現代測繪技術在礦井中的應用探析

高艷蕓(山西澤州天泰坤達煤業有限公司,山西 晉城048019)

1 前言

隨著礦井生產技術的不斷提升,現代化測繪技術在礦井測量中逐漸廣泛[1]?，F代測繪技術的發展與現階段快速發展的計算機技術、無線傳輸技術以及衛星定位技術等密切相關[2]。GPS、全站儀以及慣性測量系統等較為先進的測量技術、測量設備涌現并在礦井中大范圍推廣應用,為礦井測量工作高效開展創造了良好條件[3-4]。為了更好的促進現代測繪技術在礦井測繪中應用,文中就對以全站儀、空間信息技術、慣性測量技術以及懸掛羅盤測量技術為代表的現代測繪技術在礦井中應用情況進行歸納總結。

2 現代測繪技術概述

礦井測繪技術是一項包含勘探學、地質學、測量等學科的綜合性技術,礦井測繪工作是礦井煤炭資源開采的必備前提條件及重要環節,測繪結果為煤炭資源探測、礦井持續運營、采區及巷道布置等工作開展提供資料支撐[5]。現階段礦井測繪工作主要對礦區地貌、采掘工作開展、井下采掘環境地質參數以及煤炭資源賦存規模等內容進行詳細測量,并根據測量結果繪制采掘工作平面圖、地形圖等圖件。測繪工作高效開展可提升礦井煤炭資源開采效率,并降低煤炭開采成本,對提升礦井經濟效益有顯著的促進作用。隨著礦井測繪技術不斷發展現階段已基本實現數據自動化采集,數據傳輸方式也向多樣化方向發展?，F代測繪技術由于具備較強的抗干擾能力及適應性,在礦井中應用、推廣速度加快,從而大幅度提升礦井測繪精度及測繪效率[6-8]。

3 現代測繪技術在礦井的應用

3.1 全站儀在礦井測繪中應用

1)全站儀測繪技術概述

全站儀集電學技術以及光學技術,是現階段礦井測量工作中應用最為廣泛的測繪設備,具體設備結構如圖1所示。全站儀主要通過光電掃描度盤自動對記錄、存儲、顯示測繪結果,整個測量工作較為簡單、測量精度高。在全站儀內部嵌入有測量軟件,通過簡化測量程序即可有效提升測量效率及精度。在礦井實際測量過程中通過布置全站儀即可獲取垂直角、水平角、高差、距離(平距、斜距)等參數。

圖1 全站儀結構示意圖

2)全站儀在礦井應用情況

通過布置全站儀即可獲取眾多測量參數且可將測量結果直接以數字形式顯示,通過內部嵌入的軟件即可分析、處理測量獲取到的參數,具有操作簡便、測量結果穩定以及適應性強等優點。在礦井測繪中通過全站儀可構建覆蓋全礦的數據采集、傳輸以及處理系統。全站儀不僅可適應井下煤巖采掘測量工作而且可對礦區采空區地表變形、地形進行測量。礦井通過采用全站儀可大幅降低測量人員勞動強度及數據處理工作量,在礦井測量工作中具有顯著優勢。例如,中國礦業大學賀清清、張杰等對礦井連續搬運條件下全站儀誤差產生原因進行分析,為了提高全站儀測量精度建立井下陀螺定向中誤差與搬運距離高相關性擬合方程,預測該陀螺全站儀連續搬運距離限制,研究成果可在一定程度上豐富全站儀在礦井中應用。

3.2 空間信息測量技術

空間信息技術是融合RS 技術(遙感技術/空間集成技術)、GPS 技術(全球定位技術)以及GIS 技術(地理信息技術)等一種綜合測繪技術,該技術是現代化礦井測繪主要發展方向。RS 技術包括衛星遙感以及航空遙感兩大部分,采用遙感技術后可對獲取到的表面測量數據進行分析、處理;GPS 技術在礦井測繪中可實現24 h 不間斷測量,具有測量靈活、精度高等優點,GPS 技術在礦井測繪、工程測量以及導航等方面均表現出顯著優勢。相對于傳統的測繪技術,GPS 可對礦山任意點位進行測量,且可進行三維定位,對礦井測量數據處理以及提升測繪精度等均有一定的促進作用。GIS 可實現對空間地理數據獲取、計算及分析,將GIS 技術與GPS 技術相融合可實現對礦井開采時出現的測量工作進行檢測,并對開采引起的地表巖層滑移角、地表沉陷等數據進行動態監控,根據已有測量成果并結合GPS 測量精度,利用GIS 構建分析模型即可對測量獲取到的空間地理信息進行高效處理、整合,從而大幅簡化測量工作并提升測量精度。例如,同煤集團張麗霞等采用GPS-RTK 技術對馬脊梁礦礦區沉降監測進行監測,并將監測結果與全站儀的監測結果進行比對,發現上述兩種方式測量結果間存在高度的一致性,GPS-RTK 技術在數據獲取方面表現出明顯優勢。具體測量誤差見表1。

表1 GPS 測量標準誤差表

3.3 慣性測量技術

慣性測量技術是采用導向定位技術獲取礦井測量數據,該技術具有多樣性、自主性等特點,為礦井測量工作開展提供全性能、自動化技術支撐。礦井采用的慣性測量技術涉及到的系統主要有便捷式系統以及平臺式系統,將慣性測量技術與GPS 技術相結合可形成新的測量系統,充分發揮兩種技術優勢,實現高度精度測繪以及定位,高效對獲取到的礦井測量數據進行處理。慣性測量技術在礦井實際測量應用中主要用以井下測量工作。例如,山東科技大學提出綜合使用慣性測量和三維激光技術對深部開采礦井井筒變形情況進行測定、評價;山東理工大學王瑋等獎慣性測量技術應用到煤礦井下移動車輛定位中并進行現場試驗,結果表明,利用慣性測量技術能夠對移動車輛姿態進行有效跟蹤,在運動狀態估計輔助下能有效降低煤礦移動車輛累計位置誤差。上述應用實例為其他礦井慣性測量技術推廣應用提供了經驗借鑒,并在一定程度上豐富了慣性測量技術應用范圍。

3.4 懸掛羅盤測量技術

懸掛羅盤測量技術由于采用的測量設備體積小、攜帶方便且便于操作等特點,同時相互鄰近的各個測點間無聯系,因此在狹小空間測量環境中具有較大技術優勢。懸掛羅盤測量技術特別適應井下空間狹小環境,是現階段礦井測量工作中常用測量技術。懸掛羅盤在礦井測量工作應嚴格準守測量作業要求,從而提升測量精度。在礦井測量是可采用下述操作提升測量效果。

1)基本數據測量及計算分析

通過綜合懸掛羅盤測量技術、計算機技術可對礦井井下傾斜長度、傾斜角度以及方位角等參數進行測量,從而計算出測量所需的坐標值、高程等參數。

2)轉化測量坐標

為了便于測量數據分析計算,應采用測量坐標換算公式將懸掛羅盤測量轉換成統一的平面坐標。

3)最初磁方位角測量

礦井測繪時可通過“磁方位角=坐標方位角+改正角”這一計算公式,獲取最初磁方位角。

3.5 三維激光掃描技術

三維激光掃描技術采用遙控遠程控制即可實現測量工作,與常規的測量技術最大區別在于不需要測量人員去測量點即可實現測量。三維激光掃描技術是采用激光發射點對礦井測量區域進行掃描,根據激光反饋結果構建三維測量模型,實現遠程測量工作。三維激光掃描技術具有技術先進、抗干擾能力、操作便捷以及測量精度高等提點。在礦井采用三維激光掃描工作可大幅提升測量效率,極大的降低測量成本以及測量人員勞動強度,三維激光掃描技術已成為礦井測量發展中重要的測量技術。例如,冬瓜山銅礦采用三維激光掃描技術構建礦井采空區、溜井三維地質測量模型,為礦井安全生產工作開展提供了可靠數據支撐;部分礦井采用三維激光掃描技術對采空塌陷區變形、回采巷道變形等進行監測,有效提升了測量精度以及測量效率。

3.6 其他測繪新技術

在礦井測繪工作開展中其他的測繪新技術以及新設備包括有激光指向儀、陀螺經緯儀、數字式水準儀等。上述新技術、新設備應用單獨或者綜合運用均可在一定程度上提升礦井測繪效率以及精度。同時隨著科學技術的不斷發展,更為便捷的測繪技術在不斷涌現,將現代化測繪技術在礦井測繪中應用勢必會在提升礦井現代化水平,為智慧礦井建設提供可靠測繪數據支撐。

4 結論

隨著礦井自動化以及智能化建設的不斷推進,傳統的礦井測繪技術已經不能滿足煤炭資源探測、礦井建設以及煤炭回采需要。將現代化測繪技術應用到礦井生產中,為礦井生產提供可靠、便捷的測繪成果,可在一定程度上提升礦井現代化建設水平以及礦井生產效率。

在礦井測繪中通過采用空間信息技術可實現對測繪獲取到的空間地質信息進行更為便捷的處理、分析,有助于促進礦井測繪工作效率;依據全站儀工作特點,并結合空間信息技術構建礦井三維地質模型,且能夠實現對測繪數據自動采集、傳輸以及分析,為構建新型的礦井測繪系統提供支撐。將三維激光掃描技術應用到礦井測繪中,可實現遠程遙控測量,大幅降低測繪人員勞動強度、測繪成本以及顯著提升礦井測繪效率。

在礦井測繪中通過采用現代測繪技術勢必會改善礦井測繪工作現狀,為構建智能化礦井提供可靠支撐。