矿山测量在金属矿山安全生产中的应用研究

（武汉科技大学，湖北 武汉 430081）

矿山测量不仅是为金属矿山的开采与生产提供数据支撑以及绘制矿用图的参考，同时也是明确矿区地质情况、确保巷道掘进正确性的重要手段，通过有效的矿山测量，能够及时发现矿山开采与生产中的问题，并采取有效方式避免有可能产生的生产事故，维护生产安全。

1 矿山测量在金属矿山安全生产中的作用

（1）明确巷道掘进方向。金属矿山生产中，运用矿山测量工作能够帮助明确巷道的掘进方向，为巷道的掘进提供理论基础与数据支撑，确保矿藏开采工作的顺利进行。同时，矿山测量能够为安全生产、排除矿井有毒气体等工作提供参考与帮助，例如，安庆铜矿在测量过程中，发现该矿山贯通方向在水平方向上限差为±0.2米，垂直方向上线差为±0.3米，如果进行盲目掘进的话，可能会带来巷道的偏离，影响矿山生产的高效性与安全性，而通过有效的矿山测量发现这一问题，及时调整的掘进方向，确保了生产安全，这是安庆铜矿利用矿山测量确保安全生产的有效证明。

（2）减少矿井事故发生。金属矿山生产过程中可能会存在一些安全事故，包括冒顶、顶板脱落或沉降等问题，影响企业的经济效益，同时也会造成一定的生命与财产损失。而利用矿山测量能够对矿井事故进行有效检测与预防。

2 金属矿山安全生产中矿山测量的应用

2.1 矿山测量的应用

（1）具体工作。金属矿山安全生产过程中，矿山测量的具体内容包括：①测绘工作，包括矿区地面控制网络与地形地势图等，按照一定比例绘制测定区域的地形区与矿区图，比例尺通常在1:500-1:5000的区间；②施工测量，是在工程施工开始之前与施工结束之后，对地面与矿井进行数据测量工作；③观测工作，明确地表移动与沉降情况，对矿区地表与岩石层的位移进行测量；④绘制工作，包括绘制施工图与矿区几何图，利用所采集到的数据进行采掘施工图与几何图的绘制，并在施工过程中进行实时监测。矿山测量工作能够在很大程度上确保金属矿山开采工作的安全性与高效性，能够减少采掘工作的成本投入，减少工作量，提高工作效率，因而其重要性十分凸显[1]。原本金属矿山的生产需要多种测量方式相结合，而矿山测量工作取代了繁琐的多种测量工作，是一种更加系统化与高效化的测量方法。

（2）几何定向。在矿山测量中，几何定向包括一井定向与两井定向，一井定向常常使用三角形形式的连接方式，是在矿井上确定临时点，在矿井下确定一个相对应的临时点，与挂在井筒中的两条垂线之间能够构成一个三角形，对边角进行观测，在一直地面某点的坐标与方位角之后，就能够测算出井下相应的点坐标与方位角；两井定向主要应用的是两个立井的情况，并且需要确保两个立井之间有能够进行测量的巷道相互连通，在每一个立井的井筒中悬挂一条垂线，分别从井上与井下两个方向连测两台垂线，经过解算确定地面坐标与井下相对应的点位。

（3）陀螺定向。利用物理定向的方式，使用陀螺仪与经纬仪进行定向，因而也被称作陀螺定向。这种定向方式不会对立井的井筒造成占用，因而具有简单便捷的优势，能够克服几何定向在应用中由于占用井筒而导致的工程停产情况，同时也避免由于立井深度增加而导致定向精确性受到影响的问题，但现阶段在矿山测量中运用陀螺定向的方式还比较少，陀螺定向还没有具备系统性的操作规程与数据解算方法。陀螺定性的应用需要使用陀螺仪与经纬仪等设备，在定向工作中需要首先在地面任选一点确定其比例常数值，经过6次以上观测之后确定3个比例常数值，取其平均值A。一段时间内，这个平均值可以作为矿区方圆50公里范围内的比例常数值。其次，在地面确定一个已知边，测得陀螺方位角；再次，在井下待确定的边上测得陀螺方位角；最后，返回地面，在地面已知边测量陀螺方位角。

现阶段，陀螺仪等定向设备的研究已经取得了重大进步，自动化陀螺经纬仪、数字化陀螺全站仪等设备已经逐渐能够满足矿山测量中对于测量精度的要求，例如日本索佳生产的GP1X全战士陀螺仪，结合了悬挂式陀螺仪、全站仪以及全站仪内部的处理系统，在具体的应用过程中，陀螺仪的摆动会围绕地球子午线进行摆动，通过观察并利用水平角的方式确定其摆动幅度，就能够对陀螺方位角加以确定。

（4）导入高程。导入高程是确定地面控制点的标高，将地面的高程系统传递到井下水准点的一种测量工作。在平窿或斜井的情况下，在导入高程的过程中通常会运用水准测量或三角形测量方式。在立井的情况下，则可以选用钢丝测量法，将井筒中悬挂钢丝，在地面与井下分别设置水准仪，观测直立在地面与井下水准点的标尺，根据水准仪的水平视线，在钢丝上确定两个标记之间的长度，经过解算而确定地下水准点的高程。需要注意的是，可以按照一定的距离，进行一侧陀螺定向边的观测，确保观测数据的正确性。

（5）确定控制网。在固定帮的基础上，按照小三角、线形锁、断面线、方格网、交会或经纬仪导线等方式确定开采控制点，利用经纬仪、平板仪与摄影等设备进行测量，确定矿区的采矿场与岩矿数量。在金属矿山生产时，需要对控制网与控制点的保存情况及电位精度进行定期检查，合理利用测量结果，如果存在精度或范围方面的偏差，则应当立即进行控制网改造或重新布控工作。在矿区内，出于提供地形测绘图或其他测量工作，需要进行高程测量，在地面按照规定的技术要求选定一些点位，确保这些点位能够得以长期保存，并明确标识其准确位置，按照较为精细的测量方法明确其高程，即为高程控制点，这些点位所构成的网络，即为高程控制网[2]。矿区的生产工作，常常需要将高程控制网与平面控制网相结合进行矿藏开采。

（6）标定中腰线。中腰线的标定是运用挂线或者激光的方式，在进行井巷挖掘时利用指向仪进行标定，经过一定的距离之后与井巷接通，设置固定点位，在固定时间利用固定点位对固定观测对象进行观测，能够对井巷的掘进起到指导性作用，在过程中所运用的测量方式为贯通测量。

（7）三级矿量管理。在金属矿藏生产过程中，三级矿量也被生产矿量，是开采矿床的过程中，综合考量巷道的掘进情况与开采准备工作的进行情况，确定的矿藏开采储备量。三级矿量管理工作通常采用垂直或水平断面方式对采矿的损耗与贫化进行有效预测，确定工程能够掘进的空间与范围，以便于在回采过程中合理管理矿量。测量过程中，三级矿量的管理原则在于：确保金属矿山侦测与勘探的有效性与精确性；确保矿区评判的正确性；确保矿山测量的精确性；在以上基础上，确保矿藏开采方案的科学性。

（8）测量精度。确保矿山测量的精度，需要首先在矿区进行控制网的布网工作，以之作为一切测量的基础与前提。如果矿区内已经存在国家控制网，则利用插网或插锁等方式进行加密网的布设，矿区内若不存在国家控制网，则应当进行独立控制网的布网工作。金属矿山矿区的首级控制网需要根据矿区面积来确定，通常面积超过1000km2的为二级控制网、面积在200km2～1000km2之间的为三级控制网、面积小于200km2的为四级控制网。具体的矿区用图测绘工作中，可以使用空拍、摄影或平板测量等方式进行测绘，且确保测绘工作的准确性，可以利用几何定向、陀螺定向以及导入高程的方式，将地面坐标延伸到井下，并要求井上坐标与井下对应做标的一致性。

2.2 矿山测量的应用方向

（1）数字化测量仪器的应用。矿山测量工作中，可以运用更加先进的设备与仪器，以此满足矿山测量随着时代发展而逐渐提高的高效化、精确化与自动化要求，推动金属矿区生产的进一步发展，也可以对传统的角度测量与空间长度测量作业的方式，诸如全站仪、卫星定位系统等设备的应用，更是大大减少了矿山测量工作中人力成本与时间成本的投入[3]。例如，中金岭南凡口铅锌矿以往所采用的矿山测量方式较为传统，并利用手工绘制矿区图的方式，导致矿用图容易产生较大误差，且工作效率与质量十分低下，已经无法使用当前经济时代高速发展的需要，随后虽然选用了CAD技术来辅助测量图的绘制，但实际的测量工作并没有改善，针对这种情况，可以在该矿区矿山测量工作中，大量应用更加先进的卫星定位系统与RTK技术，取代传统的平板仪等测量设备，或者利用先进的激光指向仪与袖珍计算机，进一步提高矿山测量中贯通测量的先进性。

（2）数字化绘图技术的应用。传统的矿山测量工作，按照点平面坐标、井下对应坐标、高程数据、方位角、垂直角与距离等测量数据进行矿用图的绘制时，通常再用手工解算的方式，对各测量数据加以计算，确定三维坐标之后，再绘制矿用图。随着数字化技术与信息技术的发展，在矿用图的绘制过程中，也逐渐开始应用CAD绘图软件，能够在一定程度上实现绘图的无纸化发展，并且能够实现各种图形的精确绘制与随意修改，但求自动化与智能化水平还有待提高。在矿山测量工作中，运用数字化绘图技术还可以采用Active X这种跨应用程序的集成规范与其他程序相集成的方式，进行CAD软件的二次开发，进一步提高CAD软件的可操作性与应用效果，赋予CAD软件更加丰富的功能，以满足绘图软件的数字化需求。

（3）“3S”技术的应用，遥感技术（RS）、全球定位技术（GPS）与地理信息系统（GIS）是近年来在地理测绘与地球科学中应用较为广泛的技术，统称为“3S”技术，基于其技术应用的优势，在矿山测量工作中，也可以应用这三种技术来提高测量精度与工作效率[4]。比如，在矿山测量工作中，利用遥感技术进行电磁波信息的收集、处理与成像，能够为矿区用图提供丰富的数据源，并利用相片矫正、目视判读与野外调绘等技术确保矿用图绘制的严谨性，能够有效减少成本的投入，并大大提高测量图的精确性。又如，全球定位系统的应用可以简化定位技术观测站之间的通视步骤，并且具备高精度、高效率、操作简便等优势，利用这一技术能够有效提高测量效果，针对矿区位移与点位移动、水文条件变化等情况，实现对矿区控制网的动态化调整，并确保在此基础上进行二次调整。

3 结语

金属矿山安全生产工作中，矿山测量能够发挥极大的作用，因此为了进一步提高矿山测量的效果，应当着重提高矿山测量的效率与精度，引进更加先进的设备、仪器与测量技术，构建数字化与智能化的矿山测量系统，以确保测量的精确性。

[1]马洪江,王海卫,张丰泽.矿山测量在金属矿山安全生产中的应用研究[J].世界有色金属,2017,(16):49-51.

[2]李岳智.论矿山测量对矿山安全生产的作用[J].工程技术研究,2017,(03):27-28.

[3]岳甫成.矿山测量在矿山安全生产中的作用及发展趋势研究[J].建筑知识,2016,36(13):251-175.

[4]梁臣艺.矿山测量与矿山安全[J].中锰业,2014,32(04):55-57.