礦山測量在煤礦儲量動態監測工作中的應用

周堅 夏錦勝 汪君珠

摘??要：煤礦儲量動態監測工作是煤礦生產過程中一項重要的工作，對于煤礦發展和國家經濟發展具有重要意義。礦山測量是儲量動態監測的工作基礎，能為儲量動態監測工作提供準確、全面的礦山空間數據，其準確性對指導和監管煤礦的生產至關重要，并可降低安全生產事故的發生。文章主要闡述了在納雍縣中嶺井田、坪山井田煤礦儲量動態監測實際工作中應用煤礦地面GPS控制網的布設、井下測量、井下地質測量等技術措施，分享礦山測量方法在煤礦儲量動態監測工作中的方法和經驗，進而為讀者在煤礦儲量動態監測中提供可參考可借鑒的經驗。

關鍵詞：礦山測量??煤礦??儲量動態監測??實踐經驗

中圖分類號：TD17????????????文獻標識碼：A

Application?of?Mine?Survey?in?the?Dynamic?Monitoring?of?Coal?Mine?Reserves

ZHOU?Jian1??XIA?Jinsheng2*???WANG?Junzhu2

（1.?Geology?113?Brigade，?Guizhou?Provincial?Bureau?of?Geology?and?Mineral?Resources;?2.?Liupanshui?Natural?Resources?Bureau，?Liupanshui，?Guizhou?Province，?553000?China）

Abstract：?The?dynamic?monitoring?of?coal?mine?reserves?is?an?important?work?in?the?process?of?coal?mine?production，?which?is?of?great?significance?to?the?development?of?coal?mines?and?national?economy.?Mine?survey?is?the?basis?of?reserve?dynamic?monitoring?and?can?provide?accurate?and?comprehensive?mine?spatial?data?for?reserve?dynamic?monitoring，?and?its?accuracy?is?critical?to?guiding?and?supervising?the?production?of?coal?mines?and?can?reduce?the?occurrence?of?safety?accidents.?This?paper?mainly?expounds?the?technical?measures?of?applying?the?coal?mine?ground?GPS?control?network?such?as?the?layout，?underground?survey?and?underground?geological?survey?in?the?practical?work?of?the?dynamic?monitoring?of?coal?mine?reserves?in?the?Zhongling?wellfield?and?the?Pingshan?wellfield?in?Nayong?County，?and?shares?the?methods?and?experience?of?the?mine?survey?method?in?the?dynamic?monitoring?of?coal?mine?reserves，?so?as?to?provide?readers?with?experience?for?reference?and?models?in?the?dynamic?monitoring?of?coal?mine?reserves.

Key?Words：?Mine?survey;?Coal?mine;?Reserve?dynamic?monitoring;?Practical?experience

自原國土資源部2006年要求全面開展礦山儲量動態監督管理通知后，貴州省原國土資源廳相繼發布了貴州省礦山儲量動態監測試點工作方案等文件，并陸續開展了儲量動態監測工作。儲量動態監測工作為礦山的建設生產提供技術依據，同時也對礦山是否存在超層越界開采等違法行為進行監督，為相關職能部門提供礦山的生產情況，便于礦山的生產及管理。文章通過在納雍縣中嶺井田、坪山井田煤礦進行儲量動態監測中應用礦山測量技術開展工作，得到很好的應用效果，從而為其他煤礦在儲量動態監測中提供參考借鑒的方法。

1??項目基本情況

文章研究的煤礦位于納雍縣中嶺井田、納雍縣坪山井田位于納雍縣中嶺鎮河壩村，礦井于2002年7月26日開工建設，2006年5月全面建成投產，開采礦種為煤，開采方式為地下開采；生產規模為300萬t/a；礦區面積15.749?km2。

2??作業依據及采用的儀器設備

作業依據為《地質礦產勘查測量規范》（GB/T?18341-2021）、《固體礦產勘查原始地質編錄規程》（DZ/T?0078-2015）、《礦產地質勘查規范??煤》（DZ/T?0215-2020）、《全球定位系統（GPS）測量規范》（GB/T?18314-2009）、《全球定位系統實時動態測量（RTK）技術規范》（CH/T?2009-2010）、《煤礦測量規程》（2013版）、《工程測量標準》（GB?50026-2020）。

采用的儀器設備為海星達iRTK2型GNSS接收機及防爆電池的尼康Nivo2.M+型號全站儀，全站儀測角精度為2″，測距精度為2?mm+2×10-6；海星達iRTK2型GNSS接收機測量精度靜態±（2.5?mm+1×10-6D），實時動態測量±（8?mm+1×10-6D）；測量平面坐標系統采用2000國家大地坐標系統3度高斯-克呂格投影，高程系統采用1985國家高程基準。

3??礦山測量工作方法

通過自然資源等部門收集礦山的基本生產資料，收集礦山區域地質地形圖、采掘工程平面圖、通風系統圖等相關圖件資料，對煤礦山的井下工程布置、開采煤層、回采工作面、采煤工藝、掘進布置巷道、井下密閉及地質情況等進行初步了解。收集礦山的儲量核實報告及其備案文件、開采設計方案及其批復文件及往年的儲量動態監測資料作為儲量動態監測工作的基礎性資料。

3.1??地面控制測量

研究的煤礦礦區面積較大，礦山地形復雜，因此采用GPS靜態做控制測量。具體進行礦山測量時，應該構建礦山GPS?網，形成更加科學的高精度管控網絡系統，能夠明確內部網點具體的坐標信息[1]。GPS技術原理是應用衛星定位技術，以衛星瞬時移動的位置作為GPS技術核算根據，再應用空間距離在后方交會的途徑確定被檢測點具體位置，具有定位準確、成本低、操作簡單、時間短的特點[2]。

GPS控制測量是在控制點上架設GNSS接收機，直接接收天上衛星信號，因此GPS控制網的網形結構靈活，不受視線通視等因素的限制。接收機自動接收衛星信號，測量人員只需對中整平好儀器，開機并記錄相應的儀器參數及天氣情況等信息即可。需注意的是為確保GNSS接收機接收的衛星信號質量良好，避免多路徑的影響，因此，需考慮接收機和衛星之間的角度關系，避免接收機被房屋或樹木遮擋，遠離大面積水域。GPS外業測量不受天氣影響，但遇惡劣天氣如雷雨天氣等不能進行外業觀測。同時在外業觀測時，因為GPS點間距離可以很大，為此盡量兩人一組，避免測量人員安全意外的發生。測量員在進行外業觀測時，不得離開儀器過遠或者離開儀器時間過長，應隨時觀察儀器是否正常運行，隨時發現問題并及時改正，保證外業數據的準確性及儀器的安全性。

本次選取3個離礦區較近國家C級點（2個C級點作為首級控制測量點，一個作為檢查點）作為控制測量的起算點。在礦區內中嶺井田和坪山井田內地表井口附件布設GPS控制點，結合實際地形等因素，點位布設在易于安裝設備，視野開闊的辦公樓的樓頂及地勢較高處，每處井口附件布設3個相互通視的GPS控制點，點位遠離大功率無線電發射源，遠離高壓輸電線。本次工作布設12個GPS控制點。點位布設完成后，要求礦方對測量標志保護好，以免被破壞。

采用多臺海星達iRTK2型GNSS接收機在C級控制點及布設好的GPS觀測點上進行。記錄測站開機時間、儀器高及氣象元素等信息，在始、末各觀測記錄一次。同步觀測4顆以上衛星，觀測時段長45?min～2?h。接收機測定出這段時間內到衛星的偽距、載波相位和衛星星歷等觀測值，并記錄在相應的存儲器中。野外觀測結束后，及時將數據導入計算機硬盤、軟件上，確保觀測數據不丟失。

在儀器配套的數據處理軟件中導入原始觀測數據，系統將對所有的基線向量進行自動處理，基線的檢查須通過RTIO、RDOP、RMS、同步環閉合差、異步環閉合差及重復基線較差。由于有些觀測點上的部分GPS?數據質量不佳，會存在部分基線處理不合格誤差超限的情況發生，因此需要對不合格的基線進行人工解算，如剔除不好的衛星信號，直至所有基線全部解算合格。解算合格后進行GPS控制網的平差計算。首先進行GPS網三維無約束平差，三維無約束平差合格后，加入控制點進行三維約束網平差或者二維約束平差加高程擬合。最終導出成果報告，檢查最弱點及最弱邊的中誤差是否滿足要求。為考慮到礦區的長遠發展，最后通過全站儀加密方式對GPS控制點進行加密計算、提高控制點精度。

3.2??井下測量

煤礦井下采用巷道掘進，因此本次采用防爆電池的尼康Nivo2.M+型號全站儀對井下進行實測。在井下測量時使用全站儀會更加的方便快捷。全站儀具有操作簡單、數據處理快速準確，全站儀自身帶有數據處理軟件系統，可以快速而準確地對空間數據進行處理，計算出點位的三維坐標。礦用全站儀存在與外部設備連接的通信接口，通過數據線可與外部設備如計算機、打印機、掃描儀等進行連接，從而可直接將全站儀野外實測數據傳?送至外界設備，便于測量數據內業整理以及礦圖繪制等。全站儀內部安裝有雙軸自動補償控制系統，全站儀在井下測量過程中可利用該系統對豎軸以及水平軸誤差進行調整，從而降低儀器內部誤差[3]。

以井口GPS控制點為起算點對井上井下進行聯系測量，對礦井井下主要巷道采用符合導線或閉合導線進行實測，采區控制導線應沿采區上、下山和中間巷道、片盤運輸巷道以及其他次要巷道進行敷設，井下永久性導線點應設在巷道頂板穩定的巖石中，每隔?300～?500?m設置一組，每組至少有?3?個相鄰點。由于礦山儲量動態監測是一項連續性的工作，生產的煤礦山一年需進行4個季度井下實測工作。因此當巷道繼續掘進時，以基本導線所測設的最終邊為基礎，向前繼續敷設控制導線。

由于井下施工條件復雜、測量工作受施工環境影響大等因素，在井下使用全站儀測量時，為提高測量精度，可采取以下措施：（1）可在前視測點及后視測點架設三腳架安裝棱鏡的方法提高精度；（2）因為溫差的影響，進入井下工作地點之后需要開啟儀器，使得儀器內外溫度相吻合，避免出現水汽而降低測量的精確性；（3）在測量之前需要輸入測量參數，譬如儀器高、棱鏡高與溫度值等，需要對這些參數進行多次的檢查，確認無誤后才可以展開接下來的測量操作；（4）在測量的過程中，棱鏡需要和測站方向相對齊，由于各個棱鏡的參數是不同的，因此需要關注到被使用的棱鏡和其設置的參數是否相一致[4]。全站儀每站獨立定向兩次，互差不得超過規定值?。在確保定向正確的情況再進行前視坐標的采集。在進行測量工作時，應由一名測量負責人全面指揮，礦方瓦檢員、安全員一同參加，確保測量安全。

對井下巷道條件不好（積水或巷道狹窄等）的不能使用全站儀測量的巷道可采用半儀器法（羅盤+皮尺）進行測量。為確保測量的準確性可采用羅盤前后對測，在誤差允許范圍內取平均值，皮尺測量采用3次讀數取平均值。

3.3??井下地質測量

隨著導線測量的進行，同時需進行地質測量。煤礦地質測量工作是保障資源開采順利進行的重要基礎，同時也是收集地質資料與儲量的動態監控重要手段[5]。井下地質測量主要針對開采區域的地質構造、水文環境以及煤層情況進行了解。具體工作大致包括對巷道巖性的調查，見煤點的煤層厚度及含夾矸情況，煤層的產狀及斷層等構造情況，煤層頂底板的巖性及巷道支護形式，礦山的涌水情況等進行測量及調查。

3.4??探采對比及儲量估算

根據實地井下測量及調查，確定礦山的生產等情況，煤礦回采6號煤層及8號煤層。開采區6號煤層厚度平均1.7?m，與儲量核實報告中計算塊段厚度一致，頂板為粉砂質泥巖、細砂巖，底板為泥巖、粉砂質泥巖。開采區8號煤層平均厚1.8?m、煤層傾角10°，與儲量核實報告中計算塊段厚度及傾角不一致（原儲量核實報告中計算塊段為1.62?m、1.95?m，傾角10°、13°），頂板為粉砂質泥巖、細砂巖，底板為泥巖、粉砂質泥巖。因此，需對煤礦進行重算資源量。

資源量估算范圍以井下實測及調查的回采工作采址位置確定采空區的大小。煤層的傾角及厚度采用井下實測數據。儲量估算工業指標等引用已有的地質資料。采用地質塊段估算法得出煤礦的動用各煤層資源量的情況。最終得出該礦山本年度的動用資源量、損失量及回采率、損失率，根據自然資源廳備案的儲量核實報告中資源量，結合歷年來的消耗量及本年度的消耗資源量、重算資源量，得出本年度年末保有資源量及不同類別的資源儲量保有量等數據。最后得出納雍縣中嶺井田、納雍縣坪山井田本年度無越層越界開采煤炭資源現象，并按開采設計方案進行煤炭資源的開采。

4??思考與建議

近年來煤礦事故的發生，對人民和國家造成的損失巨大。如2022年2月25日，貴州省某煤礦發生一起重大頂板事故，造成14人死亡，直接經濟損失達2?000多萬元。在事故調查報告中有“礦山越界盜采國家資源”“中介機構出具虛假的儲量動態監測報告，報告內容與實際礦山生產情況嚴重不符”。做好儲量動態監測工作，可以防止礦山越界盜采國家資源等違法行為的發生。在礦山測量過程中還需注意以下方面。

（1）礦山井下測量控制點布設在較穩固的巷道頂板上，但由于長期的壓力、水等因素作用下，會導致巷道的變形，為保證井下測量數據的準確性，因此需定期對井下控制點進行復測校核。

（2）在對礦山了解其生產情況時，可向能源局駐礦安全員了解礦方介紹的生產情況是否屬實，是否有隱瞞的相關生產工作面。也可對比礦山最近的安全檢查指令。

（3）對礦山生產中靠近礦邊界的巷道及采煤工作面需嚴格控制測量。對礦山回采工作面在切眼貫通后未正式回采前需進行一次測量，因為礦山儲量動態監測是季度性的井下實測，不能有效的控制回采工作面的長度。

（4）在相應煤層底板等高線及資源量估算圖中疊合實測的煤層空間位置，確認煤層編號是否正確，并結合礦山開采設計方案，明確礦山是否按開采設計方案進行開采。礦山企業在開采中存在“采富棄貧、采厚棄薄”，不按開采順序開采等現象，會導致資源利用總體水平不高，浪費國家資源。

（5）在井下測量及調查過程中，需詳細對礦山密閉進行實測調查。須實測密閉位置，了解密閉前方情況、密閉原因、密閉時間等。了解密閉是否有能源局下發的許可文件，收集礦山的密閉管理臺賬。

（6）發現礦方井下虛假密閉或礦山表示前方頂板垮塌或通風條件不佳，禁止監測人員進入實測及調查的，須向相關職能部門詢問和反映相關情況，查明情況是否屬實。

（7）由于煤礦的地下采空及地下抽水等因素的影響會導致地面坍陷變形。為減少地質災害的發生，確保人民財產和生命的安全，儲量動態監測工作中還應加入對地表裂縫等現象的調查和測量，及時發現問題，及時采取相應安全措施[6]。

（8）煤礦井下測量存在安全風險，測量人員需仔細觀察周邊環境，做到安全第一，必須要求礦方人員特別是安全員及瓦檢員陪同參與，并隨時介紹井下相關情況，防止危險的發生。對確實存在危險的區域，待危險解除后方可進行測量，或者采用物探等方法進行測量。

（9）煤礦儲量動態監測工作應加入相應的抽查監管制度，采用第三方機構對礦山的井下情況抽查實測，并與儲量動態監測報告進行對比，以防違法違規行為的發生，可有效避免安全事故的發生。

（10）對煤礦生產過程中靠近礦界和保安煤柱的巷道及采面應及時提醒礦方，讓礦方了解沿當前方位掘進多少米會進入保安煤柱，以免礦方進入保安煤柱生產，甚至越界采礦行為的發生。

5??礦山測量技術的發展趨勢

礦山地質測量是掌握礦山地質條件和儲量變化情況的一項重要基礎性工作，是有效監測礦山資源儲量開采消耗的關鍵手段。當前礦山地質測量技術發展很快，便利化應用水平和測量精度不斷提高[7]。文章對未來礦山測量技術的發展進行以下探討。

1. 隨著GNSS接收機定位精度的提高和更多更高精度北斗衛星的發射，相信不久的未來RTK（實時動態定位）結合CORS系統的測量數據可達到控制點的精度要求，這樣就省去了GPS控制網的靜態測量，可節約大量的時間和成本，更加方便快捷。
2. 隨著全站儀測角和測距精度的提高，可使得井下測量的精度越來越高，操作也會更加簡便。對于井下人員無法到達的區域，或者存在危險的區域不適合人員直接進入測量的，可用更加先進的方法和更加先進的儀器如三維激光掃描儀等，間接獲取高精度的測量數據。
3. 隨著計算機的發展以及獲取更加準確的測量數據，以礦體投影圖編制工作流程為主線，以地礦點源數據庫為基礎，綜合運用?GIS、圖庫一體化、三維可視化、空間數據快速轉換及自動建模等技術[8]，可建設更加準確的礦山三維可視化模型，更加直觀地分析礦山的空間關系。

隨著時代的發展，5G時代的來臨、人工智能及計算機技術的發展、測繪儀器的更新等，礦山測量技術將會越來越智能化、數字化。利用數字測繪技術，可以輕易地解決許多傳統測繪技術難以解決的問題，大大降低工作的難度，而且它的精度非常高，可以幫助測量者避免許多潛在的危險，確保工作的安全[9]。

6??結語

綜上所述，儲量動態監測工作將伴隨著煤礦的生產一直進行下去，是一項連續性的工作。做好礦山測量工作，為煤礦儲量動態監測工作提供準確完善的基礎數據，對于促進企業珍惜和合理開發利用礦產資源，防止越界開采、破壞性開采等違法行為的發生，減少安全隱患的發生具有重要意義。而礦山測量的發展將會更好地服務于煤礦儲量動態監測工作。

參考文獻

[1]?張陸.?GPS在礦山測量技術應用分析[J].礦業裝備，2022（6）：191-192.

[2]?竇保良.?GPS?測量技術在煤炭工程中的應用研究[J].煤炭工程，2019，51（S0）：68-70.[3]?徐寧.煤礦全站儀導線測量誤差分析及技術措施研究[J].山西冶金，2022，45（2）：3