無(wú)菱鏡觀測(cè)成圖技術(shù)在空區(qū)治理中的應(yīng)用

我礦為矽卡巖型鐵礦床，礦石主要為鏡鐵礦和穆磁鐵礦，垂直抗壓強(qiáng)度71.5—121.6MPa，為硬質(zhì)巖，穩(wěn)定性較好。90米水平以下為棲霞灰?guī)r，垂直抗壓強(qiáng)度94.47MPa，屬B類中等堅(jiān)硬偏軟，即弱風(fēng)化的硬質(zhì)巖。礦區(qū)位于桃沖東西向皺褶帶中，處于長(zhǎng)龍山倒背斜的北翼。褶皺向西傾伏。但是桃沖礦由于其特殊的地域關(guān)系，在其開采的的過程中，由于相鄰礦山的盜采，形成大量采空區(qū)。特別在七中段的采準(zhǔn)生產(chǎn)過程中，揭露了大量的民采空區(qū)，這些空區(qū)層層疊疊，相互連通，嚴(yán)重破壞了礦體的完整性和穩(wěn)定性，給礦業(yè)公司正常的生產(chǎn)和安全管理帶來很大的困難和隱患。又由于我礦已進(jìn)入末期開采，礦山儲(chǔ)量不多，急需對(duì)盜采殘留礦量進(jìn)行回采，已延長(zhǎng)礦山服務(wù)年限。而且這些空區(qū)上下盤和頂板大多為礦石，且品位較高。

為了能夠最大限度地回收空區(qū)殘礦，同時(shí)能夠最大限度地減輕空區(qū)對(duì)井下安全生產(chǎn)帶來的危害，桃沖礦決定對(duì)采空區(qū)進(jìn)行實(shí)測(cè)調(diào)查，以便進(jìn)行治理設(shè)計(jì)?？墒钱?dāng)時(shí)礦生產(chǎn)技術(shù)科測(cè)量?jī)x器落后，僅有的幾臺(tái)測(cè)量設(shè)備都是以經(jīng)緯儀及全站儀為主，技術(shù)人員經(jīng)過努力，但以經(jīng)緯儀和全站儀為主的設(shè)備無(wú)法觀測(cè)復(fù)雜的空區(qū)現(xiàn)狀，畢竟空區(qū)面積大，線路長(zhǎng)，落差大，而且積水，積泥嚴(yán)重。全站儀及經(jīng)緯儀測(cè)量的點(diǎn)都必須測(cè)量人員親臨點(diǎn)位測(cè)角量邊，而空區(qū)復(fù)雜的地形很多點(diǎn)人無(wú)法到達(dá)，無(wú)法完成測(cè)圖工作。

在這種嚴(yán)峻的形勢(shì)下，技術(shù)人員及時(shí)引進(jìn)無(wú)棱鏡技術(shù)，引進(jìn)徠卡TPS 1200全站儀，徠卡1200系列全站儀性能穩(wěn)定，功能強(qiáng)大，在有棱鏡氣象條件好的環(huán)境，有效測(cè)距可達(dá)到500米，無(wú)棱鏡有效測(cè)距可達(dá)300米。在井下復(fù)雜的空氣環(huán)境影響下，有效測(cè)距有所減小，經(jīng)多次反復(fù)實(shí)測(cè)，無(wú)棱鏡狀態(tài)，無(wú)照明，水汽小，煙塵少的環(huán)境，有效測(cè)距可達(dá)100—150米；在水汽較大，無(wú)照明，煙塵較濃的環(huán)境，有效測(cè)距30—50米。這樣的性能，基本可滿足井下空區(qū)的觀測(cè)。而且本系統(tǒng)精度高，500米以上誤差4毫米，500米以內(nèi)2毫米誤差，滿足測(cè)圖要求。

見上圖，A點(diǎn)為測(cè)站點(diǎn)位置，B點(diǎn)為需觀測(cè)的點(diǎn)。在傳統(tǒng)的測(cè)量模式下，B點(diǎn)必須有人立棱鏡或拿皮尺量邊。但是在空區(qū)復(fù)雜情況下，如B點(diǎn)位置很高距離很遠(yuǎn)，那么就無(wú)法完成工作。在有了徠卡TPS1200全站儀以后，這些情況有了徹底改變，技術(shù)人員在A點(diǎn)架好儀器設(shè)置好技術(shù)參數(shù)及前視，后視坐標(biāo)后，就可以設(shè)置在免棱鏡狀態(tài)下觀測(cè)了。徠卡1200功能強(qiáng)大，根據(jù)反射光的傾角轉(zhuǎn)角自主算出B點(diǎn)坐標(biāo)儲(chǔ)存。在測(cè)圖完成后將測(cè)量的數(shù)據(jù)從儀器的儲(chǔ)存卡中導(dǎo)出，在以CAD為平臺(tái)的CASS系統(tǒng)里展開觀測(cè)的高程點(diǎn)，就可以成圖了。

自2007年以來，在生產(chǎn)科測(cè)量組技術(shù)人員的努力下，準(zhǔn)備將七中段所有被發(fā)掘的空區(qū)都進(jìn)行詳細(xì)觀測(cè)。首先觀測(cè)的是-19.5米南部空區(qū)，初步勘探時(shí)發(fā)現(xiàn)，此空區(qū)面積大，大部分頂板比較低，拐點(diǎn)多，積渣多，積泥還有水汽比較嚴(yán)重，不利于正常觀測(cè)。首先不好做點(diǎn)，井下測(cè)量工作都是以導(dǎo)線點(diǎn)為中心而展開的，做的導(dǎo)線點(diǎn)首先要安全，牢固，方便觀測(cè)及復(fù)測(cè)校準(zhǔn)。而且做了觀測(cè)點(diǎn)主要是能保存，給觀測(cè)及復(fù)測(cè)帶來方便。為解決這個(gè)觀測(cè)問題，決定采用在頂板打眼定樁做點(diǎn)的辦法，雖然高度不夠，但是有利于觀測(cè)點(diǎn)的長(zhǎng)期保存及復(fù)測(cè)校正。所以采取主導(dǎo)線在頂板打眼做點(diǎn)，支線地下做點(diǎn)的辦法，配備強(qiáng)光電筒及采礦安全監(jiān)測(cè)配合的辦法，克服困難進(jìn)入空區(qū)觀測(cè)。主要觀測(cè)空區(qū)邊界線，頂板高程，底板高程，溜井位置，并對(duì)導(dǎo)線點(diǎn)編號(hào)，以便復(fù)測(cè)。經(jīng)過努力南部空區(qū)第一次測(cè)圖完成，上圖后和-19.5米采準(zhǔn)圖完全吻合。在以后的空區(qū)治理中，在-19.5米南部空區(qū)又發(fā)掘出新空區(qū)，在第二次，第三次觀測(cè)的時(shí)候，都以第一次導(dǎo)線點(diǎn)的坐標(biāo)為基準(zhǔn)，減少了重復(fù)工作量，提高了效率。

在接下來的工作中，測(cè)量組分別對(duì)-32.5，-44.5，-37，-57米發(fā)掘的空區(qū)都進(jìn)行了詳細(xì)的觀測(cè)。這些空區(qū)的特點(diǎn)都是空間大，線路長(zhǎng)，頂板高，地形復(fù)雜，周邊礦石含量高，如進(jìn)行綜合治理，能回收較高品位的礦石。

經(jīng)過努力， 共測(cè)得大小空區(qū)25個(gè)。其中以-37米和 -69.5米空區(qū)的地形最為復(fù)雜，線路也最長(zhǎng)，做的導(dǎo)線點(diǎn)也最多。-37米空區(qū)是位于-32米和-44.5米空區(qū)之間的分層，在掘進(jìn)的工作中不斷被發(fā)掘出來，后經(jīng)過-44.5米6N掘進(jìn)巷道做導(dǎo)線將坐標(biāo)系統(tǒng)導(dǎo)入該分層經(jīng)過近一個(gè)月的時(shí)間，不斷測(cè)量，清理空區(qū)積渣，打通空區(qū)通道將該空區(qū)測(cè)量上圖 。

同樣，位于八中段3分層的-69.5米空區(qū)線路更長(zhǎng)，初步勘探發(fā)覺該空區(qū)積水及積渣嚴(yán)重，拐點(diǎn)多，巷道頂板底，巷道邊溜井多，特別是空區(qū)水汽重，嚴(yán)重影響測(cè)量工作的進(jìn)程。經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的準(zhǔn)備及努力，克服各種困難，終于將-69.5米空區(qū)測(cè)量完畢并成圖。

截止至2013年底，我礦7中段及8中段所有已發(fā)掘的空區(qū)都已實(shí)測(cè)完畢，并全部成圖。為相關(guān)部門進(jìn)行設(shè)計(jì)從而進(jìn)入殘礦回收提供了準(zhǔn)確的科學(xué)依據(jù)。

這項(xiàng)工作的完成，首先是礦業(yè)公司領(lǐng)導(dǎo)的高度重視，生產(chǎn)科測(cè)量技術(shù)人員的努力及相關(guān)單位的配合從而使得該項(xiàng)工作的順利進(jìn)行。其次是技術(shù)人員所使用的技術(shù)平臺(tái)將測(cè)量技術(shù)充分地發(fā)揮出來。在我國(guó)乃至全世界，空區(qū)的觀測(cè)一直是個(gè)難題，特別是人員無(wú)法進(jìn)入的空區(qū)觀測(cè)，比較有效的觀測(cè)方法是加拿大OPTECH公司研制的CMS特殊三維激光掃描儀，CMS由兩部分組成，硬件和軟件。硬件有激光掃描頭，電源模塊，無(wú)線PDA控制器，碳素鋼支撐桿。此設(shè)備由中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院于2010年6月在我礦-19.5米北部2聯(lián)11N空區(qū)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)量。和我礦使用的徠卡1200系統(tǒng)相比較，CMS投資巨大，使用復(fù)雜，特別是硬件系統(tǒng)的運(yùn)輸及架設(shè)，需要7—8人的配合。相比較我礦目前使用的徠卡1200無(wú)菱鏡觀測(cè)系統(tǒng)投資小，使用簡(jiǎn)便，科技含量高，維護(hù)成本低，已完全滿足生產(chǎn)及工程科技需要。

自2010年始，我礦以生產(chǎn)科測(cè)量組實(shí)測(cè)空區(qū)地形圖為依據(jù)，逐漸設(shè)計(jì)回收盜采遺留下來的殘礦，截止目前空區(qū)治理回收殘礦達(dá)20多萬(wàn)噸，部分消除了空區(qū)產(chǎn)生的安全隱患。延長(zhǎng)了礦山服務(wù)年限，穩(wěn)定了職工隊(duì)伍，使礦石資源得到充分的利用，具有巨大的社會(huì)效益。