矿区井下工程测量技术的发展评述

曹建涛

（新疆维吾尔自治区有色地质勘查局七0六队，新疆 阿勒泰 836500）

为了开发深部矿层的矿产资源，进一步利用水底下的资源和物质，首先进行井下定位测量是必要的，也是井下工程测量的基础所在，井下定位测量方法有许多，所利用的工作原理不同，所受因素的影响也不一样，总之，各有各的优点，也有相对应的缺点。目前传统的工程测量技术有光学定位法、回声定位测量技术、无线电定位法、侧扫声纳技术，新型的工程测量技术有卫星定位技术、机载激光井下测量技术、单波束测深与多波束测深测量技术等等。本文就这两大类的井下工程测量技术，针对各个技术的优缺点以及相应的工作原理工作方式，进行了详细的说明和解释。

1 传统的井下工程测量技术

1.1 光学定位法

光学定位法常常受到诸多因素的限制，例如地球的曲率、通视等等，这样直接就导致井下测量精度的降低，数据读数也很容易产生错误，但是通常情况下光学定位法人工操作起来较为简单，使用起来也较为方便。光学定位测量法的原理与陆地测量的一样，主要使用的仪器是经纬仪，测距仪器等。

1.2 无线电定位法

无线电定位法主要依据于无线电的信号，进而获取准确地理位置的参数，大多应用于水文地质情况较差地区测量。无线电波，几乎不会受到天气的变化而发生变化，其有利于工程测量定位，其主要分为测距定位和测距差定位方式。测距定位通常用于近距离的测量，而且测距精度高，所作用的距离较小，测距差定位与测距定位二者完全相反，其常常用于远距离的测量，但是测量数据精度却很低。

1.3 回声定位测量技术

20世纪20年代时，出现了回声测探仪，回声定位技术也可以运用到地质测量技术中来，其原理是通过发射声波并接收井下积水区域传回来的声波，通过回波传回来的时间，进而确定井下深度以及各种状况。测量反馈结果迅速，并且可以实现数据的连续记录。但是这种方法也有一定的局限性，它只是线测量，无法实现地形与地貌的显示功能，而且常常遇到险恶的地形时，不仅会使得测量数据的不准确，还会给工程施工设备带来一定的危险。

1.4 侧扫声纳图像增强技术

20世纪50年代初，人类发现了侧扫声纳测量方法，一直到90年代末时，井下测量技术发展迅速，侧扫声纳图像增强技术也向前迈了一大步，最终实现了侧扫声纳技术的自动化数字化。其最大的功能是可以生成矿山二维图像。侧扫声纳，其主要原理利用回波采集数据通过不同时间返回，从而将声音的信号转化为电脉冲信号，以实现信息的传递功能。侧扫测试技术主要依靠的是设备移动情况，在这个过程中对井下完成整体的扫描，然后传送探测到数据，形成二维的黑白图像并通过显示器显示出来如图1所示，可以显示地形地貌，从而呈现出矿区地质全貌，便于人们进一步研究井下的世界。现在的侧扫声纳模式已经由二维转化成三维模式了，从而提高了测量的效率也实现了更加准确的效果。

图1 信号动态划分

2 新型的井下地形检测技术

2.1 卫星定位技术

目前新型的测量技术十分高超，而且系统较为完善。就卫星定位技术而言，我国一般利用的是导航型动态接收机，进行井下探测，其主要作用是实时的动态定位。为了提高卫星系统的精度，还可以使用差分定位系统；还可以通过增强广域差分技术，进而提高所测数据的准确性和可靠性。但是卫星技术的缺点，就是其所建立的移动站和基准站的距离不同，会带来不同的影响。距离增大，误差增多，从而导致精度降低，故此距离严重的影响该技术发挥作用。

2.2 机载激光井下测量技术

20世纪70年代初，提出了机载激光井下测量的技术。就目前而言，激光技术是最具潜力的技术之一，它主要以飞机作为载体平台，当激光到达矿层底部，遇到障碍物，然后反射回飞机上，通过激光俩回的时间，可以判定水底的深度。激光技术主要由五个部分组成，分为测量水深、导航、数据的分析处理、以及监视和地面上的接收处理系统。

井下工程测量技术日益成熟，装置配备趋向智能化，数字化，也更加轻便小型。测量数据的精度以及准确度也应该得到进一步的提高，数据处理软件也应该得到发展，从而满足不同的需求。

2.3 单波束测深与多波束测深测量技术

20世纪90年代初，数字化、自动化的测深系统已经得到了广泛的应用。这种系统包括定位设备、井下测深仪、以及数据采集设备和相关的处理软件。其最大的优势就是完全的自动化，数据处理化。通过定位设备首先需要确定探测位置，然后由测深仪器探测地理数据，然后通过相关的数据分析处理传送并储存至计算机，等到这一切结束后，再利用数据处理软件进行分析，从而挑选出错误的数据，进而改正或者删除，从而获得精准的测量数据。

多波束测深技术是在单波束测深技术出现后，进而引申出来的一项井下探测技术。与之前的单波束测量方法相比较，其可以实现测量的效率更高，对井下的地形描述更准确，覆盖面积更加宽广的效果。多波束测深系统可以进行扫海测量，检测出井下的障碍物体，而且精度高。它是通过测量很多个波束信号的来回时间和角度，并结合相关的数据，进而来准确的计算出所测量的深度，并促进了井下测量技术水平进一步的提升。多波束测深技术采用的是一系列波束的探测，最后的结果也是综合所有发射波束的数据，最终对数据分析合并改正，从而获得精确测量深度。

3 对井下工程测量技术未来发展的展望

通过分析传统的矿山地形探测技术，以及对目前新型的矿山地形探测技术详细了解，进而对井下测量深度技术的发展史进行了全面整体的描述。为了更好的提高测量技术，努力提升我国的科学技术，利用好计算机的智能化，以及现在成熟的导航技术，使得井下测量技术得到进一步的提升，促使测量技术精度提高，同时完善井下地形探测技术的全面性，让能源开采企业提升工作效率。

4 结语

井下测量技术需要我们更加努力的去完善，增加更多的测量手段，改变测量技术的方法，努力提高测量的精度，并保证测量技术的准确性，增加测量技术的功能，来满足不同的需求，促使井下测量技术发展更上一层楼。