張 雷

山西中煤華晉能源有限責任公司王家?guī)X礦

基于煤礦礦山測量的分析

張 雷

山西中煤華晉能源有限責任公司王家?guī)X礦

在煤礦生產(chǎn)中最為重要的就是安全性，而確保安全生產(chǎn)的關(guān)鍵就是礦山測量。礦山測量對煤礦生產(chǎn)有著至關(guān)重要的作用，它貫穿于生產(chǎn)的整個過程，是其不可或缺的部分。我國的科學技術(shù)每天都在進步，對煤礦生產(chǎn)的安全要求也在不斷提高，因此做好礦山測量工作，提高礦山測量的技術(shù)，從而進一步保證煤礦生產(chǎn)的安全非常必要。

煤礦；測量；

1 煤礦礦山測量的基本理論

礦山測量是一門交叉學科，它的發(fā)展、變化密切相關(guān)主要涉及3個方面：一是采礦技術(shù)和礦業(yè)工程的發(fā)展及要求；二是測繪科學技術(shù)與儀器設備的發(fā)展；三是其它學科的發(fā)展與影響，例如地質(zhì)學、數(shù)理科學、環(huán)境科學、計算機科學、經(jīng)濟學等。

在中國，曾經(jīng)給礦山測量學科定義為：是礦山地質(zhì)勘探、設計、建設和生產(chǎn)運營各階段，研究測定礦山地面、地下點的幾何位置，獲得礦體、礦山開采和開采沉陷的各種空間幾何信息，進行分析和數(shù)據(jù)處理，編制各種比例尺的礦山地面、地下開采圖件，同時研究礦產(chǎn)資源合理開采、開采沉陷及其防護的理論和技術(shù)的學科。并且明確它對礦山生產(chǎn)的4個作用，即參謀作用、指導作用、保證作用和監(jiān)督作用。

國際礦山測量協(xié)會曾經(jīng)給礦山測量的任務定義為：從開發(fā)的經(jīng)濟效果評價礦藏的地質(zhì)條件；礦山權(quán)益的調(diào)查研究與交涉談判；礦山測量的施測、記錄、存儲、計算及礦圖繪制；采礦對地表及地下巖層影響的測量與預計；礦床儲量的調(diào)查和估算；礦山規(guī)劃等。

2 煤礦礦山測量方法

2.1 無標尺激光測量法

根據(jù)測量原理，采用無標尺激光全站儀以極坐標法測量井下采空區(qū)。無標尺激光全站儀是將激光照射到無法到達地方的鏡面上，通過反回的光測定測站到待定點的距離。再按照測站到待測點的坐標方位角和天頂距計算出該點的平面坐標和高程，見圖1。

具體方法為：①通過井下導線測量將一個已知點引到掘進巷道與空區(qū)貫通處。②將全站儀安置該已知點上，完成后視以后，逐點對采空區(qū)內(nèi)的特征點進行觀測并記錄。③室內(nèi)計算整理成圖。

2.2 前方交會三角形解算法

根據(jù)現(xiàn)場條件，利用數(shù)學方法解算三角形求出待定點的平面坐標和高程。即用經(jīng)緯儀測定三角形的兩個內(nèi)角和三角形的一條邊，用正弦定理計算出另外兩條邊的邊長。再用極坐標的計算方法求出該待定點的平面坐標和高程，見圖2。

具體方法為：①通過井下導線測量將兩個已知點引到掘進巷道與空區(qū)貫通處。②分別將兩臺經(jīng)緯儀儀分別安置在C、D點上，分別后視F、E后，準備開始對空區(qū)點的觀測。③兩臺儀器同時照準A點(這里要求至少有一臺儀器具有激光指向功能，具有激光指向的儀器照準后不能動，須等二臺儀器照準測定后方可照準下一個目標)。讀取水平角和垂直角，并記錄下來。④依次照準以后的各個采空區(qū)的特征點，讀數(shù)、記錄。⑤室內(nèi)進行內(nèi)業(yè)計算。

圖1 礦井下采空區(qū)示意

圖2 分層采空區(qū)示意

2.3 氡氣測量

氡是一種無色無味的惰性氣體，其化學性質(zhì)十分穩(wěn)定，但其物理性質(zhì)卻十分活潑，能溶于水、油等液體中。在物質(zhì)中由于團族遷移、接力傳遞、擴散、對流、抽吸等作用，其表現(xiàn)出很強的遷移作用，可以很容易由地下深部經(jīng)過巖石進入地表土壤中。因此，在鈾鐳富集地段、地質(zhì)構(gòu)造破碎帶上方、采空區(qū)上方都可形成氡的富集，而在其附近地段氡含量明顯減少。于是根據(jù)氡異常的高低，可以直接尋找鈾礦體、構(gòu)造破碎帶、采空區(qū)、陷落柱及地下水資源等。

氡氣測量方法分為累積測量和瞬時測量。累積氡氣測量就是將取樣器埋在土壤中，采樣時間一般為4h到30d不等，異常穩(wěn)定性、重現(xiàn)性較好，工作效率相對較低；瞬時氡氣測量是現(xiàn)場打孔抽氣進行測量，沒有探測器污染問題，也不存在釷氣的干擾，其工作效率相對較高，野外現(xiàn)場就可獲得數(shù)據(jù)。我們野外工作采用的是累積氡氣測量方法—α杯測氡法，使用大電離式智能化CD-1α杯測氡儀，以氡所衰變的第一代子體為測量對象，來確定土壤中的氡濃度。

3 煤礦測量操作應用

3.1 實地踏勘

這一步驟要求做到的就是參與采空區(qū)調(diào)查的測量人員，必須和有經(jīng)驗的對礦山熟悉的人員一起，到所要進行調(diào)查的礦山，對采空區(qū)進行實地勘察。詳細了解所要進行調(diào)查的采空區(qū)的工作環(huán)境，包括采空區(qū)所處的地理位置、地層層位、地質(zhì)構(gòu)造、巖石結(jié)構(gòu)、技術(shù)和安全環(huán)境，務必親臨現(xiàn)場，做到心中有數(shù)。對采空區(qū)的形態(tài)、規(guī)模、復雜程度、安全穩(wěn)固程度等都要進行詳細了解，劃分不同形態(tài)類別，做好詳細記錄，以供下步制定采空區(qū)調(diào)查施工組織方案使用。

3.2 制定方案

相關(guān)測量人員進行實地踏勘以后，結(jié)合實際情況，必須將實地調(diào)查獲得的第一手資料認真研究，綜合整理，制定出切實可行的施工組織調(diào)查方案。該方案中一定要包含人員組織、技術(shù)調(diào)查和安全保障方案等。制定的施工組織方案中，要將參與采空區(qū)調(diào)查的人員物資配備、安全措施和采空區(qū)的情況進行詳細的分類，針對不同的采空區(qū)情況，制定出相關(guān)保障措施，采用不同的手段和方法。

這一步至關(guān)重要，直接影響著采空區(qū)調(diào)查工作能不能正常進展或者調(diào)查結(jié)果、測量數(shù)據(jù)能不能真實反映實際情況等。

3.3 實施調(diào)查

制定完詳細的施工組織調(diào)查方案以后，參與調(diào)查的測量人員根據(jù)采空區(qū)的規(guī)模、形狀、危險程度等，分別選擇不同的手段和方法，取得相應的測量數(shù)據(jù)，供下步整理資料時，計算相關(guān)數(shù)據(jù)使用。

在實際應用中需要根據(jù)我國現(xiàn)階段在全國開展的采空區(qū)調(diào)查工作情況進行測量方法的選擇。

3.4 資料整理

資料整理也是一個非常重要的步驟，在這個過程中，不但要求參與項目的人員，對測量成果進行詳細的匯總，還要邀請一些專家進行指導。發(fā)現(xiàn)不合理的或者遺留的測量數(shù)據(jù)，要進行復查和重新收集糾正。這里整理出來的資料不僅包括所調(diào)查的采空區(qū)的平面的形態(tài)，還要有立體的形態(tài)，全方位的反映礦山采空區(qū)的實際狀況。最終提供一個符合規(guī)范的各種圖件和圖表的綜合資料。

總之，隨著社會的發(fā)展，煤礦采礦區(qū)的測量工作難度越來越大，因此需要進一步加強研究。本文分析了煤礦采空測量相關(guān)方面，以期提供一些借鑒。

[1]方磊，李春苗，裴宗平.煤礦采空區(qū)穩(wěn)定性評價[J].地下空間與工程學報，2013.

[2]張旭，杜曉娟，蘇超，黃航.遼源煤礦采空區(qū)重力異常解釋研究[J].工程地球物理學報，2015.