测绘新技术在煤堆测量中的应用

张建广

（潞安环能股份有限公司王庄煤矿探放水队，山西 长治 046031）

煤堆测量主要是为了对煤堆在煤场的分布范围、煤炭储量以及煤堆的安全程度进行实时监控，对煤矿生产计划和煤场的合理化管理起到指导作用，煤场煤堆的测定和管理也直接关系到煤矿工业广场的安全。采用合理化的技术手段对煤堆进行定期精确的测定，获取准确实时的煤堆测量数据，是煤堆测量的主要目的。目前，测绘新技术已经在矿山测量中得到了广泛的应用，测绘新技术的应用是一项重要的技术变革，对获取准确实时的煤堆数据提供了技术支持。

1 测绘新技术

随着高新技术的发展，测绘理论和方法发生了根本性的变革，测绘技术向着便捷化、信息化、数字化、网络化的方向迅速发展，进而衍生出了测绘新技术理论。测绘新技术主要是指仪器设备的新型便捷，数据获取和数据处理方法的信息数字化，以及数据结果的数字化呈现和数据存储的信息化管理[1]。由于和计算机信息技术、现代化通信技术的紧密联系，测绘新技术被广泛应用到各个建设领域，测绘学不再是单单的测点量距，而成为信息科学的重要组成部分。

矿山测量主要是为矿山设计、开发建设、地质矿产勘探、安全生产等各个阶段的工作服务，是对各个阶段的空间几何问题进行研究及处理的一项重要工作。其主要内容包括：大比例尺地形图的测绘，工程建设施工测量，矿区控制网的建设，井下巷道贯通测量，矿区野外调查，煤堆测量，以及其他服务矿山项目的测量工作。矿山测量的质量和水平，对矿山的生产建设有重要的指导意义，随着高新技术和信息时代的发展，煤矿企业开始实施“绿色矿山”、“数字化矿山”战略，为了满足煤矿企业的发展，测绘新技术得到了广泛的应用。测绘新技术在矿山的应用主要包括全站仪测量技术的应用、“3S”技术应用、惯性测量系统技术应用、数字化制图技术应用以及其他先进技术手段的应用，测绘新技术是矿山测量步入数字化、信息化的一种新技术和新理论，也是满足矿山发展对矿山要求的重要技术方法[2-3]。

2 煤堆测量的重要性

煤堆是煤矿企业最为显著的标志，煤堆变化信息是指导煤矿生产和发展的重要数据，所以必须实时地对煤堆进行监控和测量，以此来指导煤矿生产建设和煤炭销售。煤堆测量的内容主要包括三个方面：（1）煤堆储量的测量。主要是利用测量技术方法对煤堆体积进行测定，然后根据煤堆平均密度来对储量进行估算。为了提高煤堆测量结果的准确性，必须采用严密的技术方法和体积计算方法。（2）煤场煤堆位置范围的测量。煤矿企业会根据煤炭质量对煤炭进行分类堆放，所以煤场往往不会仅有一个煤堆；煤场是煤炭销售地，有运输通道、装卸煤地点等，所以煤堆位置范围的测量直接关系到煤场的合理化管理水平。（3）煤场安全监测。煤堆属于松动堆积体，抗剪强度低，受到雨水、应力挤压的影响，很容易发生类似泥石流的“煤炭流体”，给煤场甚至整个矿山工业广场带来安全隐患，所以必须定期对煤堆边坡、煤场外墙等进行监测，尤其在雨季，更要做好煤堆的监测工作。

3 测绘新技术在煤堆测量中的应用

煤堆测量的主要结果是获取必要的距离信息、坐标信息和标高信息，以便进行数据的分析和处理。测绘新技术在煤堆测量中的应用，主要是GPS技术+测距仪+GIS系统测量模式，即利用GPS进行点位信息的获取，测距仪获取必要的距离信息，然后借助GIS信息处理系统对所获取的数据进行数字化成图和数据分析。在实际应用中，为了获取精确的煤堆测量定位信息，较多采用GPS-RTK技术进行点位信息的采集，每次煤堆测量，必须进行基站架设、坐标系转换等工作，流程繁琐，工作量大。随着GPS技术的发展，手持GPS技术得到了广泛应用，其定位精度可以达到厘米级，仪器内置坐标系统设置系统，无需进行室外建站和坐标转换，完全可以满足煤堆测量需求。

以王庄煤矿北煤堆测量工作为例，对测绘新技术在煤堆测量工作中的应用进行简单介绍。如图1，王庄煤矿北煤堆地处王庄煤矿东北角，是该矿的主要煤场，煤炭储量可达10万t以上。煤场四周紧邻王庄煤矿家属区、其他工业广场、铁路和运煤公路，以挡煤墙相隔，挡煤墙为钢架网和混凝土边坡构造。该煤堆测量的主要任务包括：（1）煤堆主体体积的测定；（2）煤堆顶部与煤仓垂直距离的测定；（3）煤堆距挡煤墙距离的测定；（4）煤堆距磅房、检修房等建筑物的距离测定；（5）煤堆边坡以及挡煤墙边坡的测定。该煤堆的测量仪器选择：（1）天宝GEO7X高精度GPS手持机，定位精度厘米级；（2）徕卡DISTO D5测距仪，测距精度1mm；（3）龙软3.2数据处理系统；（4）其他辅助设备，包括记录本、钢尺等。煤堆的测定周期为7d，在雨季和特殊时期增加监测频率。

图1 王庄煤矿北煤堆示意图

具体实施办法如下：（1）煤堆主体测定分为底层和顶层，采用GPS手持机分别对底层和顶层的特征点进行三维坐标信息采集，并做好点位信息记录和草图绘制；（2）为了验证高程信息的正确性，利用测距仪测量特定高度的煤仓出煤口位置与煤堆顶层的平均高差；（3）利用测距仪测定煤堆距挡煤墙、磅房、检修房之间的相对距离；（4）煤堆边坡与挡煤墙边坡测定，见图2，在地面标记若干个特征点（王庄煤矿为5个），利用测距仪分别测定对应煤堆底层点C和顶层点与特征点A之间的距离L1和 L2，C点与煤堆底层高差h，利用勾股定理计算斜坡角α，进而得出煤堆边坡角β，见式（1），挡煤墙边坡的测量方法同上；（5）户外数据的室内整理，利用数据传输设备将GPS手持机中测量数据上传至龙软地理信息系统，参照草图绘制煤堆平面图，直接利用储量计算功能得出煤堆底层和顶层闭合曲面面积A1和A2，煤堆平均高度h均，间接计算煤堆体积为V = 1/2⋅(A1+ A2)⋅h均，煤堆储量为M= V⋅ q，其中q为煤炭质量密度。

图2 煤堆边坡角测量方法示意图

4 结 论

测绘新技术在煤堆测量中的应用，极大地方便了测量工作的进行，并且实现了测量结果的数字化管理和信息化存储，加快了煤堆测量工作的速度和效率，满足了煤矿企业对煤堆数据实时性和准确性的要求。通过上述分析可以看出，测绘新技术是以传统测绘技术为基础，融合了高新技术和信息化技术的现代化学科，为更好地使其为矿山测量服务，就必须全面了解并熟练掌握传统测绘技术、高新技术和信息化技术。