GIS與免棱鏡全站儀在礦山井下測量中的應用

【摘要】本文通過對龍軟GIS和免棱鏡全站儀在礦山井下測量、資料管理過程中的實際應用，證明了使用龍軟GIS結(jié)合免棱鏡全站儀不僅能夠保證礦山井巷工程施測精度，而且能夠提高工作效率，在礦山測繪中具有廣闊的應用前景。

【關鍵詞】GIS；免棱鏡全站儀；礦山井下測量

【中圖分類號】G202 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672-5158（2012）09-0272-02

0.前言

礦山測量學是綜合運用測量、地質(zhì)及采礦學等多種學科的知識來研究和處理礦山生產(chǎn)過程中由礦體到圍巖，從井下到地面在靜態(tài)和動態(tài)下的各種空間幾何問題?，F(xiàn)今采礦業(yè)的不斷發(fā)展，礦井開采深度和難度正逐漸增加，礦山生產(chǎn)條件和技術要求不斷提高，基于礦山生產(chǎn)眼睛的測量工作，其重要性和復雜性也不斷加大。伴隨著采礦業(yè)發(fā)展出現(xiàn)的高產(chǎn)高效礦井需要新的技術手段來提供保障，更需綜合運用現(xiàn)有技術手段來指導礦井安全生產(chǎn)。

1.龍軟GIS應用

1.1 地理信息系統(tǒng)（Geographic Inform～ion System簡寫GIS）是以測繪為基礎，以數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)存儲和使用的數(shù)據(jù)源，以計算機編程為平臺的全球空間分析即時技術，是一門專業(yè)化系統(tǒng)的統(tǒng)稱，是一個信息化的平臺。GIS經(jīng)過半個世紀的發(fā)展，已經(jīng)成為一項成熟的系統(tǒng)，并且得到了廣泛的應用。尤其是近年來，GIS更是以其強大的地理信息空間分析功能，在礦山的數(shù)字化進程中發(fā)揮著越來越重要的作用。龍軟GIS是北京龍軟公司依托北京大學先進技術，根據(jù)煤礦生產(chǎn)的具體特點，量身設計自主開發(fā)專門用于煤礦的地理信息系統(tǒng)平臺，在這個平臺上又分別開發(fā)有地測空間管理信息系統(tǒng)、通風安全管理信息系統(tǒng)等，這是在充分分析國內(nèi)外礦山計算機軟件應用現(xiàn)狀的基礎上，吸取最新的地理信息系統(tǒng)、計算幾何、礦山各領域?qū)ｎ}研究的理論和方法，在windows環(huán)境下，前端用VC開發(fā)，后端用SQL Server管理的專業(yè)軟件。龍軟GIS的開發(fā)應用使測繪資料的計算和管理有了一種全新直觀明了的圖形計算方法。我礦從引進使用到現(xiàn)在已升級至3.o版本，它極大地提高了我礦技術人員的工作效率，提升了我礦地測工作的現(xiàn)代化管理水平。

1.2 龍軟GIS與以往煤礦使用的自動化軟件相比有著許多無法比擬的優(yōu)點，如比例尺轉(zhuǎn)換、坐標校正、儲量圈算等。隨著礦山質(zhì)量標準化要求的不斷提高，對圖紙的要求也越來越細致，礦山企業(yè)用圖根據(jù)不同需求，圖件比例尺更換頻繁。如我部門就需要提供1：100、

1：500、1：2000、1：5000等不同比例尺的礦圖，如果每份礦圖都分別填繪，工作量十分繁瑣，龍軟GIS所擁有的經(jīng)緯網(wǎng)、圖框、地圖比例尺、地圖校正、裁剪圖形等功能可根據(jù)不同需要制作各種比例尺圖件。

上面所示兩幅圖形，是在一張底圖上分別制作的兩幅不同比例尺的礦圖，圖2經(jīng)緯網(wǎng)明顯比圖1密集，更能給用圖人員以清晰明了的觀圖視常。

13龍軟GIS是地測系統(tǒng)的標準信息化軟件，其主要用途有：建立測量、地質(zhì)、水文、“三量”數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，利用此系統(tǒng)完成日常地測數(shù)據(jù)庫的操作，并根據(jù)要求對臺賬、報表、成果進行處理和打??；完成煤礦必須具備的各種礦圖（八種礦圖），在地測底圖上依據(jù)最新地測數(shù)據(jù)生成并輸出各地表塌陷等有關的生產(chǎn)圖件；完成礦井生產(chǎn)所需的各種地測圖件，如局部巷道平面圖、曲線巷道施工圖、巷道貫通平面圖、貫通通知書等。

龍軟GIS作為我國市場占有率較高的礦山地理信息系統(tǒng)應用軟件，已經(jīng)被廣大礦山技術人員所熟悉、掌握，它在礦山測繪中對測量內(nèi)業(yè)資料計算和外業(yè)資料的管理方面，都有著非常廣泛的應用。其主要有現(xiàn)場數(shù)據(jù)處理、測量結(jié)果分析、數(shù)據(jù)成果校核和導線成果、礦井圖件以及各種施工平面、斷面圖管理等，實現(xiàn)了地測資料、數(shù)據(jù)、圖紙的微機化，且可網(wǎng)絡共享。由于龍軟GIS有功能齊全的數(shù)學計算能力和高精度的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，誤差處理可以達到inln級，能夠完全滿足礦山生產(chǎn)的需要，我們可以將所有的地測數(shù)據(jù)、工程量表格及技術文檔進行分類，通過龍軟GIS的計算和管理功能，方便地進行各種圖件的繪制、查詢，在以后的工作中，隨時在圖紙上進行編輯、處理。

2.免棱鏡全站儀的應用

2.1 近年來隨著科學技術水平的不斷提高，測繪儀器也有了長足的發(fā)展，在全站儀方面正朝著穩(wěn)定性、適應性、防爆免棱鏡型發(fā)展。免棱鏡全站儀和傳統(tǒng)全站儀的本質(zhì)區(qū)別，就是不需要使用反射棱鏡等專用反射工具就能完成測距工作，免棱鏡全站儀的測距由初期幾十米發(fā)展到現(xiàn)在的數(shù)百米，穩(wěn)定可靠的性能為進一步推廣奠定了基礎。

免棱鏡全站儀在礦區(qū)地形圖測繪、井下采區(qū)控制和巷道碎部測量等方面廣泛應用，特別是傳統(tǒng)測量方法不易解決的難題使用該儀器能夠方便的處理。采用免棱鏡全站儀測量即縮短施測時間，又降低勞動強度，提高了工作效率。尤其是在精度控制方面頗為突出，變形測量成果的準確程度，取決于變形點的選擇和棱鏡的放置方法，棱鏡操作員的放置偏差對測量坐標數(shù)據(jù)的影響較大，如果變形量小，很可能掩蓋巷道變形量的真實數(shù)值。免棱鏡測距的出現(xiàn)，可以有效的防止上述測量誤差，提高測量精度。外業(yè)使用免棱鏡全站儀測量，內(nèi)業(yè)使用龍軟GIS處理，使礦山井下巷道數(shù)字化模型的建立更加便捷、準確。隨著免棱鏡全站儀硬件的進一步改進，國產(chǎn)化率的不斷提高，配套軟件的不斷優(yōu)化升級，免棱鏡全站儀必將成為礦山井下測量人員的最好幫手。

2.2 井下測量工作的主要任務有巷道開門口放樣、掘進放線、巷道斷面測量、井巷圍巖變形監(jiān)測等，使用免棱鏡全站儀與傳統(tǒng)測量儀器的測角量邊、人工攀爬設點相比，用時少、效率高且精度準確可靠，特別是施工大型硐室時，其特點尤為突出，在人力、設備不能到達或有危險的地方（如采煤工作面采空區(qū)測量），只要滿足通視就可以在不影響生產(chǎn)的情況下完成測設任務。例如我們在330采區(qū)首采工作面3302面軌道訓槽（最大橫斷面30m² ）使用免棱鏡全站儀進行巷道變形觀測，數(shù)據(jù)成果表明采掘巷道掘進初期變形量遞增明顯，隨著巷道的不斷延伸變形量逐漸趨于穩(wěn)定，測量的最小日變形值達到mm級精度，最后統(tǒng)計巷道最大變形量：沿煤層傾角下方為93mm（巷幫位移量），沿煤層傾角上方為105mm（巷幫位移量），頂板下沉量為35mm。以此為依據(jù)優(yōu)化了330采區(qū)巷道支護參數(shù)，即節(jié)約了成本，又保證了巷道支護強度，為采區(qū)巷道的快速掘進奠定了基礎。

3.工作實例

隨著我礦質(zhì)量標準化程度的不斷提高，對工程質(zhì)量要求越來越嚴謹，特別是曲線巷道施工時，對放線精度要求較高，對測繪工作要求更嚴。為此必須從施工圖紙入手，嚴格審校，制定實測方案。

曲線巷道施工首先設置一控制點，用距離來確定曲線巷道拐彎起始位置，根據(jù)巷道轉(zhuǎn)彎半徑計算出施工曲線巷道長度；然后從龍軟GIS上截取此段曲線巷道，根據(jù)現(xiàn)場放線和設計要求，標出此段巷道的平面尺寸，繪制曲線巷道施工圖（圖3）下發(fā)至掘進區(qū)隊。區(qū)隊根據(jù)施工圖掘進至調(diào)向位置（圖中兩條中線交匯處），上報主管測繪部門進行二次測量放樣。工程竣工后，測量部門按設計要求進行驗收、總結(jié)。

4.結(jié)束語

實踐證明外業(yè)免棱鏡全站儀與內(nèi)業(yè)龍軟GIS相結(jié)合，在保證測繪精度的前提下，不僅減輕了測繪人員的勞動強度，而且提高了作業(yè)效率。為礦山的安全生產(chǎn)提供了強有力的技術保障，取得了良好的社會、經(jīng)濟效益。

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