浅谈矿山测量的主要工作及其新技术

2013-08-15谷全志

科技视界 2013年14期

谷全志

（宁夏回族自治区煤田地质局，宁夏银川 750011）

0 引言

矿山测量是在矿山建设和采矿过程中，为矿山的规划设计、勘探建设、生产和运营管理以及矿山报废等进行的测绘工作。它是综合运用测量、地质及采矿等多种学科的知识,来研究和处理矿山地质勘探、建设和采矿过程中由矿体到围岩，从地面到井下在静态和动态下的各种空间几何问题的学科。

1 矿山测量的概述

1.1 矿山测量研究对象及任务

由于矿山测量研究的对象是矿山的井筒、巷道、采场、工作面、台阶、剖面等的定位与描述。因此，它与地形测量相比，在测量对象、工作条件以及精度分布等方面具有不同的特点。

矿山测量的测量环节包括：建立地面控制网、井上与井下的联系测量、井下巷道中的控制、施工及日常的巷道及回采面测量，具体测量任务包括：

（1）建立井上和井下测量控制系统，测绘地形图；

（2）矿山建设中的施工测量；

（3）测绘各种图纸；

（4）对资源利用和生产情况进行检查与监督；

（5）“三下”开采和矿柱留设；

（6）土地复垦和环境治理；

（7）矿区内地籍测量；

（8）矿区月、季、年生产计划和长远规划。

1.2 矿山测量的作用

（1）保证作用

通过及时提供反映生产状况的各种图纸,准确掌握储量变动情况,参与采矿计划的制定。

（2）监督作用

矿山测量人员要依靠有关法规和规定,经常检查各种采掘工程质量,以减少资源浪费。

（3）安全指导作用

利用各种图纸，及时正确指导,使采矿巷道不掘进到危险区。同时预测采空后岩层与地表移动范围,避免建筑物和人员安全事故发生。

2 矿山测量的工作

2.1 近井点和水准基点测量

近井点及水准基点是设置在坑道、竖井井口附近的控制点。它是指导坑道、竖井掘进、施测坑（井）口位置点和坑道内导线测量的起算点，一般均埋设标石。

由于地下矿山工程涉及范围较大，并且在其采矿区域内，地面由于采矿影响会产生塌陷的现象。因此在布设近井点时，除在采矿范围内布设两三个外，还应在采矿范围外布设几个，一般通过建立GPS网来完成。

水准基点是通过布设水准导线，与国家水准点联测，通过水准仪获得水准基点高程。水准基点的精度应达到国家四等高程控制点的要求。

无论是近井点还是水准点基点的选择都应选择在地基稳定，不易被破坏的地方。

2.2 联系测量（定向和传递标高）

在矿山工程中，可使用平峒、斜井及竖井进行地下的开挖工作。为保证井下工程沿设计方向掘井，应通过平峒、斜井及竖井将地面的平面坐标系统及高程系统传递到井下，该项工作称为联系测量。通过平峒、斜井及竖井的联系测量可由导线测量、水准测量、三角高程测量完成。联系测量分为平面联系测量和高程联系测量。其主要作用有：

（1）保证井下工程按照设计图纸正确施工，确保巷道的贯通；

（2）确定井下工程与地面建筑物、构筑物、铁路、河湖等之间的相对位置关系，保证井下工程和地面设施的安全。

平面联系测量分为几何（一井、两井）定向和陀螺定向。几何定向测量主要分为投点和连接测量；陀螺定向一般通过陀螺经纬仪来完成。陀螺经纬仪是陀螺仪和经纬仪结合在一起的仪器。他利用陀螺仪本身的物理特性及地球自转的影响，实现自动寻找真北方向从而测定地面和井下工程中任意测站的大地方位角。

高程联系测量是为了使地面和井下建立统一的高程系统，应通过斜井、平峒和竖井将地面高程传递到井下巷道中，可从地面用水准测量和三角高程测量方法直接导入。

2.3 井下平面和高程控制测量

井下控制测量包括平面控制测量和高程控制测量。平面控制测量由于受井下条件的限制，使得测量方法较为单一，只能布设导线。高程控制测量方法有水准测量、三角高程测量。

井下导线的布设按照“高级控制低级”的原则进行。我国《煤矿测量规程》规定，井下平面控制分为基本控制和采区控制，导线应布设成闭合导线、附合导线或者支导线。

基本控制导线一般从井底车场的起始边开始，沿矿井主要巷道布设，通常每隔一段应用陀螺仪定向，以提供检核和方位的条件。

采区控制导线沿采区上、下山、中间巷道以及其他次要巷道布设。

井下高程控制测量的任务是，测定井下巷道中各种测点的高程，建立一个与地面统一的井下高程控制系统，确定各种采掘巷道、峒室在竖直方向上的位置及相互关系，以解决各种采掘工程在竖直面内的几何问题。井下高程控制测量可分为井下水准测量和井下三角高程测量。

2.4 井下施工测量

矿井施工测量的主要任务是根据各种施工设计的图纸和资料，按设计要求将施工对象标定于实地，并在施工过程中，不断进行检查，以确保工程质量达到设计所规定的要求。主要测量任务有：

（1）井筒中心和十字中线的标定；

（2）竖井井筒掘进时的施工测量包括：标定井筒锁口、标定掘进与砌壁时井筒中心垂球线的位置、标定梁窝线和牌子线的位置、定期丈量井筒掘砌深度等；

（3）掘进井底车场时的测量工作；

（4）特殊凿井时的测量工作。

2.5 巷道及回采面的测量

巷道及回采面测量是指巷道掘进和工作面回采时的测量工作。它是矿井日常测量工作的主要内容。巷道和回采面测量是在井下平面和高程控制测量的基础上进行的，其任务主要包括：

（1）根据采矿设计标定巷道掘进的方向和坡度，并随时检查和纠正，此项工作称为巷道中线和腰线标定；

（2）及时准确地测定巷道的实际位置，检查巷道的规格质量和丈量巷道进尺，并把巷道填绘在有关的平面图、立面图和剖面图上；

（3）测绘回采面的实际位置，统计产量和储量变动情况，此项工作称为回采面测量；

（4）有关采矿工程、井下钻探、地质特征点、瓦斯突出点和涌水点的测定等。

3 矿山测量的新技术

现代科学技术的发展，开发出了新一代的电子测绘仪器，形成了以GPS、RS、GIS为代表的3S技术。他们在矿山测量中的应用形成了“数字矿山”。数字矿山指在矿山范围内建立一个以三维坐标为主线，将矿山信息构建成一个矿山信息模型，以描述矿山空间中每一点的全部信息，并按三维坐标组织、存储起来，并提供有效、方便和直观的检索手段和显示手段，使有关人员都可以快速准确、充分和完整地了解及利用矿山各方面的信息。它是基于信息技术，通过多种技术的汇聚，为矿产资源开发、开采规划、采选加工、生产过程管理、生产安全与经营决策提供信息技术平台和工具。建设数字矿山，将矿产资源的发现与开发工作从分类资料的顺序处理改变为实时资料的并行处理，建立快速反馈的动态矿山模型，对煤矿生产过程和经济活动进行动态的把握和快速的控制，是以信息集成、共享和工作协作为主要特征的综合管理系统。数字矿山具有资源数字化、技术一体化、信息集成化、业务协同化、管理集约化、决策科学化、智能化。