礦山測量在金屬礦山安全生產(chǎn)中的應(yīng)用研究

（武漢科技大學(xué)，湖北 武漢 430081）

礦山測量不僅是為金屬礦山的開采與生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)支撐以及繪制礦用圖的參考，同時也是明確礦區(qū)地質(zhì)情況、確保巷道掘進正確性的重要手段，通過有效的礦山測量，能夠及時發(fā)現(xiàn)礦山開采與生產(chǎn)中的問題，并采取有效方式避免有可能產(chǎn)生的生產(chǎn)事故，維護生產(chǎn)安全。

1 礦山測量在金屬礦山安全生產(chǎn)中的作用

（1）明確巷道掘進方向。金屬礦山生產(chǎn)中，運用礦山測量工作能夠幫助明確巷道的掘進方向，為巷道的掘進提供理論基礎(chǔ)與數(shù)據(jù)支撐，確保礦藏開采工作的順利進行。同時，礦山測量能夠為安全生產(chǎn)、排除礦井有毒氣體等工作提供參考與幫助，例如，安慶銅礦在測量過程中，發(fā)現(xiàn)該礦山貫通方向在水平方向上限差為±0.2米，垂直方向上線差為±0.3米，如果進行盲目掘進的話，可能會帶來巷道的偏離，影響礦山生產(chǎn)的高效性與安全性，而通過有效的礦山測量發(fā)現(xiàn)這一問題，及時調(diào)整的掘進方向，確保了生產(chǎn)安全，這是安慶銅礦利用礦山測量確保安全生產(chǎn)的有效證明。

（2）減少礦井事故發(fā)生。金屬礦山生產(chǎn)過程中可能會存在一些安全事故，包括冒頂、頂板脫落或沉降等問題，影響企業(yè)的經(jīng)濟效益，同時也會造成一定的生命與財產(chǎn)損失。而利用礦山測量能夠?qū)ΦV井事故進行有效檢測與預(yù)防。

2 金屬礦山安全生產(chǎn)中礦山測量的應(yīng)用

2.1 礦山測量的應(yīng)用

（1）具體工作。金屬礦山安全生產(chǎn)過程中，礦山測量的具體內(nèi)容包括：①測繪工作，包括礦區(qū)地面控制網(wǎng)絡(luò)與地形地勢圖等，按照一定比例繪制測定區(qū)域的地形區(qū)與礦區(qū)圖，比例尺通常在1:500-1:5000的區(qū)間；②施工測量，是在工程施工開始之前與施工結(jié)束之后，對地面與礦井進行數(shù)據(jù)測量工作；③觀測工作，明確地表移動與沉降情況，對礦區(qū)地表與巖石層的位移進行測量；④繪制工作，包括繪制施工圖與礦區(qū)幾何圖，利用所采集到的數(shù)據(jù)進行采掘施工圖與幾何圖的繪制，并在施工過程中進行實時監(jiān)測。礦山測量工作能夠在很大程度上確保金屬礦山開采工作的安全性與高效性，能夠減少采掘工作的成本投入，減少工作量，提高工作效率，因而其重要性十分凸顯[1]。原本金屬礦山的生產(chǎn)需要多種測量方式相結(jié)合，而礦山測量工作取代了繁瑣的多種測量工作，是一種更加系統(tǒng)化與高效化的測量方法。

（2）幾何定向。在礦山測量中，幾何定向包括一井定向與兩井定向，一井定向常常使用三角形形式的連接方式，是在礦井上確定臨時點，在礦井下確定一個相對應(yīng)的臨時點，與掛在井筒中的兩條垂線之間能夠構(gòu)成一個三角形，對邊角進行觀測，在一直地面某點的坐標與方位角之后，就能夠測算出井下相應(yīng)的點坐標與方位角；兩井定向主要應(yīng)用的是兩個立井的情況，并且需要確保兩個立井之間有能夠進行測量的巷道相互連通，在每一個立井的井筒中懸掛一條垂線，分別從井上與井下兩個方向連測兩臺垂線，經(jīng)過解算確定地面坐標與井下相對應(yīng)的點位。

（3）陀螺定向。利用物理定向的方式，使用陀螺儀與經(jīng)緯儀進行定向，因而也被稱作陀螺定向。這種定向方式不會對立井的井筒造成占用，因而具有簡單便捷的優(yōu)勢，能夠克服幾何定向在應(yīng)用中由于占用井筒而導(dǎo)致的工程停產(chǎn)情況，同時也避免由于立井深度增加而導(dǎo)致定向精確性受到影響的問題，但現(xiàn)階段在礦山測量中運用陀螺定向的方式還比較少，陀螺定向還沒有具備系統(tǒng)性的操作規(guī)程與數(shù)據(jù)解算方法。陀螺定性的應(yīng)用需要使用陀螺儀與經(jīng)緯儀等設(shè)備，在定向工作中需要首先在地面任選一點確定其比例常數(shù)值，經(jīng)過6次以上觀測之后確定3個比例常數(shù)值，取其平均值A(chǔ)。一段時間內(nèi)，這個平均值可以作為礦區(qū)方圓50公里范圍內(nèi)的比例常數(shù)值。其次，在地面確定一個已知邊，測得陀螺方位角；再次，在井下待確定的邊上測得陀螺方位角；最后，返回地面，在地面已知邊測量陀螺方位角。

現(xiàn)階段，陀螺儀等定向設(shè)備的研究已經(jīng)取得了重大進步，自動化陀螺經(jīng)緯儀、數(shù)字化陀螺全站儀等設(shè)備已經(jīng)逐漸能夠滿足礦山測量中對于測量精度的要求，例如日本索佳生產(chǎn)的GP1X全戰(zhàn)士陀螺儀，結(jié)合了懸掛式陀螺儀、全站儀以及全站儀內(nèi)部的處理系統(tǒng)，在具體的應(yīng)用過程中，陀螺儀的擺動會圍繞地球子午線進行擺動，通過觀察并利用水平角的方式確定其擺動幅度，就能夠?qū)ν勇莘轿唤羌右源_定。

（4）導(dǎo)入高程。導(dǎo)入高程是確定地面控制點的標高，將地面的高程系統(tǒng)傳遞到井下水準點的一種測量工作。在平窿或斜井的情況下，在導(dǎo)入高程的過程中通常會運用水準測量或三角形測量方式。在立井的情況下，則可以選用鋼絲測量法，將井筒中懸掛鋼絲，在地面與井下分別設(shè)置水準儀，觀測直立在地面與井下水準點的標尺，根據(jù)水準儀的水平視線，在鋼絲上確定兩個標記之間的長度，經(jīng)過解算而確定地下水準點的高程。需要注意的是，可以按照一定的距離，進行一側(cè)陀螺定向邊的觀測，確保觀測數(shù)據(jù)的正確性。

（5）確定控制網(wǎng)。在固定幫的基礎(chǔ)上，按照小三角、線形鎖、斷面線、方格網(wǎng)、交會或經(jīng)緯儀導(dǎo)線等方式確定開采控制點，利用經(jīng)緯儀、平板儀與攝影等設(shè)備進行測量，確定礦區(qū)的采礦場與巖礦數(shù)量。在金屬礦山生產(chǎn)時，需要對控制網(wǎng)與控制點的保存情況及電位精度進行定期檢查，合理利用測量結(jié)果，如果存在精度或范圍方面的偏差，則應(yīng)當(dāng)立即進行控制網(wǎng)改造或重新布控工作。在礦區(qū)內(nèi)，出于提供地形測繪圖或其他測量工作，需要進行高程測量，在地面按照規(guī)定的技術(shù)要求選定一些點位，確保這些點位能夠得以長期保存，并明確標識其準確位置，按照較為精細的測量方法明確其高程，即為高程控制點，這些點位所構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，即為高程控制網(wǎng)[2]。礦區(qū)的生產(chǎn)工作，常常需要將高程控制網(wǎng)與平面控制網(wǎng)相結(jié)合進行礦藏開采。

（6）標定中腰線。中腰線的標定是運用掛線或者激光的方式，在進行井巷挖掘時利用指向儀進行標定，經(jīng)過一定的距離之后與井巷接通，設(shè)置固定點位，在固定時間利用固定點位對固定觀測對象進行觀測，能夠?qū)锏木蜻M起到指導(dǎo)性作用，在過程中所運用的測量方式為貫通測量。

（7）三級礦量管理。在金屬礦藏生產(chǎn)過程中，三級礦量也被生產(chǎn)礦量，是開采礦床的過程中，綜合考量巷道的掘進情況與開采準備工作的進行情況，確定的礦藏開采儲備量。三級礦量管理工作通常采用垂直或水平斷面方式對采礦的損耗與貧化進行有效預(yù)測，確定工程能夠掘進的空間與范圍，以便于在回采過程中合理管理礦量。測量過程中，三級礦量的管理原則在于：確保金屬礦山偵測與勘探的有效性與精確性；確保礦區(qū)評判的正確性；確保礦山測量的精確性；在以上基礎(chǔ)上，確保礦藏開采方案的科學(xué)性。

（8）測量精度。確保礦山測量的精度，需要首先在礦區(qū)進行控制網(wǎng)的布網(wǎng)工作，以之作為一切測量的基礎(chǔ)與前提。如果礦區(qū)內(nèi)已經(jīng)存在國家控制網(wǎng)，則利用插網(wǎng)或插鎖等方式進行加密網(wǎng)的布設(shè)，礦區(qū)內(nèi)若不存在國家控制網(wǎng)，則應(yīng)當(dāng)進行獨立控制網(wǎng)的布網(wǎng)工作。金屬礦山礦區(qū)的首級控制網(wǎng)需要根據(jù)礦區(qū)面積來確定，通常面積超過1000km2的為二級控制網(wǎng)、面積在200km2～1000km2之間的為三級控制網(wǎng)、面積小于200km2的為四級控制網(wǎng)。具體的礦區(qū)用圖測繪工作中，可以使用空拍、攝影或平板測量等方式進行測繪，且確保測繪工作的準確性，可以利用幾何定向、陀螺定向以及導(dǎo)入高程的方式，將地面坐標延伸到井下，并要求井上坐標與井下對應(yīng)做標的一致性。

2.2 礦山測量的應(yīng)用方向

（1）數(shù)字化測量儀器的應(yīng)用。礦山測量工作中，可以運用更加先進的設(shè)備與儀器，以此滿足礦山測量隨著時代發(fā)展而逐漸提高的高效化、精確化與自動化要求，推動金屬礦區(qū)生產(chǎn)的進一步發(fā)展，也可以對傳統(tǒng)的角度測量與空間長度測量作業(yè)的方式，諸如全站儀、衛(wèi)星定位系統(tǒng)等設(shè)備的應(yīng)用，更是大大減少了礦山測量工作中人力成本與時間成本的投入[3]。例如，中金嶺南凡口鉛鋅礦以往所采用的礦山測量方式較為傳統(tǒng)，并利用手工繪制礦區(qū)圖的方式，導(dǎo)致礦用圖容易產(chǎn)生較大誤差，且工作效率與質(zhì)量十分低下，已經(jīng)無法使用當(dāng)前經(jīng)濟時代高速發(fā)展的需要，隨后雖然選用了CAD技術(shù)來輔助測量圖的繪制，但實際的測量工作并沒有改善，針對這種情況，可以在該礦區(qū)礦山測量工作中，大量應(yīng)用更加先進的衛(wèi)星定位系統(tǒng)與RTK技術(shù)，取代傳統(tǒng)的平板儀等測量設(shè)備，或者利用先進的激光指向儀與袖珍計算機，進一步提高礦山測量中貫通測量的先進性。

（2）數(shù)字化繪圖技術(shù)的應(yīng)用。傳統(tǒng)的礦山測量工作，按照點平面坐標、井下對應(yīng)坐標、高程數(shù)據(jù)、方位角、垂直角與距離等測量數(shù)據(jù)進行礦用圖的繪制時，通常再用手工解算的方式，對各測量數(shù)據(jù)加以計算，確定三維坐標之后，再繪制礦用圖。隨著數(shù)字化技術(shù)與信息技術(shù)的發(fā)展，在礦用圖的繪制過程中，也逐漸開始應(yīng)用CAD繪圖軟件，能夠在一定程度上實現(xiàn)繪圖的無紙化發(fā)展，并且能夠?qū)崿F(xiàn)各種圖形的精確繪制與隨意修改，但求自動化與智能化水平還有待提高。在礦山測量工作中，運用數(shù)字化繪圖技術(shù)還可以采用Active X這種跨應(yīng)用程序的集成規(guī)范與其他程序相集成的方式，進行CAD軟件的二次開發(fā)，進一步提高CAD軟件的可操作性與應(yīng)用效果，賦予CAD軟件更加豐富的功能，以滿足繪圖軟件的數(shù)字化需求。

（3）“3S”技術(shù)的應(yīng)用，遙感技術(shù)（RS）、全球定位技術(shù)（GPS）與地理信息系統(tǒng)（GIS）是近年來在地理測繪與地球科學(xué)中應(yīng)用較為廣泛的技術(shù)，統(tǒng)稱為“3S”技術(shù)，基于其技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢，在礦山測量工作中，也可以應(yīng)用這三種技術(shù)來提高測量精度與工作效率[4]。比如，在礦山測量工作中，利用遙感技術(shù)進行電磁波信息的收集、處理與成像，能夠為礦區(qū)用圖提供豐富的數(shù)據(jù)源，并利用相片矯正、目視判讀與野外調(diào)繪等技術(shù)確保礦用圖繪制的嚴謹性，能夠有效減少成本的投入，并大大提高測量圖的精確性。又如，全球定位系統(tǒng)的應(yīng)用可以簡化定位技術(shù)觀測站之間的通視步驟，并且具備高精度、高效率、操作簡便等優(yōu)勢，利用這一技術(shù)能夠有效提高測量效果，針對礦區(qū)位移與點位移動、水文條件變化等情況，實現(xiàn)對礦區(qū)控制網(wǎng)的動態(tài)化調(diào)整，并確保在此基礎(chǔ)上進行二次調(diào)整。

3 結(jié)語

金屬礦山安全生產(chǎn)工作中，礦山測量能夠發(fā)揮極大的作用，因此為了進一步提高礦山測量的效果，應(yīng)當(dāng)著重提高礦山測量的效率與精度，引進更加先進的設(shè)備、儀器與測量技術(shù)，構(gòu)建數(shù)字化與智能化的礦山測量系統(tǒng)，以確保測量的精確性。

[1]馬洪江,王海衛(wèi),張豐澤.礦山測量在金屬礦山安全生產(chǎn)中的應(yīng)用研究[J].世界有色金屬,2017,(16):49-51.

[2]李岳智.論礦山測量對礦山安全生產(chǎn)的作用[J].工程技術(shù)研究,2017,(03):27-28.

[3]岳甫成.礦山測量在礦山安全生產(chǎn)中的作用及發(fā)展趨勢研究[J].建筑知識,2016,36(13):251-175.

[4]梁臣藝.礦山測量與礦山安全[J].中錳業(yè),2014,32(04):55-57.