曹建濤

（新疆維吾爾自治區(qū)有色地質(zhì)勘查局七0六隊(duì)，新疆 阿勒泰 836500）

為了開發(fā)深部礦層的礦產(chǎn)資源，進(jìn)一步利用水底下的資源和物質(zhì)，首先進(jìn)行井下定位測(cè)量是必要的，也是井下工程測(cè)量的基礎(chǔ)所在，井下定位測(cè)量方法有許多，所利用的工作原理不同，所受因素的影響也不一樣，總之，各有各的優(yōu)點(diǎn)，也有相對(duì)應(yīng)的缺點(diǎn)。目前傳統(tǒng)的工程測(cè)量技術(shù)有光學(xué)定位法、回聲定位測(cè)量技術(shù)、無(wú)線電定位法、側(cè)掃聲納技術(shù)，新型的工程測(cè)量技術(shù)有衛(wèi)星定位技術(shù)、機(jī)載激光井下測(cè)量技術(shù)、單波束測(cè)深與多波束測(cè)深測(cè)量技術(shù)等等。本文就這兩大類的井下工程測(cè)量技術(shù)，針對(duì)各個(gè)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)以及相應(yīng)的工作原理工作方式，進(jìn)行了詳細(xì)的說明和解釋。

1 傳統(tǒng)的井下工程測(cè)量技術(shù)

1.1 光學(xué)定位法

光學(xué)定位法常常受到諸多因素的限制，例如地球的曲率、通視等等，這樣直接就導(dǎo)致井下測(cè)量精度的降低，數(shù)據(jù)讀數(shù)也很容易產(chǎn)生錯(cuò)誤，但是通常情況下光學(xué)定位法人工操作起來(lái)較為簡(jiǎn)單，使用起來(lái)也較為方便。光學(xué)定位測(cè)量法的原理與陸地測(cè)量的一樣，主要使用的儀器是經(jīng)緯儀，測(cè)距儀器等。

1.2 無(wú)線電定位法

無(wú)線電定位法主要依據(jù)于無(wú)線電的信號(hào)，進(jìn)而獲取準(zhǔn)確地理位置的參數(shù)，大多應(yīng)用于水文地質(zhì)情況較差地區(qū)測(cè)量。無(wú)線電波，幾乎不會(huì)受到天氣的變化而發(fā)生變化，其有利于工程測(cè)量定位，其主要分為測(cè)距定位和測(cè)距差定位方式。測(cè)距定位通常用于近距離的測(cè)量，而且測(cè)距精度高，所作用的距離較小，測(cè)距差定位與測(cè)距定位二者完全相反，其常常用于遠(yuǎn)距離的測(cè)量，但是測(cè)量數(shù)據(jù)精度卻很低。

1.3 回聲定位測(cè)量技術(shù)

20世紀(jì)20年代時(shí)，出現(xiàn)了回聲測(cè)探儀，回聲定位技術(shù)也可以運(yùn)用到地質(zhì)測(cè)量技術(shù)中來(lái)，其原理是通過發(fā)射聲波并接收井下積水區(qū)域傳回來(lái)的聲波，通過回波傳回來(lái)的時(shí)間，進(jìn)而確定井下深度以及各種狀況。測(cè)量反饋結(jié)果迅速，并且可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的連續(xù)記錄。但是這種方法也有一定的局限性，它只是線測(cè)量，無(wú)法實(shí)現(xiàn)地形與地貌的顯示功能，而且常常遇到險(xiǎn)惡的地形時(shí)，不僅會(huì)使得測(cè)量數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確，還會(huì)給工程施工設(shè)備帶來(lái)一定的危險(xiǎn)。

1.4 側(cè)掃聲納圖像增強(qiáng)技術(shù)

20世紀(jì)50年代初，人類發(fā)現(xiàn)了側(cè)掃聲納測(cè)量方法，一直到90年代末時(shí)，井下測(cè)量技術(shù)發(fā)展迅速，側(cè)掃聲納圖像增強(qiáng)技術(shù)也向前邁了一大步，最終實(shí)現(xiàn)了側(cè)掃聲納技術(shù)的自動(dòng)化數(shù)字化。其最大的功能是可以生成礦山二維圖像。側(cè)掃聲納，其主要原理利用回波采集數(shù)據(jù)通過不同時(shí)間返回，從而將聲音的信號(hào)轉(zhuǎn)化為電脈沖信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)信息的傳遞功能。側(cè)掃測(cè)試技術(shù)主要依靠的是設(shè)備移動(dòng)情況，在這個(gè)過程中對(duì)井下完成整體的掃描，然后傳送探測(cè)到數(shù)據(jù)，形成二維的黑白圖像并通過顯示器顯示出來(lái)如圖1所示，可以顯示地形地貌，從而呈現(xiàn)出礦區(qū)地質(zhì)全貌，便于人們進(jìn)一步研究井下的世界?，F(xiàn)在的側(cè)掃聲納模式已經(jīng)由二維轉(zhuǎn)化成三維模式了，從而提高了測(cè)量的效率也實(shí)現(xiàn)了更加準(zhǔn)確的效果。

圖1 信號(hào)動(dòng)態(tài)劃分

2 新型的井下地形檢測(cè)技術(shù)

2.1 衛(wèi)星定位技術(shù)

目前新型的測(cè)量技術(shù)十分高超，而且系統(tǒng)較為完善。就衛(wèi)星定位技術(shù)而言，我國(guó)一般利用的是導(dǎo)航型動(dòng)態(tài)接收機(jī)，進(jìn)行井下探測(cè)，其主要作用是實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)定位。為了提高衛(wèi)星系統(tǒng)的精度，還可以使用差分定位系統(tǒng)；還可以通過增強(qiáng)廣域差分技術(shù)，進(jìn)而提高所測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。但是衛(wèi)星技術(shù)的缺點(diǎn)，就是其所建立的移動(dòng)站和基準(zhǔn)站的距離不同，會(huì)帶來(lái)不同的影響。距離增大，誤差增多，從而導(dǎo)致精度降低，故此距離嚴(yán)重的影響該技術(shù)發(fā)揮作用。

2.2 機(jī)載激光井下測(cè)量技術(shù)

20世紀(jì)70年代初，提出了機(jī)載激光井下測(cè)量的技術(shù)。就目前而言，激光技術(shù)是最具潛力的技術(shù)之一，它主要以飛機(jī)作為載體平臺(tái)，當(dāng)激光到達(dá)礦層底部，遇到障礙物，然后反射回飛機(jī)上，通過激光倆回的時(shí)間，可以判定水底的深度。激光技術(shù)主要由五個(gè)部分組成，分為測(cè)量水深、導(dǎo)航、數(shù)據(jù)的分析處理、以及監(jiān)視和地面上的接收處理系統(tǒng)。

井下工程測(cè)量技術(shù)日益成熟，裝置配備趨向智能化，數(shù)字化，也更加輕便小型。測(cè)量數(shù)據(jù)的精度以及準(zhǔn)確度也應(yīng)該得到進(jìn)一步的提高，數(shù)據(jù)處理軟件也應(yīng)該得到發(fā)展，從而滿足不同的需求。

2.3 單波束測(cè)深與多波束測(cè)深測(cè)量技術(shù)

20世紀(jì)90年代初，數(shù)字化、自動(dòng)化的測(cè)深系統(tǒng)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。這種系統(tǒng)包括定位設(shè)備、井下測(cè)深儀、以及數(shù)據(jù)采集設(shè)備和相關(guān)的處理軟件。其最大的優(yōu)勢(shì)就是完全的自動(dòng)化，數(shù)據(jù)處理化。通過定位設(shè)備首先需要確定探測(cè)位置，然后由測(cè)深儀器探測(cè)地理數(shù)據(jù)，然后通過相關(guān)的數(shù)據(jù)分析處理傳送并儲(chǔ)存至計(jì)算機(jī)，等到這一切結(jié)束后，再利用數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行分析，從而挑選出錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，進(jìn)而改正或者刪除，從而獲得精準(zhǔn)的測(cè)量數(shù)據(jù)。

多波束測(cè)深技術(shù)是在單波束測(cè)深技術(shù)出現(xiàn)后，進(jìn)而引申出來(lái)的一項(xiàng)井下探測(cè)技術(shù)。與之前的單波束測(cè)量方法相比較，其可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量的效率更高，對(duì)井下的地形描述更準(zhǔn)確，覆蓋面積更加寬廣的效果。多波束測(cè)深系統(tǒng)可以進(jìn)行掃海測(cè)量，檢測(cè)出井下的障礙物體，而且精度高。它是通過測(cè)量很多個(gè)波束信號(hào)的來(lái)回時(shí)間和角度，并結(jié)合相關(guān)的數(shù)據(jù)，進(jìn)而來(lái)準(zhǔn)確的計(jì)算出所測(cè)量的深度，并促進(jìn)了井下測(cè)量技術(shù)水平進(jìn)一步的提升。多波束測(cè)深技術(shù)采用的是一系列波束的探測(cè)，最后的結(jié)果也是綜合所有發(fā)射波束的數(shù)據(jù)，最終對(duì)數(shù)據(jù)分析合并改正，從而獲得精確測(cè)量深度。

3 對(duì)井下工程測(cè)量技術(shù)未來(lái)發(fā)展的展望

通過分析傳統(tǒng)的礦山地形探測(cè)技術(shù)，以及對(duì)目前新型的礦山地形探測(cè)技術(shù)詳細(xì)了解，進(jìn)而對(duì)井下測(cè)量深度技術(shù)的發(fā)展史進(jìn)行了全面整體的描述。為了更好的提高測(cè)量技術(shù)，努力提升我國(guó)的科學(xué)技術(shù)，利用好計(jì)算機(jī)的智能化，以及現(xiàn)在成熟的導(dǎo)航技術(shù)，使得井下測(cè)量技術(shù)得到進(jìn)一步的提升，促使測(cè)量技術(shù)精度提高，同時(shí)完善井下地形探測(cè)技術(shù)的全面性，讓能源開采企業(yè)提升工作效率。

4 結(jié)語(yǔ)

井下測(cè)量技術(shù)需要我們更加努力的去完善，增加更多的測(cè)量手段，改變測(cè)量技術(shù)的方法，努力提高測(cè)量的精度，并保證測(cè)量技術(shù)的準(zhǔn)確性，增加測(cè)量技術(shù)的功能，來(lái)滿足不同的需求，促使井下測(cè)量技術(shù)發(fā)展更上一層樓。