基于煤礦礦山測量的分析

張 雷

山西中煤華晉能源有限責(zé)任公司王家?guī)X礦

基于煤礦礦山測量的分析

張 雷

山西中煤華晉能源有限責(zé)任公司王家?guī)X礦

在煤礦生產(chǎn)中最為重要的就是安全性，而確保安全生產(chǎn)的關(guān)鍵就是礦山測量。礦山測量對煤礦生產(chǎn)有著至關(guān)重要的作用，它貫穿于生產(chǎn)的整個過程，是其不可或缺的部分。我國的科學(xué)技術(shù)每天都在進(jìn)步，對煤礦生產(chǎn)的安全要求也在不斷提高，因此做好礦山測量工作，提高礦山測量的技術(shù)，從而進(jìn)一步保證煤礦生產(chǎn)的安全非常必要。

煤礦；測量；

1 煤礦礦山測量的基本理論

礦山測量是一門交叉學(xué)科，它的發(fā)展、變化密切相關(guān)主要涉及3個方面：一是采礦技術(shù)和礦業(yè)工程的發(fā)展及要求；二是測繪科學(xué)技術(shù)與儀器設(shè)備的發(fā)展；三是其它學(xué)科的發(fā)展與影響，例如地質(zhì)學(xué)、數(shù)理科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、計算機(jī)科學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)等。

在中國，曾經(jīng)給礦山測量學(xué)科定義為：是礦山地質(zhì)勘探、設(shè)計、建設(shè)和生產(chǎn)運營各階段，研究測定礦山地面、地下點的幾何位置，獲得礦體、礦山開采和開采沉陷的各種空間幾何信息，進(jìn)行分析和數(shù)據(jù)處理，編制各種比例尺的礦山地面、地下開采圖件，同時研究礦產(chǎn)資源合理開采、開采沉陷及其防護(hù)的理論和技術(shù)的學(xué)科。并且明確它對礦山生產(chǎn)的4個作用，即參謀作用、指導(dǎo)作用、保證作用和監(jiān)督作用。

國際礦山測量協(xié)會曾經(jīng)給礦山測量的任務(wù)定義為：從開發(fā)的經(jīng)濟(jì)效果評價礦藏的地質(zhì)條件；礦山權(quán)益的調(diào)查研究與交涉談判；礦山測量的施測、記錄、存儲、計算及礦圖繪制；采礦對地表及地下巖層影響的測量與預(yù)計；礦床儲量的調(diào)查和估算；礦山規(guī)劃等。

2 煤礦礦山測量方法

2.1 無標(biāo)尺激光測量法

根據(jù)測量原理，采用無標(biāo)尺激光全站儀以極坐標(biāo)法測量井下采空區(qū)。無標(biāo)尺激光全站儀是將激光照射到無法到達(dá)地方的鏡面上，通過反回的光測定測站到待定點的距離。再按照測站到待測點的坐標(biāo)方位角和天頂距計算出該點的平面坐標(biāo)和高程，見圖1。

具體方法為：①通過井下導(dǎo)線測量將一個已知點引到掘進(jìn)巷道與空區(qū)貫通處。②將全站儀安置該已知點上，完成后視以后，逐點對采空區(qū)內(nèi)的特征點進(jìn)行觀測并記錄。③室內(nèi)計算整理成圖。

2.2 前方交會三角形解算法

根據(jù)現(xiàn)場條件，利用數(shù)學(xué)方法解算三角形求出待定點的平面坐標(biāo)和高程。即用經(jīng)緯儀測定三角形的兩個內(nèi)角和三角形的一條邊，用正弦定理計算出另外兩條邊的邊長。再用極坐標(biāo)的計算方法求出該待定點的平面坐標(biāo)和高程，見圖2。

具體方法為：①通過井下導(dǎo)線測量將兩個已知點引到掘進(jìn)巷道與空區(qū)貫通處。②分別將兩臺經(jīng)緯儀儀分別安置在C、D點上，分別后視F、E后，準(zhǔn)備開始對空區(qū)點的觀測。③兩臺儀器同時照準(zhǔn)A點(這里要求至少有一臺儀器具有激光指向功能，具有激光指向的儀器照準(zhǔn)后不能動，須等二臺儀器照準(zhǔn)測定后方可照準(zhǔn)下一個目標(biāo))。讀取水平角和垂直角，并記錄下來。④依次照準(zhǔn)以后的各個采空區(qū)的特征點，讀數(shù)、記錄。⑤室內(nèi)進(jìn)行內(nèi)業(yè)計算。

圖1 礦井下采空區(qū)示意

圖2 分層采空區(qū)示意

2.3 氡氣測量

氡是一種無色無味的惰性氣體，其化學(xué)性質(zhì)十分穩(wěn)定，但其物理性質(zhì)卻十分活潑，能溶于水、油等液體中。在物質(zhì)中由于團(tuán)族遷移、接力傳遞、擴(kuò)散、對流、抽吸等作用，其表現(xiàn)出很強(qiáng)的遷移作用，可以很容易由地下深部經(jīng)過巖石進(jìn)入地表土壤中。因此，在鈾鐳富集地段、地質(zhì)構(gòu)造破碎帶上方、采空區(qū)上方都可形成氡的富集，而在其附近地段氡含量明顯減少。于是根據(jù)氡異常的高低，可以直接尋找鈾礦體、構(gòu)造破碎帶、采空區(qū)、陷落柱及地下水資源等。

氡氣測量方法分為累積測量和瞬時測量。累積氡氣測量就是將取樣器埋在土壤中，采樣時間一般為4h到30d不等，異常穩(wěn)定性、重現(xiàn)性較好，工作效率相對較低；瞬時氡氣測量是現(xiàn)場打孔抽氣進(jìn)行測量，沒有探測器污染問題，也不存在釷氣的干擾，其工作效率相對較高，野外現(xiàn)場就可獲得數(shù)據(jù)。我們野外工作采用的是累積氡氣測量方法—α杯測氡法，使用大電離式智能化CD-1α杯測氡儀，以氡所衰變的第一代子體為測量對象，來確定土壤中的氡濃度。

3 煤礦測量操作應(yīng)用

3.1 實地踏勘

這一步驟要求做到的就是參與采空區(qū)調(diào)查的測量人員，必須和有經(jīng)驗的對礦山熟悉的人員一起，到所要進(jìn)行調(diào)查的礦山，對采空區(qū)進(jìn)行實地勘察。詳細(xì)了解所要進(jìn)行調(diào)查的采空區(qū)的工作環(huán)境，包括采空區(qū)所處的地理位置、地層層位、地質(zhì)構(gòu)造、巖石結(jié)構(gòu)、技術(shù)和安全環(huán)境，務(wù)必親臨現(xiàn)場，做到心中有數(shù)。對采空區(qū)的形態(tài)、規(guī)模、復(fù)雜程度、安全穩(wěn)固程度等都要進(jìn)行詳細(xì)了解，劃分不同形態(tài)類別，做好詳細(xì)記錄，以供下步制定采空區(qū)調(diào)查施工組織方案使用。

3.2 制定方案

相關(guān)測量人員進(jìn)行實地踏勘以后，結(jié)合實際情況，必須將實地調(diào)查獲得的第一手資料認(rèn)真研究，綜合整理，制定出切實可行的施工組織調(diào)查方案。該方案中一定要包含人員組織、技術(shù)調(diào)查和安全保障方案等。制定的施工組織方案中，要將參與采空區(qū)調(diào)查的人員物資配備、安全措施和采空區(qū)的情況進(jìn)行詳細(xì)的分類，針對不同的采空區(qū)情況，制定出相關(guān)保障措施，采用不同的手段和方法。

這一步至關(guān)重要，直接影響著采空區(qū)調(diào)查工作能不能正常進(jìn)展或者調(diào)查結(jié)果、測量數(shù)據(jù)能不能真實反映實際情況等。

3.3 實施調(diào)查

制定完詳細(xì)的施工組織調(diào)查方案以后，參與調(diào)查的測量人員根據(jù)采空區(qū)的規(guī)模、形狀、危險程度等，分別選擇不同的手段和方法，取得相應(yīng)的測量數(shù)據(jù)，供下步整理資料時，計算相關(guān)數(shù)據(jù)使用。

在實際應(yīng)用中需要根據(jù)我國現(xiàn)階段在全國開展的采空區(qū)調(diào)查工作情況進(jìn)行測量方法的選擇。

3.4 資料整理

資料整理也是一個非常重要的步驟，在這個過程中，不但要求參與項目的人員，對測量成果進(jìn)行詳細(xì)的匯總，還要邀請一些專家進(jìn)行指導(dǎo)。發(fā)現(xiàn)不合理的或者遺留的測量數(shù)據(jù)，要進(jìn)行復(fù)查和重新收集糾正。這里整理出來的資料不僅包括所調(diào)查的采空區(qū)的平面的形態(tài)，還要有立體的形態(tài)，全方位的反映礦山采空區(qū)的實際狀況。最終提供一個符合規(guī)范的各種圖件和圖表的綜合資料。

總之，隨著社會的發(fā)展，煤礦采礦區(qū)的測量工作難度越來越大，因此需要進(jìn)一步加強(qiáng)研究。本文分析了煤礦采空測量相關(guān)方面，以期提供一些借鑒。

[1]方磊，李春苗，裴宗平.煤礦采空區(qū)穩(wěn)定性評價[J].地下空間與工程學(xué)報，2013.

[2]張旭，杜曉娟，蘇超，黃航.遼源煤礦采空區(qū)重力異常解釋研究[J].工程地球物理學(xué)報，2015.