测绘技术在矿山动态监测中的应用

王 远，江冬明

（国土资源部合肥矿产资源监督检测中心,安徽 合肥 230000）

我国国土面积广阔、地大物博，随着社会经济的进步，采矿行业也取得了很大的进展，但由此引起的地质灾害与安全事故却在一定程度上阻碍的矿山资源开发，而且导致矿区环境严重破坏。因此，运用先进的科学技术提升矿山动态监测水平迫在眉睫。本文介绍了目前我国常用的测绘技术与矿山动态监测的内容，并结合自身工作经验总结了测绘技术在矿山动态监测中的应用要点，以期在最大程度上降低地质灾害发生率，为矿山开采的安全性提供保障[1]。

1 矿山动态监测中常用的测绘技术

1.1 遥感技术

遥感技术的用途广泛，可以测量地质环境、资源、地貌等。在矿山动态监测中运用遥感技术能获得精确的基础数据信息，提升矿区治理水平，促进采矿行业的可持续发展。具体而言，遥感技术的优点主要体现在以下几方面。其一，有很高的测量精度。遥感技术应用范围广，获取的地质基础数据十分精确，能节约不必要的重复探测时间，提高测绘工作的效率。其二，有很强的抗干扰能力。运用传统方法进测量矿山地质数据的一个缺陷就是会受到多方面因素的影响，如外界的地理环境、天气变化等都可能干扰测量过程，导致结果不准确。应用遥感技术就能完全避免这个问题，并且其能依据探测对象所反射的独特电磁波进行测量与分辨。其三，能迅速搜集信息。遥感技术是通过地球卫星所传递的信息实现的，所以其能够在短时间内反馈来自世界各地的信息，技术人员根据卫星反馈可以随时查看相关数据，信息的时效性很强[2]。

1.2 GPS RTK 技术

GPS RTK 技术属于实时地图绘制技术，在矿山地质监测中其不仅能监测矿井表面，还能实行大范围的高精度监测。相比较传统的测量技术，RTK 技术运用了动态载波相位差方法，可以在短时间内解读数据，提高测量精度。GPS RTK 系统中采用的接收器至少有两个，通过载波相位差技术完成测量。在实际工作时，收集卫星先获取定位数据，接着利用串口向无线传输站发送，而移动站通过GPS 系统获取定位数据，之后传输至移动接收器。GPS 移动接收器在这个过程中负责收集与整理原始数据。最终，移动接收器根据基站发送的位置坐标与原始数据判断出具体坐标。除此之外，技术人员可以运用GPS RTK 技术在勘测区域内进行定位、测量地形与高度等。GPS RTK 技术将移动台测量与基站测量两种模式结合在一起，不仅能节约测量成本，还能提升测绘效率，并且还具有动态策略、通用性强、适用范围广等优势。

1.3 无人机摄影测量技术

应用无人机摄影测量技术进行矿山动态监测的一大优势就是实时性，可以及时、准确地发现矿山储量的变化情况，从而科学制定与调整采矿方案，优化矿山资源的建设与开发，增加企业的经济效益。大部分矿山分布的地区都比较偏远，不仅地形复杂，而且自然条件也比较恶劣，在一定程度上增大了采矿难度，为避免浪费矿产资源，相关单位需要实行矿山动态监测。应用无人机摄影测量技术能在高空中全面监测矿山情况，排除附近地形地貌等外界环境因素对监测的干扰，从而降低监测难度，获取真实、准确的监测结果。无人机自带数码相机，能实时采集矿区地形资料，而且其对场地条件没有过多要求，相比之下资金投入少，性价比较高。

2 矿山动态监测的主要内容

2.1 矿山地质环境监测

矿山开采活动无疑会破坏矿区内的地质环境，尤其是大规模开采，会导致岩体变形、地裂缝等，破坏地下水平衡与地貌景观，影响生态平衡。所以开展矿山动态监测时必须加强地质环境监测，一方面要监测开采活动导致的塌陷、泥石流、滑坡等地质灾害，另一方面要监测开采活动对生态环境造成的不良影响，包括土地沙化、水污染等。矿山开采中主要的地质灾害共有以下三种：其一，滑坡。山体滑坡在矿山地区发生率很高，指高山上或斜坡上的泥土受到重力作用而自上向下运动的现象。在进行开采活动时，一旦碰到阴雨天气，尤其是大到暴雨，山体滑坡很可能发展为大规模的泥石流灾害，严重威胁工作人员与矿区附近住户的生命财产安全。其二，塌陷。与滑坡灾害相比，塌陷形成的过程相对复杂。随着采矿活动的进行，位于地下的矿层也被开采一空，地下空间变得十分空旷，这种情况下采空区顶板岩石层受到上部岩层的施压与自身重力的作用会逐渐变形，最后处于向下弯曲状态。其三，崩塌。崩塌灾害大多发生在矿区内软硬相间的岩层处，通常是由于岩体结构导致的。倘若岩体结构面有切割或蠕动现象，很可能引起落石和崩塌，预防措施主要是控制相关诱发因素。

2.2 矿山安全监测

采矿行业的迅速发展虽然产生了较多的经济效益，增加了社会财富，为综合国力的提升做出了贡献，但同时也带来了负面影响。因为我国目前在矿山开采活动中使用的装备、技术等都落后于国际水平，而且开采秩序混乱，经常出现非法采矿的情况，这些问题在一定程度上阻碍了采矿行业的长远发展，严重威胁了矿山的安全生产，并且还破坏了矿区环境与生态平衡，所以相关单位必须加强矿山安全监测。具体包括以下几方面内容：①动态监测惊吓围岩的变形情况；②监测矿区顶板；③监测地下采矿活动是否破坏地面建筑物与具体的破坏程度；④在水体下进行采矿活动时的安全监测；⑤在铁路下进行采矿活动时的安全监测；⑥尾矿坝的安全监测。应用测绘技术开展矿山动态监测时，需要测量的内容则主要是井下部分，包括井下平面、井下高层和井下贯通[3]。

3 测绘技术在矿山动态监测中的应用要点

3.1 遥感技术在矿山动态监测中的应用要点

遥感测绘技术在矿山动态监测中的应用要点主要包括校正辐射、影像融合及信息提取。辐射校正主要分为相对辐射校正与绝对辐射校正，正因为辐射校正对遥感影像的成像时间及空间分辨率有非常高的要求，所以可以通过辐射校正减小影像成像时间误差且提高清晰度。但是在实际采矿作业时，应通过降低大气条件及阳光照射角度等因素影响的方式提前做好校正措施，从而减小地质监测出现的误差。影响融合是遥感技术在矿山动态监测中应用的非常关键的一种技术，涵盖了光谱信息、空间分辨率及纹理等内容。一般情况下，通过优化图像融合处理将多种方法融合能够保证图像清晰，提高影像质量。在实际应用中常用的方式包括多波段影像数据融合与影响融合。矿山地质环境动态监测的基础就是地理信息系统，想要对矿山地质环境信息进行识别，就需要依靠地理信息技术实现信息提取。结束遥感影像监测后需要进行图形分割，从而详细分析图形中包含的信息并实现分类整理。

遥感技术在矿山地质环境中的具体监测方式包括山体滑坡监测、空间塌陷监测与矿山地质污染监测。在矿山开采过程中，连降暴雨、露天开采及道路开挖等易造成山体滑坡，陡峭位置更易发生此类问题。人们可以借助监测观察滑坡面的凹凸差异及上陡下缓，在此基础上加强测绘图形的处理能够更换的掌握滑坡发育情况，凸显线性，使得监测图形清晰度得到大幅度提升。由于滑坡移动速度非常快，使得实际监测呈现的图形清晰度偏低，区域显示较浅。因矿山地质环境差异较大，空间塌陷表现出的破坏力也存在很多的差异，并且会清晰的呈现在遥感测绘获取的信息图上。空间塌陷位置显示在TM 图像上时，通常为单独的椭圆形，但也可能出现板块或者环形斑点，颜色深浅也有所不同。具体监测成像后，在水体亮度值上B1 具有较大的优势，通过调整能够借助亮度深浅预测塌陷区变化状况。环境污染是矿山开采过程中容易造成的一种问题，且影响当地水资源及地质，因此必须加强矿山环境监测。在实际监测时，图像显示颜色能够反应区域的污染程度，水污染区域在图像中呈现粉红色，区域严重污染则呈现亮白色或暗褐红色。遥感测绘技术应用在矿山地质环境监测中，可以有效的对开采区域地质环境、水环境等进行监控[4]。

3.2 GPS RTK 技术在矿山动态监测中的应用要点

在实际地形测绘时，借助GPS RTK 技术对地形综合测试能够得到比较完善的矿山工程地质数据。由于地形与实际测绘作业的影响，使得矿山工程控制网络具有区域特征。为确保精度要求，保证测量点的精确值，就需要将测量点平均差异与充分测量控制点对中心矿区地形与测绘区域的影响结合起来。相关人员在进行测量与实际制图时，需要依据工作原理对传统工作概念进行转变，使得地形技术与GPS RTK 制图有效结合。因控制点密度较低、区域土地覆盖面广、矿区面积大及对区域了解较少影响，利用GPS RTK 测绘技术能够将采矿区特殊地形、地形图及垂直水平剖面测量出来。GPS RTK 技术应用在测绘采矿作业中不仅要注意以前的要点，还需要对一些基本问题给予重视，主要包括以下两点，第一，在实际操作时，为更好的控制点对准误差与多路径效应的产生，需要对异动台和精密站进行合理控制，保证二者距离在10km 范围内。第二，精确的内部映射是现场测量操作的主要目的，若在操作时测量较多控制点，应该提前进行测量操作草图的绘制，确保绘图准确。

放线工作在采矿工程测量中属于基础测量工程，相比较传统地形与绘图方法而言，测量时间相对较短且工作结果相对准确。在采矿工程中，土方工程量验收测量是绘图和地形工作，一般情况下多数矿业公司为确保矿产资源开采效率，制定日常采矿计划。绘制工作面的平面是启动GPS RTK 技术的前提，绘制后需要建立工作控制点网络。通常情况下，映射控制点的工作时间不仅短，而且还能够确保数据的准确性。将计算提取的矿石量和采矿计划对比分析，对日常工程进行总结。除此之外，GPS RTK 技术系统中还能够应用数字技术，不仅集成了矿物工程测量数据的处理与采集，还能够和合成图形软件共同使用，数字自动化数据处理与映射也适用于CASS 映射。

3.3 无人机摄影测量技术在矿山动态监测中的应用要点

无人机摄影测量技术在矿山动态监测中的应用主要分为两个部分，其一是获取与处理数据，其二是地质测量。第一个阶段，首先要制定航摄方案，技术人员要根据矿山的分布情况等确定航线，并且在特定部位采用无人机携带的数码相机拍摄矿区的地形地貌，注意航带内与不同航带间的重叠情况。其次是控制测量。在测量矿山储量时，要确保控制点的直径是1m，并且应分布在测量区域的中间与四周，设置多个控制点来使工作难度降低，这样也能获得更好的整体监测效果。再次是空三加密。利用光束法在空中进行三角测量，为确保结果准确，要采取外业处理措施，然后利用内业解算定向点的高程、坐标等数据。第四是生成DEM 与DOM。采用空三加密方式生成间距一定的三维点云文件，并将按照比例尺转化为DEM。结合DEM 与外方元素微分纠正各个像，进而得到DOM。最后是检查DOM 与DEM 的质量。在正式进行矿山动态监测前要全面地检验DOM 与DEM 的精度，保证结果的准确性[5]。

在地质测量阶段，采矿单位要先利用公式Q=S×H 评估矿山储量资源，其中Q、S、H 分别代表资源储量、采坑面积和平均采深，根据实际情况确定储量估算参数，采坑面积的评估通常是结合无人机拍摄的资源储量图，而平均采深则是按照各个测量点底板与顶板的差值计算。

总之，无论是为了矿山开采安全，还是为了保护矿山地质环境，应用测绘技术开展矿山动态监测都是非常有必要的。目前常用的遥感技术、GPS RTK 技术和无人机摄影测量技术在这方面各有各的优势，相关单位和工作人员要结合矿山的所在区域等具体情况选择适合的测绘方法，也可以结合使用两种或多种测绘技术，提升测绘的精度，科学处理获取的数据，制定具有可行性的矿山开采方案，加强矿山管理，在保证环境效益的基础上促进采矿行业蓬勃发展。