測繪新技術在煤堆測量中的應用

張建廣

（潞安環能股份有限公司王莊煤礦探放水隊，山西 長治 046031）

煤堆測量主要是為了對煤堆在煤場的分布范圍、煤炭儲量以及煤堆的安全程度進行實時監控，對煤礦生產計劃和煤場的合理化管理起到指導作用，煤場煤堆的測定和管理也直接關系到煤礦工業廣場的安全。采用合理化的技術手段對煤堆進行定期精確的測定，獲取準確實時的煤堆測量數據，是煤堆測量的主要目的。目前，測繪新技術已經在礦山測量中得到了廣泛的應用，測繪新技術的應用是一項重要的技術變革，對獲取準確實時的煤堆數據提供了技術支持。

1 測繪新技術

隨著高新技術的發展，測繪理論和方法發生了根本性的變革，測繪技術向著便捷化、信息化、數字化、網絡化的方向迅速發展，進而衍生出了測繪新技術理論。測繪新技術主要是指儀器設備的新型便捷，數據獲取和數據處理方法的信息數字化，以及數據結果的數字化呈現和數據存儲的信息化管理[1]。由于和計算機信息技術、現代化通信技術的緊密聯系，測繪新技術被廣泛應用到各個建設領域，測繪學不再是單單的測點量距，而成為信息科學的重要組成部分。

礦山測量主要是為礦山設計、開發建設、地質礦產勘探、安全生產等各個階段的工作服務，是對各個階段的空間幾何問題進行研究及處理的一項重要工作。其主要內容包括：大比例尺地形圖的測繪，工程建設施工測量，礦區控制網的建設，井下巷道貫通測量，礦區野外調查，煤堆測量，以及其他服務礦山項目的測量工作。礦山測量的質量和水平，對礦山的生產建設有重要的指導意義，隨著高新技術和信息時代的發展，煤礦企業開始實施“綠色礦山”、“數字化礦山”戰略，為了滿足煤礦企業的發展，測繪新技術得到了廣泛的應用。測繪新技術在礦山的應用主要包括全站儀測量技術的應用、“3S”技術應用、慣性測量系統技術應用、數字化制圖技術應用以及其他先進技術手段的應用，測繪新技術是礦山測量步入數字化、信息化的一種新技術和新理論，也是滿足礦山發展對礦山要求的重要技術方法[2-3]。

2 煤堆測量的重要性

煤堆是煤礦企業最為顯著的標志，煤堆變化信息是指導煤礦生產和發展的重要數據，所以必須實時地對煤堆進行監控和測量，以此來指導煤礦生產建設和煤炭銷售。煤堆測量的內容主要包括三個方面：（1）煤堆儲量的測量。主要是利用測量技術方法對煤堆體積進行測定，然后根據煤堆平均密度來對儲量進行估算。為了提高煤堆測量結果的準確性，必須采用嚴密的技術方法和體積計算方法。（2）煤場煤堆位置范圍的測量。煤礦企業會根據煤炭質量對煤炭進行分類堆放，所以煤場往往不會僅有一個煤堆；煤場是煤炭銷售地，有運輸通道、裝卸煤地點等，所以煤堆位置范圍的測量直接關系到煤場的合理化管理水平。（3）煤場安全監測。煤堆屬于松動堆積體，抗剪強度低，受到雨水、應力擠壓的影響，很容易發生類似泥石流的“煤炭流體”，給煤場甚至整個礦山工業廣場帶來安全隱患，所以必須定期對煤堆邊坡、煤場外墻等進行監測，尤其在雨季，更要做好煤堆的監測工作。

3 測繪新技術在煤堆測量中的應用

煤堆測量的主要結果是獲取必要的距離信息、坐標信息和標高信息，以便進行數據的分析和處理。測繪新技術在煤堆測量中的應用，主要是GPS技術+測距儀+GIS系統測量模式，即利用GPS進行點位信息的獲取，測距儀獲取必要的距離信息，然后借助GIS信息處理系統對所獲取的數據進行數字化成圖和數據分析。在實際應用中，為了獲取精確的煤堆測量定位信息，較多采用GPS-RTK技術進行點位信息的采集，每次煤堆測量，必須進行基站架設、坐標系轉換等工作，流程繁瑣，工作量大。隨著GPS技術的發展，手持GPS技術得到了廣泛應用，其定位精度可以達到厘米級，儀器內置坐標系統設置系統，無需進行室外建站和坐標轉換，完全可以滿足煤堆測量需求。

以王莊煤礦北煤堆測量工作為例，對測繪新技術在煤堆測量工作中的應用進行簡單介紹。如圖1，王莊煤礦北煤堆地處王莊煤礦東北角，是該礦的主要煤場，煤炭儲量可達10萬t以上。煤場四周緊鄰王莊煤礦家屬區、其他工業廣場、鐵路和運煤公路，以擋煤墻相隔，擋煤墻為鋼架網和混凝土邊坡構造。該煤堆測量的主要任務包括：（1）煤堆主體體積的測定；（2）煤堆頂部與煤倉垂直距離的測定；（3）煤堆距擋煤墻距離的測定；（4）煤堆距磅房、檢修房等建筑物的距離測定；（5）煤堆邊坡以及擋煤墻邊坡的測定。該煤堆的測量儀器選擇：（1）天寶GEO7X高精度GPS手持機，定位精度厘米級；（2）徠卡DISTO D5測距儀，測距精度1mm；（3）龍軟3.2數據處理系統；（4）其他輔助設備，包括記錄本、鋼尺等。煤堆的測定周期為7d，在雨季和特殊時期增加監測頻率。

圖1 王莊煤礦北煤堆示意圖

具體實施辦法如下：（1）煤堆主體測定分為底層和頂層，采用GPS手持機分別對底層和頂層的特征點進行三維坐標信息采集，并做好點位信息記錄和草圖繪制；（2）為了驗證高程信息的正確性，利用測距儀測量特定高度的煤倉出煤口位置與煤堆頂層的平均高差；（3）利用測距儀測定煤堆距擋煤墻、磅房、檢修房之間的相對距離；（4）煤堆邊坡與擋煤墻邊坡測定，見圖2，在地面標記若干個特征點（王莊煤礦為5個），利用測距儀分別測定對應煤堆底層點C和頂層點與特征點A之間的距離L1和 L2，C點與煤堆底層高差h，利用勾股定理計算斜坡角α，進而得出煤堆邊坡角β，見式（1），擋煤墻邊坡的測量方法同上；（5）戶外數據的室內整理，利用數據傳輸設備將GPS手持機中測量數據上傳至龍軟地理信息系統，參照草圖繪制煤堆平面圖，直接利用儲量計算功能得出煤堆底層和頂層閉合曲面面積A1和A2，煤堆平均高度h均，間接計算煤堆體積為V = 1/2?(A1+ A2)?h均，煤堆儲量為M= V? q，其中q為煤炭質量密度。

圖2 煤堆邊坡角測量方法示意圖

4 結 論

測繪新技術在煤堆測量中的應用，極大地方便了測量工作的進行，并且實現了測量結果的數字化管理和信息化存儲，加快了煤堆測量工作的速度和效率，滿足了煤礦企業對煤堆數據實時性和準確性的要求。通過上述分析可以看出，測繪新技術是以傳統測繪技術為基礎，融合了高新技術和信息化技術的現代化學科，為更好地使其為礦山測量服務，就必須全面了解并熟練掌握傳統測繪技術、高新技術和信息化技術。