煤礦工程測量中測繪新技術的應用探究

王煥允

（河北省煤田地質局物測地質隊，河北 邢臺 054000）

0 引言

隨著煤礦工程不斷發(fā)展測量工作中測繪新技術越來越多，這在一定程度上有效彌補了傳統(tǒng)測繪技術方面的弊端，能夠確保測量結果的精度，因此，需結合煤礦工程測量工作具體情況和需要選用適合的測繪新技術，如RS 技術、PS 技術、GPS 技術、全站儀技術等，充分發(fā)揮出測繪新技術的最大應用價值。

1 煤礦工程測量情況

煤礦工程生產的過程測量工作為重點部分，主要需構建近井點高程基點及井口高程基點，實行聯(lián)系測量工作、貫通測量和日常測量工作等。

（1）近井點平面基點、高程基點均為構建在煤礦井口四周平面及高程控制點，可為煤礦井口四周地面施工測量提供數(shù)據(jù)參照，直接關系到地面坐標和高程系統(tǒng)引測井下部分，要求在煤礦地面控制測量期間構建，置于煤礦地面主控制網中按主控制網測量要求進行規(guī)范測量。

（2）對地面坐標和高程系統(tǒng)實行聯(lián)系測量，考慮到井下巷道及采區(qū)作業(yè)的進度，將井下控制點延伸到井下所有部位為煤礦生產奠定良好的基礎。

（3）貫通測量作為煤礦測量工作中比較復雜的項目，要求聯(lián)系具體應用控制測量成果或是構建新的控制測量系統(tǒng)處理，因估算精度要求比較高所以應做好所有準備工作后進行貫通測量作業(yè)[1]。

（4）日常測量涉及煤礦生產作業(yè)測量中巷道測量、腰線測量、采區(qū)測量等方面工作。煤礦測量工作為確保作業(yè)的安全、工作人員人身安全及財產安全，應結合煤礦地面主控制網相關標準進行精確測量，為做好井下巷道施工、其他位置施工，特殊測量的項目施工要求使用原測量控制結果構建新的測量系統(tǒng)，實行貫通測量精度估算及巷道和采區(qū)日常測量。因煤礦測量工作量非常大、測量內容復雜，故此應該認真實行煤礦測量工作，合理使用現(xiàn)代測繪新技術處理。比方說：激光測距儀測繪技術、GPS 測繪技術、遙感技術、GIS 測繪技術等處理。

2 煤礦工程測量中測繪新技術的應用重要性

通過研究發(fā)現(xiàn)測量工作中采用測繪新技術存在較多優(yōu)勢，主要優(yōu)勢包括：①測繪精度高方面優(yōu)勢。和以往測繪技術比較采用測繪新技術在計算、讀數(shù)、繪圖等方面均存在明顯優(yōu)勢，可借助計算機的作用完成各項工作，保證測繪結果的精度及測繪工作的整體效率。②圖像數(shù)字化方面優(yōu)勢。在實際應用測繪新技術的時候涉及較多專業(yè)繪圖軟件，所以會使用到硬盤設備儲存圖像，如此一來數(shù)據(jù)攜帶和保存更加便捷，能很好的提取圖像并修改測量數(shù)據(jù)，在網絡技術的作用下可以實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)傳輸?shù)男Ч鸞2]。③自動化水平高方面優(yōu)勢。應用該項技術時不需投入大量的人力資源和物力資源，測繪新技術與傳統(tǒng)測繪技術比較，前者在較短的時間就可以完成大量監(jiān)測工作，而且能夠有效利用先進的儀器設備完成測量，測量時間、自動計算、自動制圖等效果均得以有效保證。

3 煤礦工程測量中測繪新技術應用策略

3.1 激光測距儀測繪技術的應用

煤礦開采期間掘進巷道工作量非常大，同時要確保巷道作業(yè)的精度-巷道傾角，一般來講巷道長度較長要求有一定傾角，以此防止于局部區(qū)域出現(xiàn)低洼區(qū)對正常排水構成不良的影響，如果巷道作業(yè)傾角偏離過大容易造成部分巷道空間層位相差非常大的現(xiàn)象，以往執(zhí)行該項工作的時候，采取的為掛設標線方法處理，標線為移動的狀態(tài)產生誤差的可能性較大，為保證巷道掘進作業(yè)精度、滿足實際要求，建議在井下巷道掘進時合理運用激光測距儀，將其固定在適合的區(qū)域保持不動的狀態(tài)后，聯(lián)系激光信號標定位置作業(yè)，以此滿足巷道斷面尺寸要求、巷道斷面水平度要求，同時降低校正測量的工作量[3]。

3.2 GPS 測繪技術應用

煤礦開采階段對礦區(qū)地理坐標實行準確標定處理極其必要，將煤礦采掘平面圖標注在具體經緯坐標，然后對采掘工作面地理坐標進行精準定位，從而提高生產作業(yè)的安全性。在這個過程如果發(fā)生地理坐標偏差問題必然會造成工程返工，直接威脅到工程開采作業(yè)的整體效率；或工作面地理坐標定位精準度存在問題，易于發(fā)生越界開采現(xiàn)象引發(fā)煤礦地質災害，如透水問題、瓦斯泄漏問題、建筑結構嚴重損害問題等，由此可見做好測量礦區(qū)地理坐標定位工作非常關鍵，在實際測量時可選擇GPS 技術處理，因為該項技術應用便捷且測量精度高，可通過GPS 測量數(shù)據(jù)建立礦區(qū)四周控制網。另外，應用GPS 測繪技術進行煤礦工程測量工作能保證煤礦生產的效率、安全性，加強煤礦企業(yè)在競爭激烈市場中的競爭力[4]。

3.3 遙感技術應用

（1）礦煤開采所致環(huán)境污染問題作為社會共同關注的問題，要求煤礦企業(yè)方面提高對礦區(qū)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測的重視，重點對地表河流面積變化、地表植被變化、礦山開采沉陷區(qū)測量，礦區(qū)面積非常大導致該區(qū)域生態(tài)監(jiān)測工作的難度加大。隨著遙感技術的不斷發(fā)展航空攝影技術在礦區(qū)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中得到廣泛應用，各個時間點拍攝礦區(qū)圖像比較發(fā)現(xiàn)關鍵區(qū)域生態(tài)環(huán)境發(fā)生一定變化，這個過程使用圖像處理技術處理能結合具體需要控制拍攝圖像的大小，實行高精度監(jiān)測的時候拍攝礦區(qū)圖像尺寸設置的大一點、其他部分圖像尺寸可以設置小一點。礦山生態(tài)監(jiān)測時對開采沉陷區(qū)變化監(jiān)測應確保數(shù)據(jù)結果的精度，使用水準儀/RTK 技術測量地表沉陷情況，測量精度高但測量數(shù)據(jù)受到一定限制、測量工作花費的時間也會比較長，無法達到大規(guī)模測量的目的。因此，煤礦工程方面可以通過InSAR 技術對煤礦地表進行沉陷測量，從而切實提升該項測量工作的效率[5]。

（2）PS 技術可接收高空地表發(fā)出的電磁波信息，作為遙感技術之一能對監(jiān)測對象掃描、監(jiān)測對象攝像，通過網絡化方式獲取數(shù)據(jù)信息并及時傳輸信息，對測量對象遠程識別及控制的效果均較好。該項技術可發(fā)揮出現(xiàn)代技術的作用，因此在較多領域中得到了很好的應用，煤礦測量中需對煤礦區(qū)和煤礦區(qū)四周地表有無沉降進行測量，對于存在沉降問題還可以監(jiān)測沉降的范圍和嚴重程度。與此同時，PS 測繪技術能對煤礦區(qū)地下水位變化加以監(jiān)測，利于準確掌握礦區(qū)地下狀況及監(jiān)測礦區(qū)的環(huán)境，使得采礦區(qū)安全問題得到保證。另外，還能夠對煤礦區(qū)熱輻射監(jiān)測、露天礦邊是否穩(wěn)定監(jiān)測，有助于為礦區(qū)管理人員進行煤礦區(qū)安全監(jiān)測工作提供良好的支持[6]。

（3）RS 技術即為遙感技術，為外層空間/高空接收地球表層不同類型地理電磁波信息的技術手段，經對信息掃描、信息攝影、信息傳輸、信息處理等，對地表所有現(xiàn)象、地表物體距離識別，該項技術的應用優(yōu)勢較多，主要體現(xiàn)在定位精準、自動化水平高、全天候監(jiān)測、應用靈活等多個方面。RS 技術在煤礦測繪工作中應用不易受到地點因素、時間因素影響即可完成測量，不僅如此RS 技術的應用慣性導航特點顯著，便于對不同類型數(shù)據(jù)測量并且和GPS 技術聯(lián)系起來可形成完整的定位系統(tǒng)，保證煤礦測量定位的準確性、煤礦測量導航的準確性，在控制點監(jiān)測及管道移位監(jiān)測，亦或是地面表層監(jiān)測中應用均可能夠獲得理想的效果。

3.4 GIS 測繪技術應用

為嚴格控制信息流情況獲得雙向傳遞的效果，可采用信息系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)信息、儲存數(shù)據(jù)信息、加工并處理數(shù)據(jù)信息等，及時回復用戶提出的相關問題。值得一提的是信息系統(tǒng)主要有數(shù)據(jù)采集功能、數(shù)據(jù)管理功能、數(shù)據(jù)分析功能、數(shù)據(jù)表達功能，通過神經網絡的作用便于正確梳理輸入屬性和可預測屬性的關系，平滑、連續(xù)的關系，然而神經網絡學習的時間比較長，所謂神經網絡即為經大量神經元互聯(lián)形成的網絡能模擬人腦神經元結構，人工神經網絡適應性較強能形成并行互聯(lián)網絡，組織管理利于模擬生物神經系統(tǒng)及時做出物體真實交換反應。地理信息系統(tǒng)理論、技術方法，為礦區(qū)多層空間、資源、環(huán)境等四維時空，進行信息存儲、處理，以及分析和評價的基礎，使用地理信息系統(tǒng)軟件加以控制在減小運行過程中風險方面的優(yōu)勢突出。軟件設計與計算機軟件設計實行比較，存在較多相同之處但同樣有著一定的區(qū)別。例如，時效性和可靠性方面的差異較大，在軟件和硬件調試的過程中軟件于單片機系統(tǒng)運行，此時控制硬件正常工作，以測試硬件設計和軟件設計為主設定設計目標即可。

3.5 慣性測量系統(tǒng)應用

慣性系統(tǒng)也可以叫作ISS，慣性測量系統(tǒng)與GPS 全球定位系統(tǒng)比較存在較大差異性，前者自動化水平較高且對自然環(huán)境不會造成較大的影響，能很好的適應不同的環(huán)境完成煤礦測繪工作，但該項測繪新技術的應用容易受到GPS 信號的限制。值得一提的是慣性測量系統(tǒng)可實時測繪煤礦工作，測量原理為慣性導航原理便于在相同時間對經度測量、緯度測量、重力感應測量等，具有較高的應用價值。

3.6 三維激光掃描儀測繪技術應用

這一測繪技術的專業(yè)水平非常高主要體現(xiàn)在運轉速度快、工作效率高等方面，利于及時處理數(shù)據(jù)運輸中存在的信號問題，利用最短的時間構建數(shù)據(jù)界面，而且三維激光掃描儀測繪技術融合了GPS 技術、數(shù)碼相機技術，以及升降臺技術、旋轉平臺技術等，能夠在較短的時間采集數(shù)據(jù)信息、定位處理，而且輸出信息格式較多、靈活、性能較強。煤礦測量時使用這一技術對煤礦區(qū)域地質坡面、井架安裝、變形、煤礦儲量管理、巷道斷面等監(jiān)測效果均較佳。作為新型測繪技術RTK 實時動態(tài)差分法技術的應用，可對兩個監(jiān)測站間載波相位情況進行監(jiān)測，獲取觀測點三維坐標情況，在測量井田區(qū)域地形、礦區(qū)廣場作業(yè)方面均可以得到很好的利用，在野外測量中短時間內即可獲得高精度測量結果，屬于動態(tài)實時載波相位技術。選用RTK 測繪技術過程中選擇精密單點定位技術，認真實行GPS 接收機測量放樣工作，能夠避免對四周建筑物造成不良影響，有效彌補采取GPS 接收機測量放樣所致衛(wèi)星信號遮擋對測量工作造成影響方面的弊端，保證測繪結果的精度并且維護測量方面的效益。

3.7 全站儀技術應用

全站儀測繪技術屬于新型電子速測儀技術，具有頻次高及時間長特點，可將光學技術、電子技術融合形成新的光電型測量儀器，在計算機技術及通信技術作用下應用全站儀測繪技術智能化水平較高，故而在煤礦測量工作中能發(fā)揮重要的作用。隨著全站儀測繪技術的不斷發(fā)展，采用這一技術測量能夠對不同類型測量數(shù)據(jù)記錄，及時將相關獲取的數(shù)據(jù)信息傳輸至計算機，獲取指令后發(fā)送至終端接收端。全站儀測繪成果為數(shù)據(jù)化方式顯示，操作簡便可行、穩(wěn)定性強，在煤礦地形測量、地面控制測量，以及不同類型采礦工程測量、井下作業(yè)測量、聯(lián)系測量等中應用，均可發(fā)揮出全站儀技術的最大作用[7]。礦山測量工作中應用全站儀測繪技術處理數(shù)字化水平、智能化水平均得以有效保障，同時利于很好的利用計算機構建三維數(shù)據(jù)庫，及時采集礦區(qū)數(shù)據(jù)、傳輸數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)等。利用全站儀進行測量時為了提高精度及保護儀器，可經垂球降低儀器擺幅，防止出現(xiàn)松動的現(xiàn)象發(fā)生，建議在啟動電源后保持垂直角為直角的狀態(tài)后關閉電源。測量期間嚴格控制測量距離、保證測量邊長在40m 左右，全站儀測繪技術在偏遠煤礦區(qū)域測繪中應用效果也比較理想，但操作復雜要求結合具體情況，考慮是否使用該項技術進行煤礦地表測量、礦區(qū)土地復墾工程監(jiān)測、礦區(qū)施工監(jiān)測等方面工作。

4 結語

為提升煤礦工程測量工作成果精度、工作效率，應根據(jù)測量工作具體需求選擇適合的測繪新技術測量，或是通過多種測繪技術聯(lián)合測量方法處理。比如：全站儀技術、三維激光掃描儀測繪技術、慣性測量系統(tǒng)、GIS測繪技術等，以便在確保測量結果準確性、安全性的基礎上，為推動煤礦工程整體發(fā)展奠定堅實的基礎。