發布時間：2021-02-21所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 【摘 要】礦山測量技術旨在確保礦山的生產運營正常，準確、全面地對礦山的實際情況進行測量，保證礦山開采以最優方案運行，達到高效率、低成本的運營模式。隨著現代科學技術的不斷發展，測繪科學技術的快速發展，礦山的測量技術也在不斷創新和發展，礦山對測
【摘 要】礦山測量技術旨在確保礦山的生產運營正常，準確、全面地對礦山的實際情況進行測量，保證礦山開采以最優方案運行，達到高效率、低成本的運營模式。隨著現代科學技術的不斷發展，測繪科學技術的快速發展，礦山的測量技術也在不斷創新和發展，礦山對測量的時效性、礦山整體的直觀性、控制的精準性越來越高。本文就礦山開采的控制測量、坑道測量、采掘面測量的方法及相關軟硬件配備展開研究，提出一套比較適合當前礦山開采比較實用的理論技術方法。主要從控制測量、坑道及其采空區測量、軟件應用和數據處理三大方面闡述礦山測量的技術，主要軟硬件以徠卡智能全站儀(帶 ATR 和紅外對中、免棱鏡、編程)，surpac 軟件。
【關鍵詞】礦山測量;后方交會;surpac;三維建模
前 言
隨著現代科學技術的不斷發展， 測繪科學技術的快速發展，礦山的測量技術也在不斷創新和發展。 各類新型礦山測量技術被廣泛應用于礦山測量工作中， 為礦山測量的精確性與全面性提供更好的技術支持，比如 GPS RTK 技術、數字 測 圖技術等，為礦山生產安全提供保障，提高測量的工作效率，在傳統的礦山測量領域中，礦山測量使用的水準儀、光學經緯儀等儀器在精度上、觀測方法和數據記錄等出現較大誤差，無法滿足現代礦山開采需要，確保安全生產，降低開采成本。
1 控制測量
1.1 地表控制測量
地表控制測量同常規地表控制測量一致， 布設均勻覆蓋整個礦區的 GPS 點， 選點埋石符合 GPS 控制點以下要求：① 遠離發射功率強大的無線電發射源、微波通道、高壓線(高于 20 萬 V)等，距離不小于 200m;②避開多路徑效應(高大建筑、水域等)，高度角控制在 15°;③避開建筑規劃易破壞地帶;④ 避開坑道開挖采掘易導致振動甚至塌陷地帶; ⑤埋石為一般標石即可。GPS 點觀測等級一般為 D 級即可，當礦區范圍太大時，需要布設二、三等水準網布設高程控制，聯測各 GPS 點。
1.2 井下控制測量
井下控制測量是礦山開采至關重要的環節， 直接關系到礦山開采的貫通、礦床找尋、開采面定位等，直接影響整個礦山的整體運營。 國內傳統的測量歷經羅盤加皮尺、經緯儀配合陀螺儀加鋼尺或者測距儀，到現在主流的全站儀，測量的精度隨著測量儀器的升級逐步提高。 傳統巷道測量一般將控制點布設在巷道底板或者頂板，但這就有相當大的不足之處，布設在底板上的控制點容易被來往工人或者礦車振動移位甚至破壞; 布設在頂板的控制點在測量時一般都用鉛垂將其引點至地面，這樣應用起來時效性就相當差，而且難以保證測量的精度。 在大型的礦山這樣的控制點難以確保其準確性，一旦出現控制偏差，造成的損失是不可估量的。
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(1)做點原理及方法 ：配備徠卡專用棱鏡及加長桿 (長 20cm，連接棱鏡的另一端直徑 10mm)和略大于連接桿直徑的鋁制套筒(長 5cm)。 在側壁用 10mm 電鉆鉆深度 5cm 孔，然后將鋁管敲進孔，即完成一控制點制作。 控制點制作及應用方法如圖 1。
(2)待控制點做好后，觀測時主要應用后方交會法，在控制點間設任意站， 設站位置考慮后方交會相鄰角度盡量對等以減小計算誤差，設站用紅外對中，觀測用 ATR 自動瞄準，任意站需測量 3 個已知控制點及以上， 然后用全站儀內置后方交會計算程序計算設站的坐標， 并檢查其計算精度是否符合要求(其精度要求可以在編程時自行根據需要設定，一般 XYZ 需小于 2cm)，合格后便設站成功。 其后便可以測量后續的控制點。 控制點間的距離控制在 20m 內，以縮小差。
(3)當礦山的控制范圍不需要考慮地球橢球度的影響時) 中的后方交會一般足以。 當需要考慮橢球度時，考慮在巷道中心線布設一次臨時的導線附帶高程水準用以檢核校正并平差側壁上的控制點。
(4)該方法的優點顯而易見：易于保存，應用方便快捷，誤差平均出現偶然誤差的幾率小。 但有一定的缺陷：儀器配備要求較高，后方交會時長短邊造成的誤差累計，但控制范圍大時可以通過臨時導線和水準予以檢核矯正。
2 巷道及采空區測量
在傳統的測量中， 通常巷道測量只以導線形式測量其中線，然后用皮尺量距標定其地質編錄。 這種模式的測量圖上顯示不直觀，不全面，顯然逐漸跟不上現在的采礦要求。 為了順應社會的進步和開礦的更高要求， 本文探討測量三維巷道并繪制三維立體模型的方法， 這樣能將井下情況在電腦里一目了然，如同身臨其境。 測量的方法如下：
設站：在需要測量的巷道或者采空區、采掘面附近設站，需采集三個及以上控制點，觀測時需選擇 ATR 有棱鏡模式。
設站成功后，開始采集巷道和采空區碎部點。
采集巷道碎部點時，將儀器調整為無棱鏡模式，為了能更逼真的顯示出巷道的三維實際模型， 每一巷道切面需采集 5 個點(頂部 1 點、肩部 2 點、底 2 點)。 且在巷道有形狀變化處就選一斷面測量。 這樣眾多的斷面各對應點相連，便構成整個巷道的簡易 DTM，封閉建模就可以生成出巷道的模型。采集采空區時，依據點云密布原則，選擇有變形拐點的地方就用無棱鏡模式一圈一圈地采集碎部點， 然后內業處理數據建立 DTM 并建模，生成采空區的實體模型。
將采空區和巷道綜合起來就能得到整個礦山的三維立體模型，導入礦床礦體的模型，然后非常直觀的設計出開挖巷道直達礦體。
3 數據處理及三維建模
三維軟件的開發利用，將礦山的開采可視化，再不像傳統的 二 維 系 統， 靠一定的空間想象去構象立體模型。 本 文 以 surpac 軟件為例，介紹三維建模的應用及其優越性。
Surpac 全名 Geovia Surpac， 是達索 Geovia 品牌推出的一款全面集成地質勘探信息管理、礦體資源模型建立、礦山生產規劃及設計、礦山測量及工程量驗算、生產進度計劃編制等功能的大型三維數字化礦山軟件。 具有強大的地質勘察數據和礦體資源模型三維顯示和編輯功能，并具有數據庫編輯功能。
用徠卡全站儀測量的控制點數據導出到 surpac 軟件中，在軟件中可以自定義控制點數據庫，在礦山測量中，一般定義如 surfac、underg2 數據庫。 分別將地表控制點及井下控制點導入到相應數據庫，以便有條理的調用查找相關數據。
如圖 2， 巷道測量及采空區數據導入線文件至 surpac 中，將每個斷面的對應部位的點連接起來構成如圖 2 的簡易線模型。
將上一步驟中每個斷面點所連線段封閉，然后每個斷面之間就能構造環形連續的面，然后就構成了立體的模型如圖 3。
測量的數據全部導入后， 一個直觀的三維視圖隨時都能呈現在眼前，旋轉三維視圖，可以從不同的視角對礦山進行觀察分析，這樣對整個礦山的情況能有一清晰的認識，通過專業的分析就可以對于礦脈開采設計、巷道設計、貫通等都具有一目了然的效果如圖 4。 而且對于設計的數據在視圖中都能直接進行丈量，如方位角、坡度、長度等。
另外，應用該軟件還可用于驗收方量等，如地面開挖的兩期土方的計算，只需要均勻準確測量出開挖前后的地表數據，然后分別構建出 DTM 模型，通過兩期模型疊加，即可計算出兩期土方之差。 其原理等同于常規測量軟件(如 CASS)中的兩期土方計算。
由此可以發現，用這種三維軟件進行分析、設計等，有著傳統二維 CAD 應用軟件無可比擬的優越性，它將高程也體現在我們的視角里，無需去抽象構建虛擬模型。 對于各種設計的巷道路徑等只需直接丈量即可得到極為準確的數據， 再也不需要通過計算其長度、角度等元素。
4 結束語
為加快我國礦山數字化建設， 確保礦山企業的安全生產及整體效益、市場競爭力和適應能力，為加強國家對礦山的有效監管，一套成熟完整的高時效、高技術含量的礦山數字化測量技術的研制迫在眉睫， 只有將先進的測量儀器和測量理論不斷試驗于礦山開采中， 將不斷試驗總結的先進技術方法推廣出去，這樣才能讓礦山安全生產，效率不 斷提高，同時政府才能有效監管，統籌規劃開采我國的礦產資源。——論文作者：李 進，王永軍，蔣光軍
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