現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)在固體礦山的應(yīng)用實(shí)踐

鐘文君

（廈門(mén)閩礦測(cè)繪院，福建 廈門(mén) 361004）

人們對(duì)礦山測(cè)量技術(shù)已有大量研究。以礦山測(cè)量的發(fā)展學(xué)派看，固體礦山測(cè)量技術(shù)學(xué)派可以分成德俄學(xué)派與美英學(xué)派。前兩個(gè)學(xué)派觀點(diǎn)存在一定差異，主要表現(xiàn)在對(duì)礦山測(cè)量技術(shù)的定義及其內(nèi)涵上。從歷史發(fā)展角度看，德國(guó)的礦山測(cè)量技術(shù)的起源最早可以追溯至16世紀(jì)。當(dāng)時(shí)，沙俄的測(cè)量學(xué)科水平低于德國(guó)，俄國(guó)的知名大學(xué)中有關(guān)礦山測(cè)量的知名教授大多數(shù)來(lái)自德國(guó)，因此，俄國(guó)的礦山測(cè)量在18世紀(jì)中葉開(kāi)始發(fā)展。進(jìn)入20世紀(jì)初期及之后的發(fā)展中，一大批的蘇聯(lián)學(xué)者進(jìn)行了辛勤的努力研究，在20世紀(jì)的中葉正式形成了較為完整的礦山測(cè)量技術(shù)框架，而且測(cè)量水平達(dá)到世界先進(jìn)水準(zhǔn)。從內(nèi)涵上看，礦山測(cè)量不僅僅包含深埋于地下的固體礦山測(cè)量，也包括露天礦山的測(cè)量，具體又有2個(gè)大的分支，即礦藏幾何學(xué)與巖層移動(dòng)和建筑物保護(hù)。礦山測(cè)量工作貫穿于礦山從勘探至建立生產(chǎn)的每個(gè)環(huán)節(jié)，所以，礦山測(cè)量技術(shù)方法也需要緊密聯(lián)系科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。將先進(jìn)技術(shù)融入進(jìn)礦山測(cè)量的各個(gè)方面，當(dāng)然礦山測(cè)量技術(shù)也需要結(jié)合礦山的具體特點(diǎn)，更大程度上拓展礦山測(cè)量的生存空間，有利于提升礦山測(cè)量技術(shù)與設(shè)備的更新?lián)Q代，更加適應(yīng)礦山發(fā)展的需要及社會(huì)經(jīng)濟(jì)進(jìn)步的需求。

1 全站儀的應(yīng)用

全站儀是現(xiàn)今測(cè)量行業(yè)應(yīng)用最為廣泛的測(cè)繪儀器之一，其融合了電子技術(shù)與光學(xué)技術(shù)，功能上也是集光電測(cè)量?jī)x器、集測(cè)距儀、電子經(jīng)緯儀等為一體的現(xiàn)代化測(cè)量設(shè)備，目前全站儀的發(fā)展正朝著智能化方向不斷邁進(jìn)。智能化的全站儀的優(yōu)點(diǎn)是集成了光學(xué)、電磁學(xué)的最新研究發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)測(cè)距與測(cè)角為一體的科學(xué)儀器。世界上較為先進(jìn)的全站儀主要通過(guò)內(nèi)部存儲(chǔ)器、存儲(chǔ)卡以及電子手簿三者結(jié)合的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，而且其傳輸數(shù)據(jù)采用雙路形式，可以收到外部計(jì)算機(jī)指令、通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入，也可以將數(shù)據(jù)輸向計(jì)算機(jī)?；谥悄苋緝x所具備的各項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，使其在礦山測(cè)量工作中不斷推廣應(yīng)用，分別在礦山的井下、地面控制、地形、工程等測(cè)量工作中發(fā)揮巨大優(yōu)勢(shì)。

從測(cè)量技術(shù)的發(fā)展方向來(lái)看，全站儀這種智能化和數(shù)字化的儀器是礦山測(cè)量?jī)x器未來(lái)發(fā)展的重要方面。應(yīng)用全站儀測(cè)量技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)可構(gòu)建三維數(shù)字礦山模型，這樣就為礦山的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理提供了堅(jiān)實(shí)、科學(xué)的支撐，逐漸代替了傳統(tǒng)的人工錄入、重復(fù)計(jì)算等大量低效率的工作。與此同時(shí)，智能全站儀也在礦山地表進(jìn)行移動(dòng)監(jiān)測(cè)、實(shí)施土地復(fù)墾、礦區(qū)建筑項(xiàng)目施工等方面得到應(yīng)用，現(xiàn)代技術(shù)的不斷應(yīng)用不僅使得效率得到提升，速度不斷加快，而且精度也極大提高。

2 空間信息技術(shù)

全球定位系統(tǒng)（GPS）、遙感（RS）和地理信息系統(tǒng)（GIS）構(gòu)成了空間信息技術(shù)的主體技術(shù)內(nèi)容。遙感技術(shù)應(yīng)用于礦山測(cè)量領(lǐng)域已經(jīng)歷了較長(zhǎng)一段時(shí)間，積累的經(jīng)驗(yàn)也較為豐富，航空遙感數(shù)據(jù)是礦區(qū)制作地形圖的重要資料來(lái)源之一，對(duì)相片采取校正與目視判讀，再通過(guò)野外調(diào)繪過(guò)程，可以基本實(shí)現(xiàn)一幅地形圖的測(cè)繪工作。與傳統(tǒng)測(cè)圖技術(shù)比較而言，采用遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)圖的速效率高、成本低廉且精度有保障。目前，將航天遙感技術(shù)應(yīng)用于礦山測(cè)量之中仍處于研究階段。礦區(qū)的遙感數(shù)據(jù)能夠反映礦區(qū)的綜合信息，用于監(jiān)測(cè)礦區(qū)環(huán)境，很大程度上服務(wù)了礦區(qū)環(huán)境保護(hù)。遙感數(shù)據(jù)在地質(zhì)勘探、工程地質(zhì)研究等領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)揮了巨大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

GPS應(yīng)用于礦山測(cè)量工作，從而逐步代替了傳統(tǒng)的礦山地面測(cè)繪作業(yè)。比如，采用GPS技術(shù)監(jiān)測(cè)礦區(qū)地表移動(dòng)情況，同時(shí)，也可以監(jiān)測(cè)水文觀測(cè)孔的高程、改造礦區(qū)控制網(wǎng)等。隨著GPS設(shè)備性能的不斷提升，氣已經(jīng)是現(xiàn)代礦山測(cè)量工作中不可或缺的技術(shù)手段。

礦區(qū)資料源環(huán)境信息系統(tǒng)（MRIES）主要是在礦區(qū)中采用地理信息技術(shù)來(lái)構(gòu)建的，已逐漸成為礦山測(cè)錄的發(fā)展方向。在構(gòu)建的礦區(qū)資源環(huán)境信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，使用多種測(cè)量技術(shù)獲取數(shù)據(jù)，用以建立更加自動(dòng)化與智能化的地理信息系統(tǒng)，同時(shí)，也是礦山實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)支持系統(tǒng)。先期的礦山測(cè)量工作是MRRIS建立的前提，而MRRIS是礦山測(cè)量工作的未來(lái)趨勢(shì)。

3 礦山GPS網(wǎng)的建立

在礦山建立GPS網(wǎng)主要是構(gòu)建高精度施工控制網(wǎng)，在這些高精度控制網(wǎng)點(diǎn)的參考下對(duì)施工的實(shí)際要求進(jìn)行指導(dǎo)。進(jìn)行各種GPS數(shù)據(jù)的處理過(guò)程中，首要的是在WGS-84坐標(biāo)系中進(jìn)行三維平差，這樣就可以保證GPS差分相對(duì)定位的準(zhǔn)確程度。與此同時(shí)，在許多坐標(biāo)切換中，不會(huì)面臨著由WGS-84坐標(biāo)向我國(guó)參心坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換過(guò)程，所以，一般不會(huì)在“轉(zhuǎn)換參數(shù)”過(guò)程中受到誤差影響。GPS控制網(wǎng)也不與國(guó)家平面控制網(wǎng)之間進(jìn)行聯(lián)測(cè)，也不會(huì)由于地面控制網(wǎng)的測(cè)量誤差而受到影響，依舊保持著原先GPS差分高精度定位效果。采用GPS方法在礦區(qū)建立的具有獨(dú)立坐標(biāo)系的工程平面控制網(wǎng)，通過(guò)必要的數(shù)據(jù)處理與坐標(biāo)轉(zhuǎn)換可以實(shí)現(xiàn)貫通測(cè)量與礦區(qū)施工測(cè)量的精度需要。

4 慣性測(cè)量系統(tǒng)

從本質(zhì)上看，慣性測(cè)量是導(dǎo)航定位技術(shù)之一，其擁有全時(shí)段、自動(dòng)化、快捷靈活的優(yōu)點(diǎn)，是礦山各種測(cè)量作業(yè)中逐步實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化的一種新技術(shù)方法。其采用慣性導(dǎo)航機(jī)理，可以在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)獲得多種大地測(cè)量數(shù)據(jù)（例如高程、經(jīng)緯度、方位角等）。慣性測(cè)量通常分成兩大類(lèi)（捷聯(lián)式系統(tǒng)與平臺(tái)式系統(tǒng)），在現(xiàn)在礦山測(cè)繪領(lǐng)域中的應(yīng)用主要有5個(gè)方面：①礦井管線的監(jiān)測(cè)與定位。礦山所處地殼的形變以及監(jiān)測(cè)地表沉陷等。②控制測(cè)量。主要是對(duì)現(xiàn)有的控制點(diǎn)的檢核與加密、控制航測(cè)等。③固體礦山的井下定位、建筑工程的測(cè)量等。④地震、重力測(cè)量，地球物理研究。⑤井筒和罐道梁的垂直性監(jiān)測(cè)等。GPS與慣性測(cè)量的互相融合是未來(lái)礦山測(cè)量工作實(shí)現(xiàn)高精度定位與導(dǎo)航的重要發(fā)展目標(biāo)。二者的融合能夠使GPS與慣性測(cè)量技術(shù)在性能優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)了從整體大地測(cè)量模型的角度去處理數(shù)據(jù)，與此同時(shí)，也確立了三維坐標(biāo)及大地水準(zhǔn)面，進(jìn)一步保證了礦山工作中的定位與導(dǎo)航的高精平穩(wěn)運(yùn)行。

5 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

隨著固體礦山采礦進(jìn)程的深入，井下的事故發(fā)生頻率也逐年增加。究其原因，主要有安全管理不到位、作業(yè)沒(méi)有按照規(guī)范進(jìn)行以及低劣的工程質(zhì)量等。工程質(zhì)量的低劣則是對(duì)礦山安全威脅最嚴(yán)重的一個(gè)。

在礦山的開(kāi)發(fā)利用過(guò)程中，為了保證生產(chǎn)過(guò)程的安全、可靠，一般都會(huì)模擬礦山的實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境，這就會(huì)借助必要的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的主要特點(diǎn)是：呈現(xiàn)逼真的形象，其交互性也非常強(qiáng)大。同時(shí)，可采用計(jì)算機(jī)的繪圖軟件及虛擬現(xiàn)實(shí)手段，對(duì)已發(fā)生的事故過(guò)程進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的重現(xiàn)。這樣的技術(shù)有助于事故調(diào)查者對(duì)事故的前后過(guò)程進(jìn)行有效掌握。通過(guò)不同層面的觀測(cè)分析，進(jìn)一步對(duì)事故產(chǎn)生的原因進(jìn)行科學(xué)判定。

6 結(jié)束語(yǔ)

在礦山開(kāi)采過(guò)程中，科學(xué)的礦山測(cè)量技術(shù)為安全生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)提供了重要保證，因此，對(duì)礦山測(cè)量工作應(yīng)該引起礦山相關(guān)從業(yè)者的高度關(guān)注。測(cè)量手段的現(xiàn)代化能夠幫助礦山全面、高效、精準(zhǔn)地完成測(cè)量目標(biāo)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在未來(lái)越來(lái)越多的先進(jìn)技術(shù)將注入到礦山測(cè)量的領(lǐng)域中，不斷促進(jìn)礦山測(cè)量向著現(xiàn)代化水準(zhǔn)推進(jìn)。

［1］Liu D A.Mine surveying innovation and its stable digital process montoring in the mined out area［J］.Journal of Xian University of Science&Technology，2003.

［2］Jiránková E,Mu?ková J.Data collection for development of assessment methods of firm roof failure based on mine surveying observations［J］.GeoScience Engineering，2009.

［3］齊艷妮,王光寧.現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)及其在礦山測(cè)量中的應(yīng)用［J］.甘肅冶金，2014（2）：87-89.

［4］張靜.淺析現(xiàn)代測(cè)繪新技術(shù)在礦山測(cè)量中的應(yīng)用［J］.科技與企業(yè)，2012（11）：246.

［5］陳滿(mǎn).現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)對(duì)礦山工程測(cè)量的影響及其應(yīng)用分析［J］.環(huán)球人文地理，2015（12）.

［6］張學(xué)年,張雪.現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)在礦山測(cè)量中的應(yīng)用［J］.城市建設(shè)理論研究（電子版）， 2014（35）.