礦區井下工程測量技術的發展評述

曹建濤

（新疆維吾爾自治區有色地質勘查局七0六隊，新疆 阿勒泰 836500）

為了開發深部礦層的礦產資源，進一步利用水底下的資源和物質，首先進行井下定位測量是必要的，也是井下工程測量的基礎所在，井下定位測量方法有許多，所利用的工作原理不同，所受因素的影響也不一樣，總之，各有各的優點，也有相對應的缺點。目前傳統的工程測量技術有光學定位法、回聲定位測量技術、無線電定位法、側掃聲納技術，新型的工程測量技術有衛星定位技術、機載激光井下測量技術、單波束測深與多波束測深測量技術等等。本文就這兩大類的井下工程測量技術，針對各個技術的優缺點以及相應的工作原理工作方式，進行了詳細的說明和解釋。

1 傳統的井下工程測量技術

1.1 光學定位法

光學定位法常常受到諸多因素的限制，例如地球的曲率、通視等等，這樣直接就導致井下測量精度的降低，數據讀數也很容易產生錯誤，但是通常情況下光學定位法人工操作起來較為簡單，使用起來也較為方便。光學定位測量法的原理與陸地測量的一樣，主要使用的儀器是經緯儀，測距儀器等。

1.2 無線電定位法

無線電定位法主要依據于無線電的信號，進而獲取準確地理位置的參數，大多應用于水文地質情況較差地區測量。無線電波，幾乎不會受到天氣的變化而發生變化，其有利于工程測量定位，其主要分為測距定位和測距差定位方式。測距定位通常用于近距離的測量，而且測距精度高，所作用的距離較小，測距差定位與測距定位二者完全相反，其常常用于遠距離的測量，但是測量數據精度卻很低。

1.3 回聲定位測量技術

20世紀20年代時，出現了回聲測探儀，回聲定位技術也可以運用到地質測量技術中來，其原理是通過發射聲波并接收井下積水區域傳回來的聲波，通過回波傳回來的時間，進而確定井下深度以及各種狀況。測量反饋結果迅速，并且可以實現數據的連續記錄。但是這種方法也有一定的局限性，它只是線測量，無法實現地形與地貌的顯示功能，而且常常遇到險惡的地形時，不僅會使得測量數據的不準確，還會給工程施工設備帶來一定的危險。

1.4 側掃聲納圖像增強技術

20世紀50年代初，人類發現了側掃聲納測量方法，一直到90年代末時，井下測量技術發展迅速，側掃聲納圖像增強技術也向前邁了一大步，最終實現了側掃聲納技術的自動化數字化。其最大的功能是可以生成礦山二維圖像。側掃聲納，其主要原理利用回波采集數據通過不同時間返回，從而將聲音的信號轉化為電脈沖信號，以實現信息的傳遞功能。側掃測試技術主要依靠的是設備移動情況，在這個過程中對井下完成整體的掃描，然后傳送探測到數據，形成二維的黑白圖像并通過顯示器顯示出來如圖1所示，可以顯示地形地貌，從而呈現出礦區地質全貌，便于人們進一步研究井下的世界。現在的側掃聲納模式已經由二維轉化成三維模式了，從而提高了測量的效率也實現了更加準確的效果。

圖1 信號動態劃分

2 新型的井下地形檢測技術

2.1 衛星定位技術

目前新型的測量技術十分高超，而且系統較為完善。就衛星定位技術而言，我國一般利用的是導航型動態接收機，進行井下探測，其主要作用是實時的動態定位。為了提高衛星系統的精度，還可以使用差分定位系統；還可以通過增強廣域差分技術，進而提高所測數據的準確性和可靠性。但是衛星技術的缺點，就是其所建立的移動站和基準站的距離不同，會帶來不同的影響。距離增大，誤差增多，從而導致精度降低，故此距離嚴重的影響該技術發揮作用。

2.2 機載激光井下測量技術

20世紀70年代初，提出了機載激光井下測量的技術。就目前而言，激光技術是最具潛力的技術之一，它主要以飛機作為載體平臺，當激光到達礦層底部，遇到障礙物，然后反射回飛機上，通過激光倆回的時間，可以判定水底的深度。激光技術主要由五個部分組成，分為測量水深、導航、數據的分析處理、以及監視和地面上的接收處理系統。

井下工程測量技術日益成熟，裝置配備趨向智能化，數字化，也更加輕便小型。測量數據的精度以及準確度也應該得到進一步的提高，數據處理軟件也應該得到發展，從而滿足不同的需求。

2.3 單波束測深與多波束測深測量技術

20世紀90年代初，數字化、自動化的測深系統已經得到了廣泛的應用。這種系統包括定位設備、井下測深儀、以及數據采集設備和相關的處理軟件。其最大的優勢就是完全的自動化，數據處理化。通過定位設備首先需要確定探測位置，然后由測深儀器探測地理數據，然后通過相關的數據分析處理傳送并儲存至計算機，等到這一切結束后，再利用數據處理軟件進行分析，從而挑選出錯誤的數據，進而改正或者刪除，從而獲得精準的測量數據。

多波束測深技術是在單波束測深技術出現后，進而引申出來的一項井下探測技術。與之前的單波束測量方法相比較，其可以實現測量的效率更高，對井下的地形描述更準確，覆蓋面積更加寬廣的效果。多波束測深系統可以進行掃海測量，檢測出井下的障礙物體，而且精度高。它是通過測量很多個波束信號的來回時間和角度，并結合相關的數據，進而來準確的計算出所測量的深度，并促進了井下測量技術水平進一步的提升。多波束測深技術采用的是一系列波束的探測，最后的結果也是綜合所有發射波束的數據，最終對數據分析合并改正，從而獲得精確測量深度。

3 對井下工程測量技術未來發展的展望

通過分析傳統的礦山地形探測技術，以及對目前新型的礦山地形探測技術詳細了解，進而對井下測量深度技術的發展史進行了全面整體的描述。為了更好的提高測量技術，努力提升我國的科學技術，利用好計算機的智能化，以及現在成熟的導航技術，使得井下測量技術得到進一步的提升，促使測量技術精度提高，同時完善井下地形探測技術的全面性，讓能源開采企業提升工作效率。

4 結語

井下測量技術需要我們更加努力的去完善，增加更多的測量手段，改變測量技術的方法，努力提高測量的精度，并保證測量技術的準確性，增加測量技術的功能，來滿足不同的需求，促使井下測量技術發展更上一層樓。