露天礦采場(chǎng)測(cè)量方法的選擇與應(yīng)用

吳海鷹 張?jiān)?/p>

【摘 要】露天型礦山在開采中會(huì)逐漸形成凹形并構(gòu)成多級(jí)臺(tái)階，而采場(chǎng)日常生產(chǎn)任務(wù)如生產(chǎn)爆破，炮孔驗(yàn)收等又都屬于場(chǎng)地流動(dòng)性比較大的工作，為適應(yīng)這樣的環(huán)境特點(diǎn)和工作性質(zhì)要求，需要采取靈活機(jī)動(dòng)的測(cè)量方法作為日常工作控制方法。本文分析了露天礦采場(chǎng)項(xiàng)目中測(cè)量工作的內(nèi)容，探討了露天礦采場(chǎng)測(cè)量方法的應(yīng)用

【關(guān)鍵詞】露天礦 采場(chǎng)測(cè)量 方法應(yīng)用

露天礦測(cè)量是在露天礦的設(shè)計(jì)和開采階段，為指導(dǎo)和監(jiān)督露天礦的剝離、開采等而進(jìn)行的一系列測(cè)量工作。主要包括線路測(cè)量、采場(chǎng)測(cè)量、爆破測(cè)量、排土場(chǎng)測(cè)量、、露天礦碎部測(cè)量以及繪制各種礦山測(cè)量圖。

1 露天礦采場(chǎng)項(xiàng)目中測(cè)量工作的內(nèi)容

（1）礦山測(cè)量工作的首要任務(wù)是建立礦區(qū)控制測(cè)量系統(tǒng)，即礦區(qū)控制測(cè)量網(wǎng)，它是礦區(qū)各點(diǎn)測(cè)量系統(tǒng)的基礎(chǔ)。布網(wǎng)一般和國(guó)家控制網(wǎng)相聯(lián)系，如果尚不具備條件時(shí)，可布設(shè)獨(dú)立的平面控制網(wǎng)和水準(zhǔn)網(wǎng)。其次是在礦區(qū)基本控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上，建立近井點(diǎn)或采區(qū)限制點(diǎn)，建立各中段（坑口）、各采區(qū)的系統(tǒng)測(cè)量以及坑內(nèi)外聯(lián)系測(cè)量。（2）后方交會(huì)計(jì)算。后方交會(huì)是工作控制測(cè)量定位方法的一種，就是測(cè)設(shè)時(shí)在待定點(diǎn)上向3個(gè)已知控制點(diǎn)方向觀測(cè)兩個(gè)水平角，從而計(jì)算待定點(diǎn)的坐標(biāo)。

2 露天礦采場(chǎng)測(cè)量方法的應(yīng)用

（1）傳統(tǒng)儀器測(cè)量方法。通過傳統(tǒng)的經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀和平板儀對(duì)礦山測(cè)量中的各要素進(jìn)行實(shí)測(cè)，此種方法工作量大、耗時(shí)、費(fèi)力，根本無(wú)法滿足現(xiàn)代礦山對(duì)測(cè)量工作的要求，在具體測(cè)繪工作中已基本不用。（2）GPS測(cè)量方法。常規(guī)GPS測(cè)量，無(wú)論是靜態(tài)、快速靜態(tài)，還是動(dòng)態(tài)測(cè)量，都具有定位精度高，測(cè)站之間不需要通視，不受氣候條件限制，操作簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)。但所提供的高精度三維坐標(biāo)都需要事后解算處理才能獲得，不能實(shí)時(shí)獲得被測(cè)點(diǎn)的精確點(diǎn)位坐標(biāo)和點(diǎn)位精度。還受礦區(qū)地形和高大建筑物，電磁信號(hào)干擾較大。因此，常規(guī)GPS測(cè)量方法適合高精度的礦山控制測(cè)量，而不適合礦山要素的測(cè)量。

3 全站儀自由設(shè)站觀測(cè)法的應(yīng)用

（1）眾所周知，露天礦采礦場(chǎng)的四周現(xiàn)場(chǎng)是隨著采剝工程的推進(jìn)而變化的，這樣就給露天礦采礦場(chǎng)的測(cè)量控制點(diǎn)的保護(hù)帶來一定的困難，而測(cè)量工作要隨著采剝工程的推進(jìn)而跟進(jìn)，這樣全站儀自由設(shè)站法就有建立測(cè)量控制點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)；在開始采礦以前，在露天礦采礦場(chǎng)的四周建立基本測(cè)量控制網(wǎng)（相當(dāng)于三、四等三角網(wǎng)和三、四等水準(zhǔn)網(wǎng)），其目的就是使整個(gè)的露天礦山測(cè)量有機(jī)地聯(lián)系起來，便于工作上的全面部署。然后，在露天礦場(chǎng)的平臺(tái)上，根據(jù)生產(chǎn)的需要布設(shè)工作控制點(diǎn)，并以此為依據(jù)進(jìn)行露天礦的碎部測(cè)量，驗(yàn)收測(cè)量、爆破工程測(cè)量以及其他各種各樣的測(cè)量工作。（2）從露天礦的興建的時(shí)期，都要妥善地保存好基本控制網(wǎng)點(diǎn)，使它不受破壞，盡管基本控制網(wǎng)點(diǎn)的精度很高，但是，它的網(wǎng)點(diǎn)密度不足，難以滿足露天開采過程對(duì)測(cè)量的要求。為了跟進(jìn)采場(chǎng)掘進(jìn)、施工放樣，便需要不斷的補(bǔ)設(shè)工作控制點(diǎn)。所以對(duì)工作控制點(diǎn)的位置往往只考慮工作方便和保證一定的測(cè)量精度。而不必考慮能否長(zhǎng)期保存。這樣，全站儀自由設(shè)站法建立工作控制點(diǎn)在露天礦跟進(jìn)采場(chǎng)掘進(jìn)、施工放樣生產(chǎn)中，就具有方便、靈活、快捷的優(yōu)勢(shì)。在露天礦的采場(chǎng)中，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要，以露天礦采礦場(chǎng)四周建立基本的測(cè)量控制網(wǎng)為依，選好測(cè)站位置，就近架設(shè)全站儀。全站儀在點(diǎn)架設(shè)儀器，然后在通視的控制點(diǎn)上依次安置棱鏡，全站儀調(diào)用自由設(shè)站法程序，依次精確照準(zhǔn)3個(gè)棱鏡目標(biāo)以上，即可得到點(diǎn)的坐標(biāo)和高程。

4 三維激光掃描技術(shù)

三維激光掃描技術(shù)是近年發(fā)展迅速的一種新技術(shù)。三維激光掃描儀采用非接觸式高速激光測(cè)量方式，在復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)和空間對(duì)被測(cè)物體進(jìn)行快速掃描測(cè)量，直接獲得激光點(diǎn)所接觸的物體表面的水平方向、天頂距、斜距和反射強(qiáng)度，自動(dòng)存儲(chǔ)并計(jì)算，獲得點(diǎn)云數(shù)據(jù)。點(diǎn)云數(shù)據(jù)經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理后，快速重構(gòu)出被測(cè)物體的三維模型及線、面、體、空間等各種制圖數(shù)據(jù)，如果礦山做過控制測(cè)量，就可以和礦山坐標(biāo)系結(jié)合在一起。

（1）非接觸測(cè)量。三維激光掃描技術(shù)采用非接觸掃描目標(biāo)的方式進(jìn)行測(cè)量，無(wú)需反射棱鏡，對(duì)掃描目標(biāo)物體不需進(jìn)行任何表面處理，直接采集物體表面的三維數(shù)據(jù)，所采集的數(shù)據(jù)完全真實(shí)可靠。可以用于解決危險(xiǎn)目標(biāo)、環(huán)境及人員難以到達(dá)的情況，具有傳統(tǒng)測(cè)量方式難以完成的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。（2）數(shù)據(jù)采樣率高。目前，采用脈沖激光或時(shí)間激光的三維激光掃描儀采樣點(diǎn)速率可達(dá)到數(shù)千點(diǎn)/秒，而采用相位激光方法測(cè)量的三維激光掃描儀甚至可以達(dá)到數(shù)十萬(wàn)點(diǎn)/秒。（3）主動(dòng)發(fā)射掃描光源。三維激光掃描技術(shù)采用主動(dòng)發(fā)射掃描光源（激光），通過探測(cè)自身發(fā)射的激光回波信號(hào)來獲取目標(biāo)物體的數(shù)據(jù)信息，因此，在掃描過程中，不受掃描環(huán)境的時(shí)間和空間的約束。（4）數(shù)字化采集，兼容性好。三維激光掃描技術(shù)所采集的數(shù)據(jù)是直接獲取的數(shù)字信號(hào)，具有全數(shù)字特征，易于后期處理及輸出。用戶界面友好的后處理軟件能夠與其他常用軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換及共享。（5）可與外置數(shù)碼相機(jī)、GPS及其他測(cè)量?jī)x器配合使用。上述功能大大擴(kuò)展了三維激光掃描技術(shù)的使用范圍，對(duì)信息的獲取更加全面、準(zhǔn)確。外置數(shù)碼相機(jī)的使用，增強(qiáng)了彩色信息的采集，使掃描獲取的目標(biāo)信息更加全面。GPS定位系統(tǒng)的應(yīng)用，使得三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用范圍更加廣泛，與工程的結(jié)合更加緊密，近一步提高了測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。露天礦山具有特殊性，露天礦山開采面不規(guī)則且凹凸不平，許多地方巖壁陡峭，作業(yè)人員根本無(wú)法到達(dá)，礦體計(jì)算一般采用剖面法、方格網(wǎng)法等方法進(jìn)行。傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)缺乏影像數(shù)據(jù)，不直觀，沒有與數(shù)據(jù)相匹配的礦山圖像。管理者只能從數(shù)據(jù)上來進(jìn)行判斷，不能及時(shí)、準(zhǔn)確了解礦山的實(shí)際開采狀況。不能滿足礦山測(cè)量的復(fù)雜環(huán)境條件、不能高效快速地提供適時(shí)豐富的測(cè)量數(shù)據(jù)。應(yīng)用全數(shù)字三維激光掃描技術(shù)來開展露天礦山測(cè)量工作，很好地解決了這一問題。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，每一種測(cè)量技術(shù)方法，都有它自身的特點(diǎn)，既有優(yōu)點(diǎn)，又有缺點(diǎn)。作為測(cè)量技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)真學(xué)習(xí)，熟練掌握各種測(cè)量技術(shù)，在實(shí)際礦山作業(yè)中認(rèn)真總結(jié)有針對(duì)性的應(yīng)用。或者單獨(dú)使用，或者聯(lián)合使用，揚(yáng)長(zhǎng)避短。

參考文獻(xiàn)：

[1] 中國(guó)有色金屬工業(yè)總公司.有色金屬礦山生產(chǎn)技術(shù)規(guī)范[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2010.

[2] 中華人民共和國(guó)冶金工業(yè)部編.黑色冶金礦山測(cè)量技術(shù)規(guī)范[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2011.

作者簡(jiǎn)介：吳海鷹（1986—），女，黑龍江海倫人，本科，工學(xué)學(xué)士學(xué)位，測(cè)量助理工程師，研究方向：測(cè)繪工程。