新型數(shù)字測繪技術(shù)在礦山工程施工中的應(yīng)用

楊志強(qiáng)

（甘肅煤田地質(zhì)局綜合普查隊(duì)，甘肅 天水 741000）

我國作為能源消耗大國，在經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的背景下，能源需求量也不斷升高。導(dǎo)致礦山開采量以及開采頻率也隨之增加，為礦山工程帶來了一定的施工難度。因此，在礦山施工過程中引入先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)勢在必行。國外關(guān)于礦山工程的研究起步較早，在英國、新西蘭以及美國等一些先進(jìn)國家的技術(shù)支持下，在1992年時(shí)，逐漸將可視化技術(shù)，應(yīng)用到礦山立體建模過程中[1]。我國對(duì)于相關(guān)領(lǐng)域的研究起步相對(duì)較晚，但是在國家自然科學(xué)基金委員會(huì)的大力支持下，已經(jīng)成功有所突破。研究重點(diǎn)主要集中在礦山三維構(gòu)造以及時(shí)空領(lǐng)域地質(zhì)動(dòng)態(tài)統(tǒng)計(jì)層面，并總結(jié)出礦山工程施工在數(shù)據(jù)采集和勘探方式方面的分布特征。目前學(xué)術(shù)界關(guān)于將新型數(shù)字測繪技術(shù)，應(yīng)用到礦山工程施工中的文獻(xiàn)還不是十分全面，需要進(jìn)一步深入探討。

1 基于新型數(shù)字測繪技術(shù)的礦山工程施工方法設(shè)計(jì)

1.1 采集礦山數(shù)字地形數(shù)據(jù)

礦山數(shù)字地形數(shù)據(jù)包括礦山地形的平面位置以及高程數(shù)據(jù)，主要依靠野外測量、遙感影像以及將地形圖數(shù)字化等采集方式。

近年來，數(shù)字測繪技術(shù)也被廣泛用于礦山地形測繪工作中，具有比其他測繪手段更為精準(zhǔn)的優(yōu)勢。由于立體的礦山施工地點(diǎn)的地形情況通常都比較復(fù)雜，因此在數(shù)據(jù)采集過程中，需要將計(jì)算機(jī)技術(shù)和航空遙感技術(shù)的作用原理作為理論基礎(chǔ)，并保證采集到的數(shù)字影像的數(shù)據(jù)與礦山地形實(shí)際數(shù)據(jù)的誤差控制在一定范圍內(nèi)[2]。此外，礦山地面的通常是不光滑并且不均勻的狀態(tài)，在數(shù)據(jù)采集過程中可能會(huì)出現(xiàn)斷裂線問的情況。尤其是面對(duì)植被茂密或者森林覆蓋面積較大的礦山時(shí)，傳統(tǒng)的測繪技術(shù)往往無法精準(zhǔn)地獲取地面數(shù)據(jù)，需要在數(shù)據(jù)采集之前，劃分面積區(qū)域并采用離散的方式進(jìn)行地形測量和數(shù)據(jù)采集。此外，準(zhǔn)確判讀采集到的數(shù)據(jù)信息也是施工過程中的重要環(huán)節(jié)。將高空拍攝的影像資料作為數(shù)據(jù)采集的手段，能夠有效采集礦山地理位置較高的地勢數(shù)據(jù)，但是一些較低的地形數(shù)據(jù)難以準(zhǔn)確獲取，需要結(jié)合投影法、陰影法等手段進(jìn)行實(shí)地采集。基于上述描述，完成數(shù)據(jù)采集工作。

1.2 利用新型數(shù)字測繪技術(shù)構(gòu)建三維交互式地質(zhì)模型

以采集到的礦山數(shù)字地形數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，利用新型數(shù)字測繪技術(shù)，構(gòu)建三維交互式地質(zhì)模型。新型數(shù)字測繪技術(shù)的重大技術(shù)突破，直接影響著礦山工程的施工質(zhì)量，在地質(zhì)影像獲取、檢測地形特征、解析數(shù)字地形數(shù)據(jù)等方面都提供了更為可靠的結(jié)果[3]。

在礦山的三維地形圖中搜索礦山位置，并匹配出對(duì)應(yīng)的三維立體坐標(biāo)。在地圖上設(shè)定一條施工線路，測算距離長度，具體表達(dá)公式如下：

其中，D表示測算距離長度，i表示地圖上兩個(gè)點(diǎn)之間的距離，A,B,C表示礦山在地圖上的三維坐標(biāo)。將整個(gè)礦山工程的施工范圍看作是一個(gè)密閉空間，并在地圖上將該空間劃分為若干個(gè)網(wǎng)格，設(shè)定每個(gè)網(wǎng)格之間的距離為相同的長度，具體如下圖所示。

由圖1可以看出，每個(gè)網(wǎng)格單元都能找到對(duì)應(yīng)的數(shù)值，且分布形狀為正方形。在礦山三維立體地圖中的任意一點(diǎn)，與另一點(diǎn)構(gòu)成的直線距離可以通過繪制剖面網(wǎng)格圖的方式實(shí)現(xiàn)。當(dāng)?shù)V山工程的施工范圍內(nèi)有陡崖或者河溝時(shí)，則網(wǎng)格會(huì)在原有基礎(chǔ)上變得稀疏，遇到這種情況時(shí)，則需要在建模過程中進(jìn)行數(shù)據(jù)內(nèi)插和加密，以保證模型的精確度。在礦山的三維地圖上任選一條直線，分別計(jì)算直線上兩個(gè)端點(diǎn)的空間坐標(biāo)值，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果完成三維交互式地質(zhì)建模。

1.3 設(shè)置礦山工程施工模式

礦山工程的施工模式是新型數(shù)字測繪技術(shù)應(yīng)用成果的直接體現(xiàn)，將礦山的三維空間關(guān)系作為施工模式設(shè)置的定位基礎(chǔ)。根據(jù)礦山的三維交互式地質(zhì)模型，挖掘礦山中礦體的勘探軌跡，并按照預(yù)定的施工路線，并將礦體的走向用數(shù)字測繪技術(shù)標(biāo)注出來。

利用礦山中的礦體輪廓、勘探線和輔助線以及地質(zhì)數(shù)據(jù)，繪制出礦山實(shí)體圖像。將礦山中的礦體用鮮艷的顏色繪制，并將大致范圍用色差明顯的顏色繪制，保證二者之間形成強(qiáng)烈的反差。礦山工程施工模式還需要將施工安全問題放在首要地位，包括對(duì)礦體內(nèi)巷道地形的詳細(xì)勘查，并結(jié)合歷史數(shù)據(jù)總結(jié)施工安全的重要影響因素。在施工模式中，建立完善的安全預(yù)警機(jī)制，最大限度地保證工人的人身安全。此外，根據(jù)礦山的地形特點(diǎn)進(jìn)行斜井盤式開拓，設(shè)置礦山的施工等級(jí)，將+420m～+330m作為一級(jí)施工范圍；將+400m～+280m作為二級(jí)施工范圍；將+445m～+420m作為三級(jí)施工范圍，施工順序?yàn)橐弧⒍⑷８鶕?jù)礦山的礦體走勢，選取最佳受力點(diǎn)進(jìn)行斷層切割，并根據(jù)三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，設(shè)定實(shí)際切割面積。將礦山的鉆孔空間位置、測斜信息、巖性信息以及鉆孔樣品信息作為施工模式設(shè)置的測繪基礎(chǔ)，并根據(jù)礦山中地質(zhì)界面的采樣點(diǎn)空間坐標(biāo)進(jìn)行礦山形態(tài)測繪。融合局部估算方法和距離冪次反比方法實(shí)現(xiàn)礦山工程施工模式設(shè)置。

2 實(shí)驗(yàn)分析

為了測試此次設(shè)計(jì)施工方法的實(shí)際應(yīng)用性能，選取兩種傳統(tǒng)施工方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比，將實(shí)驗(yàn)設(shè)置為施工范圍為10000m的條件下，分別測試三種施工方法的測繪覆蓋率，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：

由表1可知，在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，此次設(shè)計(jì)的礦山工程施工方法比其他兩種施工方法的測繪覆蓋率高出11.0876%～27.5417%不等，證明融合了新型數(shù)字測繪技術(shù)的礦山施工方法實(shí)際應(yīng)用性能更佳。

3 結(jié)束語

文章在新型數(shù)字測繪技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種礦山工程的施工方法，在一定程度上推動(dòng)了整個(gè)礦山工程領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展，并為學(xué)術(shù)界開展相關(guān)研究奠定了理論基礎(chǔ)與實(shí)踐基礎(chǔ)。由于研究條件有限，文章對(duì)礦山的水文地質(zhì)條件方面研究的還不夠透徹，未來將不斷完善相關(guān)不足。