现代测量技术在矿山的实际应用

李进，王永军，蒋光军（湖南省地质矿产勘查开发局407队，湖南 怀化418000）

现代测量技术在矿山的实际应用

李进，王永军，蒋光军（湖南省地质矿产勘查开发局407队，湖南 怀化418000）

矿山测量技术旨在确保矿山的生产运营正常，准确、全面地对矿山的实际情况进行测量，保证矿山开采以最优方案运行，达到高效率、低成本的运营模式。随着现代科学技术的不断发展，测绘科学技术的快速发展，矿山的测量技术也在不断创新和发展，矿山对测量的时效性、矿山整体的直观性、控制的精准性越来越高。本文就矿山开采的控制测量、坑道测量、采掘面测量的方法及相关软硬件配备展开研究，提出一套比较适合当前矿山开采比较实用的理论技术方法。主要从控制测量、坑道及其采空区测量、软件应用和数据处理三大方面阐述矿山测量的技术，主要软硬件以徕卡智能全站仪（带ATR和红外对中、免棱镜、编程），surpac软件。

矿山测量；后方交会；surpac；三维建模

前言

随着现代科学技术的不断发展，测绘科学技术的快速发展，矿山的测量技术也在不断创新和发展。各类新型矿山测量技术被广泛应用于矿山测量工作中，为矿山测量的精确性与全面性提供更好的技术支持，比如GPS RTK技术、数字测图技术等，为矿山生产安全提供保障，提高测量的工作效率，在传统的矿山测量领域中，矿山测量使用的水准仪、光学经纬仪等仪器在精度上、观测方法和数据记录等出现较大误差，无法满足现代矿山开采需要，确保安全生产，降低开采成本。

1 控制测量

1.1 地表控制测量

地表控制测量同常规地表控制测量一致，布设均匀覆盖整个矿区的GPS点，选点埋石符合GPS控制点以下要求：①远离发射功率强大的无线电发射源、微波通道、高压线（高于20万V）等，距离不小于200m；②避开多路径效应（高大建筑、水域等），高度角控制在15°；③避开建筑规划易破坏地带；④避开坑道开挖采掘易导致振动甚至塌陷地带；⑤埋石为一般标石即可。GPS点观测等级一般为D级即可，当矿区范围太大时，需要布设二、三等水准网布设高程控制，联测各GPS点。

1.2 井下控制测量

井下控制测量是矿山开采至关重要的环节，直接关系到矿山开采的贯通、矿床找寻、开采面定位等，直接影响整个矿山的整体运营。国内传统的测量历经罗盘加皮尺、经纬仪配合陀螺仪加钢尺或者测距仪，到现在主流的全站仪，测量的精度随着测量仪器的升级逐步提高。传统巷道测量一般将控制点布设在巷道底板或者顶板，但这就有相当大的不足之处，布设在底板上的控制点容易被来往工人或者矿车振动移位甚至破坏；布设在顶板的控制点在测量时一般都用铅垂将其引点至地面，这样应用起来时效性就相当差，而且难以保证测量的精度。在大型的矿山这样的控制点难以确保其准确性，一旦出现控制偏差，造成的损失是不可估量的。

（1）做点原理及方法：配备徕卡专用棱镜及加长杆（长20cm，连接棱镜的另一端直径10mm）和略大于连接杆直径的铝制套筒（长5cm）。在侧壁用10mm电钻钻深度5cm孔，然后将铝管敲进孔，即完成一控制点制作。控制点制作及应用方法如图1。

（2）待控制点做好后，观测时主要应用后方交会法，在控制点间设任意站，设站位置考虑后方交会相邻角度尽量对等以减小计算误差，设站用红外对中，观测用ATR自动瞄准，任意站需测量3个已知控制点及以上，然后用全站仪内置后方交会计算程序计算设站的坐标，并检查其计算精度是否符合要求（其精度要求可以在编程时自行根据需要设定，一般XYZ需小于2cm），合格后便设站成功。其后便可以测量后续的控制点。控制点间的距离控制在20m内，以缩小差。

（3）当矿山的控制范围不需要考虑地球椭球度的影响时）中的后方交会一般足以。当需要考虑椭球度时，考虑在巷道中心线布设一次临时的导线附带高程水准用以检核校正并平差侧壁上的控制点。

（4）该方法的优点显而易见：易于保存，应用方便快捷，误差平均出现偶然误差的几率小。但有一定的缺陷：仪器配备要求较高，后方交会时长短边造成的误差累计，但控制范围大时可以通过临时导线和水准予以检核矫正。

图1 控制点制作及应用方法

2 巷道及采空区测量

在传统的测量中，通常巷道测量只以导线形式测量其中线，然后用皮尺量距标定其地质编录。这种模式的测量图上显示不直观，不全面，显然逐渐跟不上现在的采矿要求。为了顺应社会的进步和开矿的更高要求，本文探讨测量三维巷道并绘制三维立体模型的方法，这样能将井下情况在电脑里一目了然，如同身临其境。测量的方法如下：

设站：在需要测量的巷道或者采空区、采掘面附近设站，需采集三个及以上控制点，观测时需选择ATR有棱镜模式。

设站成功后，开始采集巷道和采空区碎部点。

采集巷道碎部点时，将仪器调整为无棱镜模式，为了能更逼真的显示出巷道的三维实际模型，每一巷道切面需采集5个点（顶部1点、肩部2点、底2点）。且在巷道有形状变化处就选一断面测量。这样众多的断面各对应点相连，便构成整个巷道的简易DTM，封闭建模就可以生成出巷道的模型。

采集采空区时，依据点云密布原则，选择有变形拐点的地方就用无棱镜模式一圈一圈地采集碎部点，然后内业处理数据建立DTM并建模，生成采空区的实体模型。

将采空区和巷道综合起来就能得到整个矿山的三维立体模型，导入矿床矿体的模型，然后非常直观的设计出开挖巷道直达矿体。

3 数据处理及三维建模

三维软件的开发利用，将矿山的开采可视化，再不像传统的二维系统，靠一定的空间想象去构象立体模型。本文以surpac软件为例，介绍三维建模的应用及其优越性。

Surpac全名Geovia Surpac，是达索Geovia品牌推出的一款全面集成地质勘探信息管理、矿体资源模型建立、矿山生产规划及设计、矿山测量及工程量验算、生产进度计划编制等功能的大型三维数字化矿山软件。具有强大的地质勘察数据和矿体资源模型三维显示和编辑功能，并具有数据库编辑功能。

用徕卡全站仪测量的控制点数据导出到surpac软件中，在软件中可以自定义控制点数据库，在矿山测量中，一般定义如surfac、underg2数据库。分别将地表控制点及井下控制点导入到相应数据库，以便有条理的调用查找相关数据。

如图2，巷道测量及采空区数据导入线文件至surpac中，将每个断面的对应部位的点连接起来构成如图2的简易线模型。

将上一步骤中每个断面点所连线段封闭，然后每个断面之间就能构造环形连续的面，然后就构成了立体的模型如图3。

图2 简易线模型

图3 立体的模型

测量的数据全部导入后，一个直观的三维视图随时都能呈现在眼前，旋转三维视图，可以从不同的视角对矿山进行观察分析，这样对整个矿山的情况能有一清晰的认识，通过专业的分析就可以对于矿脉开采设计、巷道设计、贯通等都具有一目了然的效果如图4。而且对于设计的数据在视图中都能直接进行丈量，如方位角、坡度、长度等。

图4 旋转三维视

另外，应用该软件还可用于验收方量等，如地面开挖的两期土方的计算，只需要均匀准确测量出开挖前后的地表数据，然后分别构建出DTM模型，通过两期模型叠加，即可计算出两期土方之差。其原理等同于常规测量软件（如CASS）中的两期土方计算。

由此可以发现，用这种三维软件进行分析、设计等，有着传统二维CAD应用软件无可比拟的优越性，它将高程也体现在我们的视角里，无需去抽象构建虚拟模型。对于各种设计的巷道路径等只需直接丈量即可得到极为准确的数据，再也不需要通过计算其长度、角度等元素。

4 结束语

为加快我国矿山数字化建设，确保矿山企业的安全生产及整体效益、市场竞争力和适应能力，为加强国家对矿山的有效监管，一套成熟完整的高时效、高技术含量的矿山数字化测量技术的研制迫在眉睫，只有将先进的测量仪器和测量理论不断试验于矿山开采中，将不断试验总结的先进技术方法推广出去，这样才能让矿山安全生产，效率不断提高，同时政府才能有效监管，统筹规划开采我国的矿产资源。

TD17

A

2095-2066（2016）22-0052-02

2016-7-15

李 进（1982-），男，工程师，注册测绘师，本科，主要从事矿山测量、地籍测量、工程测量、控制测量等工作。