現(xiàn)代測繪技術(shù)在礦山地質(zhì)災(zāi)害防治中的應(yīng)用研究

祖立慶

（河鋼集團礦業(yè)有限公司，河北 唐山 063000）

進入二十一世紀而以后，隨著我國經(jīng)濟的高速健康發(fā)展，國家大力投入基礎(chǔ)建設(shè)，鋼材需求量加大，對礦產(chǎn)資源需求也迅速增加。礦山開采雖然給人類社會帶來了豐富的礦產(chǎn)資源，但也伴隨著各種各樣地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，對自然環(huán)境產(chǎn)生了極大的破壞，也嚴重影響著礦山從業(yè)人員的生命安全。因此，礦山地質(zhì)災(zāi)害的防范與治理就成了礦山工作中特別重要的一環(huán)。目前，隨著現(xiàn)代測繪技術(shù)的不斷發(fā)展，“3S”技術(shù)、無人機航測等新型測繪技術(shù)手段正在發(fā)揮越來越重要的作用，使礦山地質(zhì)災(zāi)害防治工作邁上了一個新的高度。

1 礦山地質(zhì)災(zāi)害類型和成因

礦山地質(zhì)災(zāi)害主要包括山體滑坡，邊坡塌陷，礦坑泥石流，采空區(qū)地面裂縫和沉降等災(zāi)害等類型，是受到自然因素或礦山開發(fā)建設(shè)等人為活動影響而產(chǎn)生的與地質(zhì)條件變化有關(guān)的災(zāi)害現(xiàn)象，嚴重危害人民生命財產(chǎn)安全和周邊環(huán)境。

礦山地質(zhì)災(zāi)害主要表現(xiàn)在以下四個方面：

（1）在露天礦山開采過程中，急功近利，開山造成了大量的棄石，也加速了礦山周邊環(huán)境大量水土流失，再加上自然環(huán)境、天氣影響，從而引發(fā)了山體滑坡、邊坡崩塌、礦坑泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。

（2）近年來隨著露天礦產(chǎn)資源日漸枯竭，地下礦產(chǎn)開采逐漸增多，隨著地下井巷工程建設(shè)及工作面過度開采，而沒有及時進行充填，誘發(fā)了地震、冒頂片幫、突水淹井、地面開裂及地面沉陷等地質(zhì)災(zāi)害。

（3）隨著礦山建設(shè)和開采，礦產(chǎn)資源以外的剝巖、堆土等需要配置石渣場、排土場，選礦后產(chǎn)生的尾礦廢渣排放，需要建設(shè)尾礦庫，這些都對周邊環(huán)境造成了污染。石渣場、排土場失穩(wěn)產(chǎn)生滑坡，尾礦庫尾礦泄露、產(chǎn)生潰壩等，都造成了嚴重地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象。

（4）礦山建設(shè)及開采過程中，為便于工程施工及礦產(chǎn)開采，會持續(xù)進行抽排水，也會采取注漿等方式對礦山地質(zhì)條件進行加固，這就造成周邊地下水資源枯竭且產(chǎn)生嚴重污染，地下水位下降，導致附近村莊水井無水可吃。

2 現(xiàn)代測繪技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 測繪技術(shù)的定義

測繪工程技術(shù)就是測量和繪圖，是一門交叉型的科學技術(shù)，是以科學采集、處理、分析、表達與應(yīng)用地球表面和空間信息的技術(shù)。該門技術(shù)同空間信息科學，計算機、光電通訊、數(shù)字攝影等方面的基礎(chǔ)理論和技術(shù)知識息息相關(guān)，用于研究地球形狀、建構(gòu)筑物的三維特征以及它們之間的關(guān)系。通過指定一定的參考系統(tǒng)，能夠廣泛應(yīng)用于工程建設(shè)，工業(yè)開發(fā)和人類生活的方方面面。

2.2 現(xiàn)代測繪技術(shù)的發(fā)展

目前，隨著相關(guān)專業(yè)科技水平的提高，我國現(xiàn)代測繪技術(shù)也在不斷發(fā)展和完善，從傳統(tǒng)測繪走向數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化。現(xiàn)代測繪技術(shù)的主要指以“3S” 技術(shù)（GNSS、RS、GIS）為核心，配以先進的無人機系統(tǒng)、測量機器人、三維激光掃描儀等測繪設(shè)備，以空間技術(shù)、傳感器技術(shù)、衛(wèi)星定位與導航技術(shù)和計算機技術(shù)、通訊技術(shù)等多專業(yè)為基礎(chǔ)的綜合性技術(shù)。無論是軍用衛(wèi)星軌道、飛機駕駛、導彈定位還是民用車載導航、船舶定位，現(xiàn)代測繪技術(shù)已經(jīng)從傳統(tǒng)的束縛中邁出，正起著不可替代的作用。

3 基于現(xiàn)代測繪技術(shù)的礦山地質(zhì)災(zāi)害防治的重要性

3.1 礦山地質(zhì)災(zāi)害防治現(xiàn)狀

目前我國的礦山行業(yè)存在著比較嚴重的地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象，對礦山地質(zhì)結(jié)構(gòu)和人員生命財產(chǎn)安全，乃至礦山的長久發(fā)展都是極為不利的，礦山開采單位急需根據(jù)地質(zhì)條件的實際情況來開展相關(guān)的災(zāi)害防范與治理工作，而根據(jù)積累的實踐經(jīng)驗分析，礦山地質(zhì)災(zāi)害防治工作主要從以下幾方面開展。

3.1.1 加大礦山地質(zhì)監(jiān)測力度

礦山地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，除了礦山本身地質(zhì)構(gòu)造和自然環(huán)境變化的影響外，主要是受到人類不合理的建設(shè)及開采活動的影響，包括不合理的礦井建設(shè)、違規(guī)地面建筑、不規(guī)則開采、爆破或大型機械振動等，造成的后果往往不可控制，損失巨大。因此地質(zhì)災(zāi)害防治工作，重在預(yù)防，加大地質(zhì)檢測力度，構(gòu)建預(yù)警監(jiān)測體系，才能掌握地質(zhì)情況實時變化，及時調(diào)整地質(zhì)災(zāi)害防治措施。

3.1.2 精準測量地質(zhì)情況

在礦山地質(zhì)災(zāi)害防治工作中，為了提高防治水平和效果，要采取最新科技手段，達到對地質(zhì)情況的高精度檢測，才不斷提高礦山地質(zhì)災(zāi)害防治措施的有效性和針對性，進而實現(xiàn)礦山地質(zhì)災(zāi)害防治的目標。

3.1.3 采取多種手段聯(lián)合的防治方式

對礦山的地質(zhì)災(zāi)害防治工作，涉及到了采礦工程、水文地質(zhì)、巖土工程、測繪工程等很多方面。采用單一的技術(shù)手段都有各種各樣的不足,因此需要運用不同專業(yè)手段聯(lián)合防治礦山地質(zhì)災(zāi)害。

3.2 現(xiàn)代測繪技術(shù)在礦山地質(zhì)災(zāi)害防治工作中的意義

在礦山地質(zhì)災(zāi)害的防治工作中，現(xiàn)代的測繪技術(shù)可以提供必要的空間地理信息，更加準確的地質(zhì)信息，在數(shù)據(jù)的收集、處理、管理、傳播等方面，更加的智能、科學、規(guī)范，也更加的多樣化和社會化，在地質(zhì)災(zāi)害的防治工作中發(fā)揮著越來越重要的作用。

此外，由于采礦工作的復(fù)雜地質(zhì)條件和相對危險的作業(yè)環(huán)境，一旦發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害，往往會造成更加嚴重的后果。必須要充分發(fā)揮現(xiàn)代測繪技術(shù)的作用，快速準確地預(yù)測預(yù)判礦山地質(zhì)災(zāi)害，并有針對的展開救援。其中的關(guān)鍵任務(wù)是利用現(xiàn)代測繪技術(shù)對礦區(qū)的基本地理數(shù)據(jù)進行完整的地質(zhì)測繪。根據(jù)測繪結(jié)果，結(jié)合周邊自然環(huán)境的影響，對可能發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害進行綜合分析，為礦山規(guī)劃和治理提供數(shù)據(jù)支持；做到實時監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)災(zāi)害跡象，并采取有針對性的預(yù)防措施來減少礦山地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。

4 現(xiàn)代測繪技術(shù)在司家營礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治中應(yīng)用

司家營礦區(qū)隸屬于河鋼集團礦業(yè)公司，位于唐山市灤州市、灤南縣境內(nèi)，為國有大型冶金礦山，分北區(qū)、南區(qū)兩部分，司家營北區(qū)包含司家營、研山兩座露天礦山，目前已經(jīng)投入生產(chǎn)；司家營南區(qū)為地下礦山，是目前國內(nèi)最大的在建充填法冶金地下礦山，目前已完成豎井掘進，進入二期平巷、硐室施工。

測繪工作是礦山的“眼睛”，在近年來的司家營礦區(qū)生產(chǎn)、建設(shè)也逐漸采用了日益成熟的“3S”技術(shù)、無人機航測技術(shù)等先進測繪技術(shù)和設(shè)備，測繪手段實現(xiàn)質(zhì)的飛躍，它在司家營礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)防和控制中也正起著關(guān)鍵作用。

4.1 全球衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)（GNSS）的應(yīng)用

GNSS系統(tǒng)是一個高精度、全天候和全球性的無線電導航、定位和定時的多功能系統(tǒng)。全球定位技術(shù)目前主要有靜態(tài)和快速靜態(tài)定位，差分GPS，RTK，CORS基準站等作業(yè)方式，在礦山地質(zhì)災(zāi)害防治工作中發(fā)揮不同的作用。

司家營礦區(qū)結(jié)合該礦區(qū)實際情況對測量方法進行了優(yōu)化，及時優(yōu)選測量設(shè)備并建立了基于GNSS技術(shù)的CORS基準站系統(tǒng)，該系統(tǒng)建成以來，運行穩(wěn)定。首先，利用CORS基準站對礦山開采的施工范圍的進行確定，同時測量采集三維坐標等數(shù)據(jù)，構(gòu)建礦區(qū)控制網(wǎng)及施工控制網(wǎng)。其次，該系統(tǒng)配套Leica GS15流動站使用，具有極強的靈活性，定位精度優(yōu)于±0.1 m，在應(yīng)用過程中可有效管理減少各種外界因素的影響。

在實際礦區(qū)生產(chǎn)、建設(shè)過程中，在CORS基準站系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過制定變形監(jiān)測方案，在不同的檢測地點分別設(shè)置定位設(shè)備，從而建立自動監(jiān)測裝置實現(xiàn)連續(xù)自動化監(jiān)測的功能。從而保證監(jiān)測工作的長期性與動態(tài)監(jiān)控的要求。目前已應(yīng)用到礦區(qū)兩個露天礦坑的邊坡監(jiān)測，三座尾礦庫壩體變形監(jiān)測，采空區(qū)地面沉陷觀測等項目中，對所涉及地質(zhì)災(zāi)害的區(qū)域的受災(zāi)界線、災(zāi)區(qū)地勢、面積等進行精準監(jiān)測，從而提高礦山地質(zhì)災(zāi)害管理水平。

4.2 攝影測量及遙感技術(shù)（RS）的應(yīng)用

攝影測量是運用聲、光、電等遙感技術(shù)設(shè)備（攝像機、掃描儀、雷達）測量被測物，生成圖片或者聲像數(shù)據(jù)的技術(shù)手段，是遙感技術(shù)的在幾何學方面的一個分支。近年來，由于高質(zhì)量攝像設(shè)備和精密測量設(shè)備的出現(xiàn)以及計算機軟件的發(fā)展，人們現(xiàn)在可以通過數(shù)學處理方法來模擬消除攝影測量中的系統(tǒng)誤差，測量精度和效率都顯著提高了。而目前地面和近景攝影測量技術(shù)都是搭配無人機系統(tǒng)來開展的。

司家營礦區(qū)為了更好的應(yīng)用攝影測量及遙感技術(shù)，根據(jù)需要測繪的礦區(qū)地理條件及飛行環(huán)境，采購了搭載高分辨率攝像設(shè)備的無人機系統(tǒng)。利用無人機系統(tǒng)進行攝影測量，可以觀測整個礦區(qū)地形圖，地質(zhì)災(zāi)害變化以及由開采引起的大面積礦區(qū)的地面沉降情況，獲得數(shù)字的、影像的、線劃的多種形式的地圖成果。特別是近景攝影測量技術(shù)，廣泛應(yīng)用于礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治中邊坡滑坡體監(jiān)測、泥石流監(jiān)測、排土場及廢渣堆積場監(jiān)測及運動狀態(tài)變化的研究等方面。

4.3 地理信息系統(tǒng)技術(shù)（GIS）的應(yīng)用

地理信息系統(tǒng)(G IS)是一種能提供強大空間查詢、分析、處理能力的空間測繪系統(tǒng)。它是在計算機及遙感硬件及技術(shù)的支持下，結(jié)合系統(tǒng)工程和地理地圖學的理論而成的綜合性系統(tǒng)?；贕PS技術(shù)、攝影測量技術(shù)獲得的地形圖及相關(guān)細節(jié)信息，在空間原貌的基礎(chǔ)上進行數(shù)字化模擬，進而獲得點位分布數(shù)據(jù)，從而起到輔助決策、監(jiān)測預(yù)報的作用。其交叉性和前沿性顯著，所做出的決策輔助對礦山測繪和災(zāi)害預(yù)警有著極為重要的意義。

司家營礦區(qū)在充分利用CORS基準站系統(tǒng)和無人機攝影測量技術(shù)的基礎(chǔ)上，積極同GIS技術(shù)科技公司進行合作，充分利用GIS技術(shù)強大的空間數(shù)據(jù)庫管理與空間分析模型方面的功能，針對礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治進行整體建模，構(gòu)建災(zāi)害防治體系。在礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治和合理監(jiān)督過程中，設(shè)置數(shù)字監(jiān)控，實時掌握地質(zhì)的變化情況；對所獲取的地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)信息進行空間處理，合理分析礦山地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的誘因及產(chǎn)生的風險，對地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度進行分區(qū)，對地質(zhì)災(zāi)害進行定量仿真模擬；從而評估災(zāi)情、預(yù)測災(zāi)難強度和后續(xù)影響，在礦山災(zāi)害預(yù)防中發(fā)揮重要作用。

5 結(jié)論

綜上所述，隨著礦山資源的不斷開采，地質(zhì)災(zāi)害問題也變得越來越復(fù)雜、越來越嚴重。而以“3S”技術(shù)為代表現(xiàn)代測繪技術(shù)向自動化、智能化、多樣化、實時化的發(fā)展，為預(yù)防和控制礦山的地質(zhì)災(zāi)害創(chuàng)造了有力的條件，提供了技術(shù)保障。現(xiàn)代測繪技術(shù)已逐漸應(yīng)用于礦山地質(zhì)災(zāi)害防治的各個階段，為我國礦產(chǎn)資源的開采保駕護航，促進了我國礦山行業(yè)的進一步發(fā)展，推動國民經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展。