測繪新技術(shù)在煤堆測量中的應(yīng)用

張建廣

（潞安環(huán)能股份有限公司王莊煤礦探放水隊(duì)，山西 長治 046031）

煤堆測量主要是為了對(duì)煤堆在煤場的分布范圍、煤炭儲(chǔ)量以及煤堆的安全程度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)煤礦生產(chǎn)計(jì)劃和煤場的合理化管理起到指導(dǎo)作用，煤場煤堆的測定和管理也直接關(guān)系到煤礦工業(yè)廣場的安全。采用合理化的技術(shù)手段對(duì)煤堆進(jìn)行定期精確的測定，獲取準(zhǔn)確實(shí)時(shí)的煤堆測量數(shù)據(jù)，是煤堆測量的主要目的。目前，測繪新技術(shù)已經(jīng)在礦山測量中得到了廣泛的應(yīng)用，測繪新技術(shù)的應(yīng)用是一項(xiàng)重要的技術(shù)變革，對(duì)獲取準(zhǔn)確實(shí)時(shí)的煤堆數(shù)據(jù)提供了技術(shù)支持。

1 測繪新技術(shù)

隨著高新技術(shù)的發(fā)展，測繪理論和方法發(fā)生了根本性的變革，測繪技術(shù)向著便捷化、信息化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的方向迅速發(fā)展，進(jìn)而衍生出了測繪新技術(shù)理論。測繪新技術(shù)主要是指儀器設(shè)備的新型便捷，數(shù)據(jù)獲取和數(shù)據(jù)處理方法的信息數(shù)字化，以及數(shù)據(jù)結(jié)果的數(shù)字化呈現(xiàn)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的信息化管理[1]。由于和計(jì)算機(jī)信息技術(shù)、現(xiàn)代化通信技術(shù)的緊密聯(lián)系，測繪新技術(shù)被廣泛應(yīng)用到各個(gè)建設(shè)領(lǐng)域，測繪學(xué)不再是單單的測點(diǎn)量距，而成為信息科學(xué)的重要組成部分。

礦山測量主要是為礦山設(shè)計(jì)、開發(fā)建設(shè)、地質(zhì)礦產(chǎn)勘探、安全生產(chǎn)等各個(gè)階段的工作服務(wù)，是對(duì)各個(gè)階段的空間幾何問題進(jìn)行研究及處理的一項(xiàng)重要工作。其主要內(nèi)容包括：大比例尺地形圖的測繪，工程建設(shè)施工測量，礦區(qū)控制網(wǎng)的建設(shè)，井下巷道貫通測量，礦區(qū)野外調(diào)查，煤堆測量，以及其他服務(wù)礦山項(xiàng)目的測量工作。礦山測量的質(zhì)量和水平，對(duì)礦山的生產(chǎn)建設(shè)有重要的指導(dǎo)意義，隨著高新技術(shù)和信息時(shí)代的發(fā)展，煤礦企業(yè)開始實(shí)施“綠色礦山”、“數(shù)字化礦山”戰(zhàn)略，為了滿足煤礦企業(yè)的發(fā)展，測繪新技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。測繪新技術(shù)在礦山的應(yīng)用主要包括全站儀測量技術(shù)的應(yīng)用、“3S”技術(shù)應(yīng)用、慣性測量系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用、數(shù)字化制圖技術(shù)應(yīng)用以及其他先進(jìn)技術(shù)手段的應(yīng)用，測繪新技術(shù)是礦山測量步入數(shù)字化、信息化的一種新技術(shù)和新理論，也是滿足礦山發(fā)展對(duì)礦山要求的重要技術(shù)方法[2-3]。

2 煤堆測量的重要性

煤堆是煤礦企業(yè)最為顯著的標(biāo)志，煤堆變化信息是指導(dǎo)煤礦生產(chǎn)和發(fā)展的重要數(shù)據(jù)，所以必須實(shí)時(shí)地對(duì)煤堆進(jìn)行監(jiān)控和測量，以此來指導(dǎo)煤礦生產(chǎn)建設(shè)和煤炭銷售。煤堆測量的內(nèi)容主要包括三個(gè)方面：（1）煤堆儲(chǔ)量的測量。主要是利用測量技術(shù)方法對(duì)煤堆體積進(jìn)行測定，然后根據(jù)煤堆平均密度來對(duì)儲(chǔ)量進(jìn)行估算。為了提高煤堆測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，必須采用嚴(yán)密的技術(shù)方法和體積計(jì)算方法。（2）煤場煤堆位置范圍的測量。煤礦企業(yè)會(huì)根據(jù)煤炭質(zhì)量對(duì)煤炭進(jìn)行分類堆放，所以煤場往往不會(huì)僅有一個(gè)煤堆；煤場是煤炭銷售地，有運(yùn)輸通道、裝卸煤地點(diǎn)等，所以煤堆位置范圍的測量直接關(guān)系到煤場的合理化管理水平。（3）煤場安全監(jiān)測。煤堆屬于松動(dòng)堆積體，抗剪強(qiáng)度低，受到雨水、應(yīng)力擠壓的影響，很容易發(fā)生類似泥石流的“煤炭流體”，給煤場甚至整個(gè)礦山工業(yè)廣場帶來安全隱患，所以必須定期對(duì)煤堆邊坡、煤場外墻等進(jìn)行監(jiān)測，尤其在雨季，更要做好煤堆的監(jiān)測工作。

3 測繪新技術(shù)在煤堆測量中的應(yīng)用

煤堆測量的主要結(jié)果是獲取必要的距離信息、坐標(biāo)信息和標(biāo)高信息，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析和處理。測繪新技術(shù)在煤堆測量中的應(yīng)用，主要是GPS技術(shù)+測距儀+GIS系統(tǒng)測量模式，即利用GPS進(jìn)行點(diǎn)位信息的獲取，測距儀獲取必要的距離信息，然后借助GIS信息處理系統(tǒng)對(duì)所獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化成圖和數(shù)據(jù)分析。在實(shí)際應(yīng)用中，為了獲取精確的煤堆測量定位信息，較多采用GPS-RTK技術(shù)進(jìn)行點(diǎn)位信息的采集，每次煤堆測量，必須進(jìn)行基站架設(shè)、坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換等工作，流程繁瑣，工作量大。隨著GPS技術(shù)的發(fā)展，手持GPS技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，其定位精度可以達(dá)到厘米級(jí)，儀器內(nèi)置坐標(biāo)系統(tǒng)設(shè)置系統(tǒng)，無需進(jìn)行室外建站和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，完全可以滿足煤堆測量需求。

以王莊煤礦北煤堆測量工作為例，對(duì)測繪新技術(shù)在煤堆測量工作中的應(yīng)用進(jìn)行簡單介紹。如圖1，王莊煤礦北煤堆地處王莊煤礦東北角，是該礦的主要煤場，煤炭儲(chǔ)量可達(dá)10萬t以上。煤場四周緊鄰?fù)跚f煤礦家屬區(qū)、其他工業(yè)廣場、鐵路和運(yùn)煤公路，以擋煤墻相隔，擋煤墻為鋼架網(wǎng)和混凝土邊坡構(gòu)造。該煤堆測量的主要任務(wù)包括：（1）煤堆主體體積的測定；（2）煤堆頂部與煤倉垂直距離的測定；（3）煤堆距擋煤墻距離的測定；（4）煤堆距磅房、檢修房等建筑物的距離測定；（5）煤堆邊坡以及擋煤墻邊坡的測定。該煤堆的測量儀器選擇：（1）天寶GEO7X高精度GPS手持機(jī)，定位精度厘米級(jí)；（2）徠卡DISTO D5測距儀，測距精度1mm；（3）龍軟3.2數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；（4）其他輔助設(shè)備，包括記錄本、鋼尺等。煤堆的測定周期為7d，在雨季和特殊時(shí)期增加監(jiān)測頻率。

圖1 王莊煤礦北煤堆示意圖

具體實(shí)施辦法如下：（1）煤堆主體測定分為底層和頂層，采用GPS手持機(jī)分別對(duì)底層和頂層的特征點(diǎn)進(jìn)行三維坐標(biāo)信息采集，并做好點(diǎn)位信息記錄和草圖繪制；（2）為了驗(yàn)證高程信息的正確性，利用測距儀測量特定高度的煤倉出煤口位置與煤堆頂層的平均高差；（3）利用測距儀測定煤堆距擋煤墻、磅房、檢修房之間的相對(duì)距離；（4）煤堆邊坡與擋煤墻邊坡測定，見圖2，在地面標(biāo)記若干個(gè)特征點(diǎn)（王莊煤礦為5個(gè)），利用測距儀分別測定對(duì)應(yīng)煤堆底層點(diǎn)C和頂層點(diǎn)與特征點(diǎn)A之間的距離L1和 L2，C點(diǎn)與煤堆底層高差h，利用勾股定理計(jì)算斜坡角α，進(jìn)而得出煤堆邊坡角β，見式（1），擋煤墻邊坡的測量方法同上；（5）戶外數(shù)據(jù)的室內(nèi)整理，利用數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備將GPS手持機(jī)中測量數(shù)據(jù)上傳至龍軟地理信息系統(tǒng)，參照草圖繪制煤堆平面圖，直接利用儲(chǔ)量計(jì)算功能得出煤堆底層和頂層閉合曲面面積A1和A2，煤堆平均高度h均，間接計(jì)算煤堆體積為V = 1/2?(A1+ A2)?h均，煤堆儲(chǔ)量為M= V? q，其中q為煤炭質(zhì)量密度。

圖2 煤堆邊坡角測量方法示意圖

4 結(jié) 論

測繪新技術(shù)在煤堆測量中的應(yīng)用，極大地方便了測量工作的進(jìn)行，并且實(shí)現(xiàn)了測量結(jié)果的數(shù)字化管理和信息化存儲(chǔ)，加快了煤堆測量工作的速度和效率，滿足了煤礦企業(yè)對(duì)煤堆數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性的要求。通過上述分析可以看出，測繪新技術(shù)是以傳統(tǒng)測繪技術(shù)為基礎(chǔ)，融合了高新技術(shù)和信息化技術(shù)的現(xiàn)代化學(xué)科，為更好地使其為礦山測量服務(wù)，就必須全面了解并熟練掌握傳統(tǒng)測繪技術(shù)、高新技術(shù)和信息化技術(shù)。