現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)在礦山地質(zhì)災(zāi)害防治中的應(yīng)用研究

祖立慶

（河鋼集團(tuán)礦業(yè)有限公司，河北 唐山 063000）

進(jìn)入二十一世紀(jì)而以后，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速健康發(fā)展，國(guó)家大力投入基礎(chǔ)建設(shè)，鋼材需求量加大，對(duì)礦產(chǎn)資源需求也迅速增加。礦山開(kāi)采雖然給人類(lèi)社會(huì)帶來(lái)了豐富的礦產(chǎn)資源，但也伴隨著各種各樣地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，對(duì)自然環(huán)境產(chǎn)生了極大的破壞，也嚴(yán)重影響著礦山從業(yè)人員的生命安全。因此，礦山地質(zhì)災(zāi)害的防范與治理就成了礦山工作中特別重要的一環(huán)。目前，隨著現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)的不斷發(fā)展，“3S”技術(shù)、無(wú)人機(jī)航測(cè)等新型測(cè)繪技術(shù)手段正在發(fā)揮越來(lái)越重要的作用，使礦山地質(zhì)災(zāi)害防治工作邁上了一個(gè)新的高度。

1 礦山地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型和成因

礦山地質(zhì)災(zāi)害主要包括山體滑坡，邊坡塌陷，礦坑泥石流，采空區(qū)地面裂縫和沉降等災(zāi)害等類(lèi)型，是受到自然因素或礦山開(kāi)發(fā)建設(shè)等人為活動(dòng)影響而產(chǎn)生的與地質(zhì)條件變化有關(guān)的災(zāi)害現(xiàn)象，嚴(yán)重危害人民生命財(cái)產(chǎn)安全和周邊環(huán)境。

礦山地質(zhì)災(zāi)害主要表現(xiàn)在以下四個(gè)方面：

（1）在露天礦山開(kāi)采過(guò)程中，急功近利，開(kāi)山造成了大量的棄石，也加速了礦山周邊環(huán)境大量水土流失，再加上自然環(huán)境、天氣影響，從而引發(fā)了山體滑坡、邊坡崩塌、礦坑泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。

（2）近年來(lái)隨著露天礦產(chǎn)資源日漸枯竭，地下礦產(chǎn)開(kāi)采逐漸增多，隨著地下井巷工程建設(shè)及工作面過(guò)度開(kāi)采，而沒(méi)有及時(shí)進(jìn)行充填，誘發(fā)了地震、冒頂片幫、突水淹井、地面開(kāi)裂及地面沉陷等地質(zhì)災(zāi)害。

（3）隨著礦山建設(shè)和開(kāi)采，礦產(chǎn)資源以外的剝巖、堆土等需要配置石渣場(chǎng)、排土場(chǎng)，選礦后產(chǎn)生的尾礦廢渣排放，需要建設(shè)尾礦庫(kù)，這些都對(duì)周邊環(huán)境造成了污染。石渣場(chǎng)、排土場(chǎng)失穩(wěn)產(chǎn)生滑坡，尾礦庫(kù)尾礦泄露、產(chǎn)生潰壩等，都造成了嚴(yán)重地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象。

（4）礦山建設(shè)及開(kāi)采過(guò)程中，為便于工程施工及礦產(chǎn)開(kāi)采，會(huì)持續(xù)進(jìn)行抽排水，也會(huì)采取注漿等方式對(duì)礦山地質(zhì)條件進(jìn)行加固，這就造成周邊地下水資源枯竭且產(chǎn)生嚴(yán)重污染，地下水位下降，導(dǎo)致附近村莊水井無(wú)水可吃。

2 現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 測(cè)繪技術(shù)的定義

測(cè)繪工程技術(shù)就是測(cè)量和繪圖，是一門(mén)交叉型的科學(xué)技術(shù)，是以科學(xué)采集、處理、分析、表達(dá)與應(yīng)用地球表面和空間信息的技術(shù)。該門(mén)技術(shù)同空間信息科學(xué)，計(jì)算機(jī)、光電通訊、數(shù)字?jǐn)z影等方面的基礎(chǔ)理論和技術(shù)知識(shí)息息相關(guān)，用于研究地球形狀、建構(gòu)筑物的三維特征以及它們之間的關(guān)系。通過(guò)指定一定的參考系統(tǒng)，能夠廣泛應(yīng)用于工程建設(shè)，工業(yè)開(kāi)發(fā)和人類(lèi)生活的方方面面。

2.2 現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)的發(fā)展

目前，隨著相關(guān)專(zhuān)業(yè)科技水平的提高，我國(guó)現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)也在不斷發(fā)展和完善，從傳統(tǒng)測(cè)繪走向數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化。現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)的主要指以“3S” 技術(shù)（GNSS、RS、GIS）為核心，配以先進(jìn)的無(wú)人機(jī)系統(tǒng)、測(cè)量機(jī)器人、三維激光掃描儀等測(cè)繪設(shè)備，以空間技術(shù)、傳感器技術(shù)、衛(wèi)星定位與導(dǎo)航技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)等多專(zhuān)業(yè)為基礎(chǔ)的綜合性技術(shù)。無(wú)論是軍用衛(wèi)星軌道、飛機(jī)駕駛、導(dǎo)彈定位還是民用車(chē)載導(dǎo)航、船舶定位，現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)已經(jīng)從傳統(tǒng)的束縛中邁出，正起著不可替代的作用。

3 基于現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)的礦山地質(zhì)災(zāi)害防治的重要性

3.1 礦山地質(zhì)災(zāi)害防治現(xiàn)狀

目前我國(guó)的礦山行業(yè)存在著比較嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象，對(duì)礦山地質(zhì)結(jié)構(gòu)和人員生命財(cái)產(chǎn)安全，乃至礦山的長(zhǎng)久發(fā)展都是極為不利的，礦山開(kāi)采單位急需根據(jù)地質(zhì)條件的實(shí)際情況來(lái)開(kāi)展相關(guān)的災(zāi)害防范與治理工作，而根據(jù)積累的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)分析，礦山地質(zhì)災(zāi)害防治工作主要從以下幾方面開(kāi)展。

3.1.1 加大礦山地質(zhì)監(jiān)測(cè)力度

礦山地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，除了礦山本身地質(zhì)構(gòu)造和自然環(huán)境變化的影響外，主要是受到人類(lèi)不合理的建設(shè)及開(kāi)采活動(dòng)的影響，包括不合理的礦井建設(shè)、違規(guī)地面建筑、不規(guī)則開(kāi)采、爆破或大型機(jī)械振動(dòng)等，造成的后果往往不可控制，損失巨大。因此地質(zhì)災(zāi)害防治工作，重在預(yù)防，加大地質(zhì)檢測(cè)力度，構(gòu)建預(yù)警監(jiān)測(cè)體系，才能掌握地質(zhì)情況實(shí)時(shí)變化，及時(shí)調(diào)整地質(zhì)災(zāi)害防治措施。

3.1.2 精準(zhǔn)測(cè)量地質(zhì)情況

在礦山地質(zhì)災(zāi)害防治工作中，為了提高防治水平和效果，要采取最新科技手段，達(dá)到對(duì)地質(zhì)情況的高精度檢測(cè)，才不斷提高礦山地質(zhì)災(zāi)害防治措施的有效性和針對(duì)性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)礦山地質(zhì)災(zāi)害防治的目標(biāo)。

3.1.3 采取多種手段聯(lián)合的防治方式

對(duì)礦山的地質(zhì)災(zāi)害防治工作，涉及到了采礦工程、水文地質(zhì)、巖土工程、測(cè)繪工程等很多方面。采用單一的技術(shù)手段都有各種各樣的不足,因此需要運(yùn)用不同專(zhuān)業(yè)手段聯(lián)合防治礦山地質(zhì)災(zāi)害。

3.2 現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)在礦山地質(zhì)災(zāi)害防治工作中的意義

在礦山地質(zhì)災(zāi)害的防治工作中，現(xiàn)代的測(cè)繪技術(shù)可以提供必要的空間地理信息，更加準(zhǔn)確的地質(zhì)信息，在數(shù)據(jù)的收集、處理、管理、傳播等方面，更加的智能、科學(xué)、規(guī)范，也更加的多樣化和社會(huì)化，在地質(zhì)災(zāi)害的防治工作中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。

此外，由于采礦工作的復(fù)雜地質(zhì)條件和相對(duì)危險(xiǎn)的作業(yè)環(huán)境，一旦發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害，往往會(huì)造成更加嚴(yán)重的后果。必須要充分發(fā)揮現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)的作用，快速準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)預(yù)判礦山地質(zhì)災(zāi)害，并有針對(duì)的展開(kāi)救援。其中的關(guān)鍵任務(wù)是利用現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)對(duì)礦區(qū)的基本地理數(shù)據(jù)進(jìn)行完整的地質(zhì)測(cè)繪。根據(jù)測(cè)繪結(jié)果，結(jié)合周邊自然環(huán)境的影響，對(duì)可能發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行綜合分析，為礦山規(guī)劃和治理提供數(shù)據(jù)支持；做到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)災(zāi)害跡象，并采取有針對(duì)性的預(yù)防措施來(lái)減少礦山地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。

4 現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)在司家營(yíng)礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治中應(yīng)用

司家營(yíng)礦區(qū)隸屬于河鋼集團(tuán)礦業(yè)公司，位于唐山市灤州市、灤南縣境內(nèi)，為國(guó)有大型冶金礦山，分北區(qū)、南區(qū)兩部分，司家營(yíng)北區(qū)包含司家營(yíng)、研山兩座露天礦山，目前已經(jīng)投入生產(chǎn)；司家營(yíng)南區(qū)為地下礦山，是目前國(guó)內(nèi)最大的在建充填法冶金地下礦山，目前已完成豎井掘進(jìn)，進(jìn)入二期平巷、硐室施工。

測(cè)繪工作是礦山的“眼睛”，在近年來(lái)的司家營(yíng)礦區(qū)生產(chǎn)、建設(shè)也逐漸采用了日益成熟的“3S”技術(shù)、無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)等先進(jìn)測(cè)繪技術(shù)和設(shè)備，測(cè)繪手段實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍，它在司家營(yíng)礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)防和控制中也正起著關(guān)鍵作用。

4.1 全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（GNSS）的應(yīng)用

GNSS系統(tǒng)是一個(gè)高精度、全天候和全球性的無(wú)線(xiàn)電導(dǎo)航、定位和定時(shí)的多功能系統(tǒng)。全球定位技術(shù)目前主要有靜態(tài)和快速靜態(tài)定位，差分GPS，RTK，CORS基準(zhǔn)站等作業(yè)方式，在礦山地質(zhì)災(zāi)害防治工作中發(fā)揮不同的作用。

司家營(yíng)礦區(qū)結(jié)合該礦區(qū)實(shí)際情況對(duì)測(cè)量方法進(jìn)行了優(yōu)化，及時(shí)優(yōu)選測(cè)量設(shè)備并建立了基于GNSS技術(shù)的CORS基準(zhǔn)站系統(tǒng)，該系統(tǒng)建成以來(lái)，運(yùn)行穩(wěn)定。首先，利用CORS基準(zhǔn)站對(duì)礦山開(kāi)采的施工范圍的進(jìn)行確定，同時(shí)測(cè)量采集三維坐標(biāo)等數(shù)據(jù)，構(gòu)建礦區(qū)控制網(wǎng)及施工控制網(wǎng)。其次，該系統(tǒng)配套Leica GS15流動(dòng)站使用，具有極強(qiáng)的靈活性，定位精度優(yōu)于±0.1 m，在應(yīng)用過(guò)程中可有效管理減少各種外界因素的影響。

在實(shí)際礦區(qū)生產(chǎn)、建設(shè)過(guò)程中，在CORS基準(zhǔn)站系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過(guò)制定變形監(jiān)測(cè)方案，在不同的檢測(cè)地點(diǎn)分別設(shè)置定位設(shè)備，從而建立自動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置實(shí)現(xiàn)連續(xù)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的功能。從而保證監(jiān)測(cè)工作的長(zhǎng)期性與動(dòng)態(tài)監(jiān)控的要求。目前已應(yīng)用到礦區(qū)兩個(gè)露天礦坑的邊坡監(jiān)測(cè)，三座尾礦庫(kù)壩體變形監(jiān)測(cè)，采空區(qū)地面沉陷觀(guān)測(cè)等項(xiàng)目中，對(duì)所涉及地質(zhì)災(zāi)害的區(qū)域的受災(zāi)界線(xiàn)、災(zāi)區(qū)地勢(shì)、面積等進(jìn)行精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)，從而提高礦山地質(zhì)災(zāi)害管理水平。

4.2 攝影測(cè)量及遙感技術(shù)（RS）的應(yīng)用

攝影測(cè)量是運(yùn)用聲、光、電等遙感技術(shù)設(shè)備（攝像機(jī)、掃描儀、雷達(dá)）測(cè)量被測(cè)物，生成圖片或者聲像數(shù)據(jù)的技術(shù)手段，是遙感技術(shù)的在幾何學(xué)方面的一個(gè)分支。近年來(lái)，由于高質(zhì)量攝像設(shè)備和精密測(cè)量設(shè)備的出現(xiàn)以及計(jì)算機(jī)軟件的發(fā)展，人們現(xiàn)在可以通過(guò)數(shù)學(xué)處理方法來(lái)模擬消除攝影測(cè)量中的系統(tǒng)誤差，測(cè)量精度和效率都顯著提高了。而目前地面和近景攝影測(cè)量技術(shù)都是搭配無(wú)人機(jī)系統(tǒng)來(lái)開(kāi)展的。

司家營(yíng)礦區(qū)為了更好的應(yīng)用攝影測(cè)量及遙感技術(shù)，根據(jù)需要測(cè)繪的礦區(qū)地理?xiàng)l件及飛行環(huán)境，采購(gòu)了搭載高分辨率攝像設(shè)備的無(wú)人機(jī)系統(tǒng)。利用無(wú)人機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行攝影測(cè)量，可以觀(guān)測(cè)整個(gè)礦區(qū)地形圖，地質(zhì)災(zāi)害變化以及由開(kāi)采引起的大面積礦區(qū)的地面沉降情況，獲得數(shù)字的、影像的、線(xiàn)劃的多種形式的地圖成果。特別是近景攝影測(cè)量技術(shù)，廣泛應(yīng)用于礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治中邊坡滑坡體監(jiān)測(cè)、泥石流監(jiān)測(cè)、排土場(chǎng)及廢渣堆積場(chǎng)監(jiān)測(cè)及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的研究等方面。

4.3 地理信息系統(tǒng)技術(shù)（GIS）的應(yīng)用

地理信息系統(tǒng)(G IS)是一種能提供強(qiáng)大空間查詢(xún)、分析、處理能力的空間測(cè)繪系統(tǒng)。它是在計(jì)算機(jī)及遙感硬件及技術(shù)的支持下，結(jié)合系統(tǒng)工程和地理地圖學(xué)的理論而成的綜合性系統(tǒng)。基于GPS技術(shù)、攝影測(cè)量技術(shù)獲得的地形圖及相關(guān)細(xì)節(jié)信息，在空間原貌的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)字化模擬，進(jìn)而獲得點(diǎn)位分布數(shù)據(jù)，從而起到輔助決策、監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)的作用。其交叉性和前沿性顯著，所做出的決策輔助對(duì)礦山測(cè)繪和災(zāi)害預(yù)警有著極為重要的意義。

司家營(yíng)礦區(qū)在充分利用CORS基準(zhǔn)站系統(tǒng)和無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)的基礎(chǔ)上，積極同GIS技術(shù)科技公司進(jìn)行合作，充分利用GIS技術(shù)強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理與空間分析模型方面的功能，針對(duì)礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治進(jìn)行整體建模，構(gòu)建災(zāi)害防治體系。在礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治和合理監(jiān)督過(guò)程中，設(shè)置數(shù)字監(jiān)控，實(shí)時(shí)掌握地質(zhì)的變化情況；對(duì)所獲取的地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)信息進(jìn)行空間處理，合理分析礦山地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的誘因及產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度進(jìn)行分區(qū)，對(duì)地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行定量仿真模擬；從而評(píng)估災(zāi)情、預(yù)測(cè)災(zāi)難強(qiáng)度和后續(xù)影響，在礦山災(zāi)害預(yù)防中發(fā)揮重要作用。

5 結(jié)論

綜上所述，隨著礦山資源的不斷開(kāi)采，地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題也變得越來(lái)越復(fù)雜、越來(lái)越嚴(yán)重。而以“3S”技術(shù)為代表現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)向自動(dòng)化、智能化、多樣化、實(shí)時(shí)化的發(fā)展，為預(yù)防和控制礦山的地質(zhì)災(zāi)害創(chuàng)造了有力的條件，提供了技術(shù)保障。現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)已逐漸應(yīng)用于礦山地質(zhì)災(zāi)害防治的各個(gè)階段，為我國(guó)礦產(chǎn)資源的開(kāi)采保駕護(hù)航，促進(jìn)了我國(guó)礦山行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展。