無菱鏡觀測成圖技術在空區治理中的應用

我礦為矽卡巖型鐵礦床，礦石主要為鏡鐵礦和穆磁鐵礦，垂直抗壓強度71.5—121.6MPa，為硬質巖，穩定性較好。90米水平以下為棲霞灰巖，垂直抗壓強度94.47MPa，屬B類中等堅硬偏軟，即弱風化的硬質巖。礦區位于桃沖東西向皺褶帶中，處于長龍山倒背斜的北翼。褶皺向西傾伏。但是桃沖礦由于其特殊的地域關系，在其開采的的過程中，由于相鄰礦山的盜采，形成大量采空區。特別在七中段的采準生產過程中，揭露了大量的民采空區，這些空區層層疊疊，相互連通，嚴重破壞了礦體的完整性和穩定性，給礦業公司正常的生產和安全管理帶來很大的困難和隱患。又由于我礦已進入末期開采，礦山儲量不多，急需對盜采殘留礦量進行回采，已延長礦山服務年限。而且這些空區上下盤和頂板大多為礦石，且品位較高。

為了能夠最大限度地回收空區殘礦，同時能夠最大限度地減輕空區對井下安全生產帶來的危害，桃沖礦決定對采空區進行實測調查，以便進行治理設計。可是當時礦生產技術科測量儀器落后，僅有的幾臺測量設備都是以經緯儀及全站儀為主，技術人員經過努力，但以經緯儀和全站儀為主的設備無法觀測復雜的空區現狀，畢竟空區面積大，線路長，落差大，而且積水，積泥嚴重。全站儀及經緯儀測量的點都必須測量人員親臨點位測角量邊，而空區復雜的地形很多點人無法到達，無法完成測圖工作。

在這種嚴峻的形勢下，技術人員及時引進無棱鏡技術，引進徠卡TPS 1200全站儀，徠卡1200系列全站儀性能穩定，功能強大，在有棱鏡氣象條件好的環境，有效測距可達到500米，無棱鏡有效測距可達300米。在井下復雜的空氣環境影響下，有效測距有所減小，經多次反復實測，無棱鏡狀態，無照明，水汽小，煙塵少的環境，有效測距可達100—150米；在水汽較大，無照明，煙塵較濃的環境，有效測距30—50米。這樣的性能，基本可滿足井下空區的觀測。而且本系統精度高，500米以上誤差4毫米，500米以內2毫米誤差，滿足測圖要求。

見上圖，A點為測站點位置，B點為需觀測的點。在傳統的測量模式下，B點必須有人立棱鏡或拿皮尺量邊。但是在空區復雜情況下，如B點位置很高距離很遠，那么就無法完成工作。在有了徠卡TPS1200全站儀以后，這些情況有了徹底改變，技術人員在A點架好儀器設置好技術參數及前視，后視坐標后，就可以設置在免棱鏡狀態下觀測了。徠卡1200功能強大，根據反射光的傾角轉角自主算出B點坐標儲存。在測圖完成后將測量的數據從儀器的儲存卡中導出，在以CAD為平臺的CASS系統里展開觀測的高程點，就可以成圖了。

自2007年以來，在生產科測量組技術人員的努力下，準備將七中段所有被發掘的空區都進行詳細觀測。首先觀測的是-19.5米南部空區，初步勘探時發現，此空區面積大，大部分頂板比較低，拐點多，積渣多，積泥還有水汽比較嚴重，不利于正常觀測。首先不好做點，井下測量工作都是以導線點為中心而展開的，做的導線點首先要安全，牢固，方便觀測及復測校準。而且做了觀測點主要是能保存，給觀測及復測帶來方便。為解決這個觀測問題，決定采用在頂板打眼定樁做點的辦法，雖然高度不夠，但是有利于觀測點的長期保存及復測校正。所以采取主導線在頂板打眼做點，支線地下做點的辦法，配備強光電筒及采礦安全監測配合的辦法，克服困難進入空區觀測。主要觀測空區邊界線，頂板高程，底板高程，溜井位置，并對導線點編號，以便復測。經過努力南部空區第一次測圖完成，上圖后和-19.5米采準圖完全吻合。在以后的空區治理中，在-19.5米南部空區又發掘出新空區，在第二次，第三次觀測的時候，都以第一次導線點的坐標為基準，減少了重復工作量，提高了效率。

在接下來的工作中，測量組分別對-32.5，-44.5，-37，-57米發掘的空區都進行了詳細的觀測。這些空區的特點都是空間大，線路長，頂板高，地形復雜，周邊礦石含量高，如進行綜合治理，能回收較高品位的礦石。

經過努力， 共測得大小空區25個。其中以-37米和 -69.5米空區的地形最為復雜，線路也最長，做的導線點也最多。-37米空區是位于-32米和-44.5米空區之間的分層，在掘進的工作中不斷被發掘出來，后經過-44.5米6N掘進巷道做導線將坐標系統導入該分層經過近一個月的時間，不斷測量，清理空區積渣，打通空區通道將該空區測量上圖 。

同樣，位于八中段3分層的-69.5米空區線路更長，初步勘探發覺該空區積水及積渣嚴重，拐點多，巷道頂板底，巷道邊溜井多，特別是空區水汽重，嚴重影響測量工作的進程。經過長時間的準備及努力，克服各種困難，終于將-69.5米空區測量完畢并成圖。

截止至2013年底，我礦7中段及8中段所有已發掘的空區都已實測完畢，并全部成圖。為相關部門進行設計從而進入殘礦回收提供了準確的科學依據。

這項工作的完成，首先是礦業公司領導的高度重視，生產科測量技術人員的努力及相關單位的配合從而使得該項工作的順利進行。其次是技術人員所使用的技術平臺將測量技術充分地發揮出來。在我國乃至全世界，空區的觀測一直是個難題，特別是人員無法進入的空區觀測，比較有效的觀測方法是加拿大OPTECH公司研制的CMS特殊三維激光掃描儀，CMS由兩部分組成，硬件和軟件。硬件有激光掃描頭，電源模塊，無線PDA控制器，碳素鋼支撐桿。此設備由中鋼集團馬鞍山礦山研究院于2010年6月在我礦-19.5米北部2聯11N空區進行了實驗測量。和我礦使用的徠卡1200系統相比較，CMS投資巨大，使用復雜，特別是硬件系統的運輸及架設，需要7—8人的配合。相比較我礦目前使用的徠卡1200無菱鏡觀測系統投資小，使用簡便，科技含量高，維護成本低，已完全滿足生產及工程科技需要。

自2010年始，我礦以生產科測量組實測空區地形圖為依據，逐漸設計回收盜采遺留下來的殘礦，截止目前空區治理回收殘礦達20多萬噸，部分消除了空區產生的安全隱患。延長了礦山服務年限，穩定了職工隊伍，使礦石資源得到充分的利用，具有巨大的社會效益。