是礦山各種測量作業中逐步實現了自動化的一種新技術方法。其采用慣性導航機理，可以在一個時間段內獲得多種大地測量數據（例如高程、經緯度、方位角等）。慣性測量通常分成兩大類（捷聯式系統與平臺式系統），在現在礦山測繪領域中的應用主要有5個方面：①礦井管線的監測與定位。礦山所處地殼的形變以及監測地表沉陷等。②控制測量。主要是對現有的控制點的檢核與加密、控制航測等。③固體礦山的井下定位、建筑工程的測量等。④地震、重力測量，地球物理研究。⑤井筒和罐道梁的垂直性監測等。GPS與慣性測量的互相融合是未來礦山測量工作實現高精度定位與導航的重要發展目標。二者的融合能夠使GPS與慣性測量技術在性能優勢互補，實現了從整體大地測量模型的角度去處理數據，與此同時，也確立了三維坐標及大地水準面，進一步保證了礦山工作中的定位與導航的高精平穩運行。

5 虛擬現實技術

隨著固體礦山采礦進程的深入，井下的事故發生頻率也逐年增加。究其原因，主要有安全管理不到位、作業沒有按照規范進行以及低劣的工程質量等。工程質量的低劣則是對礦山安全威脅最嚴重的一個。

在礦山的開發利用過程中，為了保證生產過程的安全、可靠，一般都會模擬礦山的實際生產環境，這就會借助必要的虛擬現實技術來實現，虛擬現實技術的主要特點是：呈現逼真的形象，其交互性也非常強大。同時，可采用計算機的繪圖軟件及虛擬現實手段，對已發生的事故過程進行快速、準確的重現。這樣的技術有助于事故調查者對事故的前后過程進行有效掌握。通過不同層面的觀測分析，進一步對事故產生的原因進行科學判定。

6 結束語

在礦山開采過程中，科學的礦山測量技術為安全生產的實現提供了重要保證，因此，對礦山測量工作應該引起礦山相關從業者的高度關注。測量手段的現代化能夠幫助礦山全面、高效、精準地完成測量目標。隨著科學技術的不斷發展，在未來越來越多的先進技術將注入到礦山測量的領域中，不斷促進礦山測量向著現代化水準推進。

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