王 遠(yuǎn)，江冬明

（國(guó)土資源部合肥礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心,安徽 合肥 230000）

我國(guó)國(guó)土面積廣闊、地大物博，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步，采礦行業(yè)也取得了很大的進(jìn)展，但由此引起的地質(zhì)災(zāi)害與安全事故卻在一定程度上阻礙的礦山資源開發(fā)，而且導(dǎo)致礦區(qū)環(huán)境嚴(yán)重破壞。因此，運(yùn)用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)提升礦山動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)水平迫在眉睫。本文介紹了目前我國(guó)常用的測(cè)繪技術(shù)與礦山動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的內(nèi)容，并結(jié)合自身工作經(jīng)驗(yàn)總結(jié)了測(cè)繪技術(shù)在礦山動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用要點(diǎn)，以期在最大程度上降低地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生率，為礦山開采的安全性提供保障[1]。

1 礦山動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中常用的測(cè)繪技術(shù)

1.1 遙感技術(shù)

遙感技術(shù)的用途廣泛，可以測(cè)量地質(zhì)環(huán)境、資源、地貌等。在礦山動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中運(yùn)用遙感技術(shù)能獲得精確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息，提升礦區(qū)治理水平，促進(jìn)采礦行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。具體而言，遙感技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾方面。其一，有很高的測(cè)量精度。遙感技術(shù)應(yīng)用范圍廣，獲取的地質(zhì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)十分精確，能節(jié)約不必要的重復(fù)探測(cè)時(shí)間，提高測(cè)繪工作的效率。其二，有很強(qiáng)的抗干擾能力。運(yùn)用傳統(tǒng)方法進(jìn)測(cè)量礦山地質(zhì)數(shù)據(jù)的一個(gè)缺陷就是會(huì)受到多方面因素的影響，如外界的地理環(huán)境、天氣變化等都可能干擾測(cè)量過程，導(dǎo)致結(jié)果不準(zhǔn)確。應(yīng)用遙感技術(shù)就能完全避免這個(gè)問題，并且其能依據(jù)探測(cè)對(duì)象所反射的獨(dú)特電磁波進(jìn)行測(cè)量與分辨。其三，能迅速搜集信息。遙感技術(shù)是通過地球衛(wèi)星所傳遞的信息實(shí)現(xiàn)的，所以其能夠在短時(shí)間內(nèi)反饋來自世界各地的信息，技術(shù)人員根據(jù)衛(wèi)星反饋可以隨時(shí)查看相關(guān)數(shù)據(jù)，信息的時(shí)效性很強(qiáng)[2]。

1.2 GPS RTK 技術(shù)

GPS RTK 技術(shù)屬于實(shí)時(shí)地圖繪制技術(shù)，在礦山地質(zhì)監(jiān)測(cè)中其不僅能監(jiān)測(cè)礦井表面，還能實(shí)行大范圍的高精度監(jiān)測(cè)。相比較傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)，RTK 技術(shù)運(yùn)用了動(dòng)態(tài)載波相位差方法，可以在短時(shí)間內(nèi)解讀數(shù)據(jù)，提高測(cè)量精度。GPS RTK 系統(tǒng)中采用的接收器至少有兩個(gè)，通過載波相位差技術(shù)完成測(cè)量。在實(shí)際工作時(shí)，收集衛(wèi)星先獲取定位數(shù)據(jù)，接著利用串口向無線傳輸站發(fā)送，而移動(dòng)站通過GPS 系統(tǒng)獲取定位數(shù)據(jù)，之后傳輸至移動(dòng)接收器。GPS 移動(dòng)接收器在這個(gè)過程中負(fù)責(zé)收集與整理原始數(shù)據(jù)。最終，移動(dòng)接收器根據(jù)基站發(fā)送的位置坐標(biāo)與原始數(shù)據(jù)判斷出具體坐標(biāo)。除此之外，技術(shù)人員可以運(yùn)用GPS RTK 技術(shù)在勘測(cè)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行定位、測(cè)量地形與高度等。GPS RTK 技術(shù)將移動(dòng)臺(tái)測(cè)量與基站測(cè)量?jī)煞N模式結(jié)合在一起，不僅能節(jié)約測(cè)量成本，還能提升測(cè)繪效率，并且還具有動(dòng)態(tài)策略、通用性強(qiáng)、適用范圍廣等優(yōu)勢(shì)。

1.3 無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)

應(yīng)用無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)進(jìn)行礦山動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的一大優(yōu)勢(shì)就是實(shí)時(shí)性，可以及時(shí)、準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)礦山儲(chǔ)量的變化情況，從而科學(xué)制定與調(diào)整采礦方案，優(yōu)化礦山資源的建設(shè)與開發(fā)，增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。大部分礦山分布的地區(qū)都比較偏遠(yuǎn)，不僅地形復(fù)雜，而且自然條件也比較惡劣，在一定程度上增大了采礦難度，為避免浪費(fèi)礦產(chǎn)資源，相關(guān)單位需要實(shí)行礦山動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。應(yīng)用無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)能在高空中全面監(jiān)測(cè)礦山情況，排除附近地形地貌等外界環(huán)境因素對(duì)監(jiān)測(cè)的干擾，從而降低監(jiān)測(cè)難度，獲取真實(shí)、準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)結(jié)果。無人機(jī)自帶數(shù)碼相機(jī)，能實(shí)時(shí)采集礦區(qū)地形資料，而且其對(duì)場(chǎng)地條件沒有過多要求，相比之下資金投入少，性價(jià)比較高。

2 礦山動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容

2.1 礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)

礦山開采活動(dòng)無疑會(huì)破壞礦區(qū)內(nèi)的地質(zhì)環(huán)境，尤其是大規(guī)模開采，會(huì)導(dǎo)致巖體變形、地裂縫等，破壞地下水平衡與地貌景觀，影響生態(tài)平衡。所以開展礦山動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)時(shí)必須加強(qiáng)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)，一方面要監(jiān)測(cè)開采活動(dòng)導(dǎo)致的塌陷、泥石流、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，另一方面要監(jiān)測(cè)開采活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的不良影響，包括土地沙化、水污染等。礦山開采中主要的地質(zhì)災(zāi)害共有以下三種：其一，滑坡。山體滑坡在礦山地區(qū)發(fā)生率很高，指高山上或斜坡上的泥土受到重力作用而自上向下運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象。在進(jìn)行開采活動(dòng)時(shí)，一旦碰到陰雨天氣，尤其是大到暴雨，山體滑坡很可能發(fā)展為大規(guī)模的泥石流災(zāi)害，嚴(yán)重威脅工作人員與礦區(qū)附近住戶的生命財(cái)產(chǎn)安全。其二，塌陷。與滑坡災(zāi)害相比，塌陷形成的過程相對(duì)復(fù)雜。隨著采礦活動(dòng)的進(jìn)行，位于地下的礦層也被開采一空，地下空間變得十分空曠，這種情況下采空區(qū)頂板巖石層受到上部巖層的施壓與自身重力的作用會(huì)逐漸變形，最后處于向下彎曲狀態(tài)。其三，崩塌。崩塌災(zāi)害大多發(fā)生在礦區(qū)內(nèi)軟硬相間的巖層處，通常是由于巖體結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的。倘若巖體結(jié)構(gòu)面有切割或蠕動(dòng)現(xiàn)象，很可能引起落石和崩塌，預(yù)防措施主要是控制相關(guān)誘發(fā)因素。

2.2 礦山安全監(jiān)測(cè)

采礦行業(yè)的迅速發(fā)展雖然產(chǎn)生了較多的經(jīng)濟(jì)效益，增加了社會(huì)財(cái)富，為綜合國(guó)力的提升做出了貢獻(xiàn)，但同時(shí)也帶來了負(fù)面影響。因?yàn)槲覈?guó)目前在礦山開采活動(dòng)中使用的裝備、技術(shù)等都落后于國(guó)際水平，而且開采秩序混亂，經(jīng)常出現(xiàn)非法采礦的情況，這些問題在一定程度上阻礙了采礦行業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，嚴(yán)重威脅了礦山的安全生產(chǎn)，并且還破壞了礦區(qū)環(huán)境與生態(tài)平衡，所以相關(guān)單位必須加強(qiáng)礦山安全監(jiān)測(cè)。具體包括以下幾方面內(nèi)容：①動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)驚嚇圍巖的變形情況；②監(jiān)測(cè)礦區(qū)頂板；③監(jiān)測(cè)地下采礦活動(dòng)是否破壞地面建筑物與具體的破壞程度；④在水體下進(jìn)行采礦活動(dòng)時(shí)的安全監(jiān)測(cè)；⑤在鐵路下進(jìn)行采礦活動(dòng)時(shí)的安全監(jiān)測(cè)；⑥尾礦壩的安全監(jiān)測(cè)。應(yīng)用測(cè)繪技術(shù)開展礦山動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)時(shí)，需要測(cè)量的內(nèi)容則主要是井下部分，包括井下平面、井下高層和井下貫通[3]。

3 測(cè)繪技術(shù)在礦山動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用要點(diǎn)

3.1 遙感技術(shù)在礦山動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用要點(diǎn)

遙感測(cè)繪技術(shù)在礦山動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用要點(diǎn)主要包括校正輻射、影像融合及信息提取。輻射校正主要分為相對(duì)輻射校正與絕對(duì)輻射校正，正因?yàn)檩椛湫Ｕ龑?duì)遙感影像的成像時(shí)間及空間分辨率有非常高的要求，所以可以通過輻射校正減小影像成像時(shí)間誤差且提高清晰度。但是在實(shí)際采礦作業(yè)時(shí)，應(yīng)通過降低大氣條件及陽光照射角度等因素影響的方式提前做好校正措施，從而減小地質(zhì)監(jiān)測(cè)出現(xiàn)的誤差。影響融合是遙感技術(shù)在礦山動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中應(yīng)用的非常關(guān)鍵的一種技術(shù)，涵蓋了光譜信息、空間分辨率及紋理等內(nèi)容。一般情況下，通過優(yōu)化圖像融合處理將多種方法融合能夠保證圖像清晰，提高影像質(zhì)量。在實(shí)際應(yīng)用中常用的方式包括多波段影像數(shù)據(jù)融合與影響融合。礦山地質(zhì)環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)就是地理信息系統(tǒng)，想要對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境信息進(jìn)行識(shí)別，就需要依靠地理信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息提取。結(jié)束遙感影像監(jiān)測(cè)后需要進(jìn)行圖形分割，從而詳細(xì)分析圖形中包含的信息并實(shí)現(xiàn)分類整理。

遙感技術(shù)在礦山地質(zhì)環(huán)境中的具體監(jiān)測(cè)方式包括山體滑坡監(jiān)測(cè)、空間塌陷監(jiān)測(cè)與礦山地質(zhì)污染監(jiān)測(cè)。在礦山開采過程中，連降暴雨、露天開采及道路開挖等易造成山體滑坡，陡峭位置更易發(fā)生此類問題。人們可以借助監(jiān)測(cè)觀察滑坡面的凹凸差異及上陡下緩，在此基礎(chǔ)上加強(qiáng)測(cè)繪圖形的處理能夠更換的掌握滑坡發(fā)育情況，凸顯線性，使得監(jiān)測(cè)圖形清晰度得到大幅度提升。由于滑坡移動(dòng)速度非?？?，使得實(shí)際監(jiān)測(cè)呈現(xiàn)的圖形清晰度偏低，區(qū)域顯示較淺。因礦山地質(zhì)環(huán)境差異較大，空間塌陷表現(xiàn)出的破壞力也存在很多的差異，并且會(huì)清晰的呈現(xiàn)在遙感測(cè)繪獲取的信息圖上。空間塌陷位置顯示在TM 圖像上時(shí)，通常為單獨(dú)的橢圓形，但也可能出現(xiàn)板塊或者環(huán)形斑點(diǎn)，顏色深淺也有所不同。具體監(jiān)測(cè)成像后，在水體亮度值上B1 具有較大的優(yōu)勢(shì)，通過調(diào)整能夠借助亮度深淺預(yù)測(cè)塌陷區(qū)變化狀況。環(huán)境污染是礦山開采過程中容易造成的一種問題，且影響當(dāng)?shù)厮Y源及地質(zhì)，因此必須加強(qiáng)礦山環(huán)境監(jiān)測(cè)。在實(shí)際監(jiān)測(cè)時(shí)，圖像顯示顏色能夠反應(yīng)區(qū)域的污染程度，水污染區(qū)域在圖像中呈現(xiàn)粉紅色，區(qū)域嚴(yán)重污染則呈現(xiàn)亮白色或暗褐紅色。遙感測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用在礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)中，可以有效的對(duì)開采區(qū)域地質(zhì)環(huán)境、水環(huán)境等進(jìn)行監(jiān)控[4]。

3.2 GPS RTK 技術(shù)在礦山動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用要點(diǎn)

在實(shí)際地形測(cè)繪時(shí)，借助GPS RTK 技術(shù)對(duì)地形綜合測(cè)試能夠得到比較完善的礦山工程地質(zhì)數(shù)據(jù)。由于地形與實(shí)際測(cè)繪作業(yè)的影響，使得礦山工程控制網(wǎng)絡(luò)具有區(qū)域特征。為確保精度要求，保證測(cè)量點(diǎn)的精確值，就需要將測(cè)量點(diǎn)平均差異與充分測(cè)量控制點(diǎn)對(duì)中心礦區(qū)地形與測(cè)繪區(qū)域的影響結(jié)合起來。相關(guān)人員在進(jìn)行測(cè)量與實(shí)際制圖時(shí)，需要依據(jù)工作原理對(duì)傳統(tǒng)工作概念進(jìn)行轉(zhuǎn)變，使得地形技術(shù)與GPS RTK 制圖有效結(jié)合。因控制點(diǎn)密度較低、區(qū)域土地覆蓋面廣、礦區(qū)面積大及對(duì)區(qū)域了解較少影響，利用GPS RTK 測(cè)繪技術(shù)能夠?qū)⒉傻V區(qū)特殊地形、地形圖及垂直水平剖面測(cè)量出來。GPS RTK 技術(shù)應(yīng)用在測(cè)繪采礦作業(yè)中不僅要注意以前的要點(diǎn)，還需要對(duì)一些基本問題給予重視，主要包括以下兩點(diǎn)，第一，在實(shí)際操作時(shí)，為更好的控制點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)誤差與多路徑效應(yīng)的產(chǎn)生，需要對(duì)異動(dòng)臺(tái)和精密站進(jìn)行合理控制，保證二者距離在10km 范圍內(nèi)。第二，精確的內(nèi)部映射是現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量操作的主要目的，若在操作時(shí)測(cè)量較多控制點(diǎn)，應(yīng)該提前進(jìn)行測(cè)量操作草圖的繪制，確保繪圖準(zhǔn)確。

放線工作在采礦工程測(cè)量中屬于基礎(chǔ)測(cè)量工程，相比較傳統(tǒng)地形與繪圖方法而言，測(cè)量時(shí)間相對(duì)較短且工作結(jié)果相對(duì)準(zhǔn)確。在采礦工程中，土方工程量驗(yàn)收測(cè)量是繪圖和地形工作，一般情況下多數(shù)礦業(yè)公司為確保礦產(chǎn)資源開采效率，制定日常采礦計(jì)劃。繪制工作面的平面是啟動(dòng)GPS RTK 技術(shù)的前提，繪制后需要建立工作控制點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)。通常情況下，映射控制點(diǎn)的工作時(shí)間不僅短，而且還能夠確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。將計(jì)算提取的礦石量和采礦計(jì)劃對(duì)比分析，對(duì)日常工程進(jìn)行總結(jié)。除此之外，GPS RTK 技術(shù)系統(tǒng)中還能夠應(yīng)用數(shù)字技術(shù)，不僅集成了礦物工程測(cè)量數(shù)據(jù)的處理與采集，還能夠和合成圖形軟件共同使用，數(shù)字自動(dòng)化數(shù)據(jù)處理與映射也適用于CASS 映射。

3.3 無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)在礦山動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用要點(diǎn)

無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)在礦山動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用主要分為兩個(gè)部分，其一是獲取與處理數(shù)據(jù)，其二是地質(zhì)測(cè)量。第一個(gè)階段，首先要制定航攝方案，技術(shù)人員要根據(jù)礦山的分布情況等確定航線，并且在特定部位采用無人機(jī)攜帶的數(shù)碼相機(jī)拍攝礦區(qū)的地形地貌，注意航帶內(nèi)與不同航帶間的重疊情況。其次是控制測(cè)量。在測(cè)量礦山儲(chǔ)量時(shí)，要確?？刂泣c(diǎn)的直徑是1m，并且應(yīng)分布在測(cè)量區(qū)域的中間與四周，設(shè)置多個(gè)控制點(diǎn)來使工作難度降低，這樣也能獲得更好的整體監(jiān)測(cè)效果。再次是空三加密。利用光束法在空中進(jìn)行三角測(cè)量，為確保結(jié)果準(zhǔn)確，要采取外業(yè)處理措施，然后利用內(nèi)業(yè)解算定向點(diǎn)的高程、坐標(biāo)等數(shù)據(jù)。第四是生成DEM 與DOM。采用空三加密方式生成間距一定的三維點(diǎn)云文件，并將按照比例尺轉(zhuǎn)化為DEM。結(jié)合DEM 與外方元素微分糾正各個(gè)像，進(jìn)而得到DOM。最后是檢查DOM 與DEM 的質(zhì)量。在正式進(jìn)行礦山動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)前要全面地檢驗(yàn)DOM 與DEM 的精度，保證結(jié)果的準(zhǔn)確性[5]。

在地質(zhì)測(cè)量階段，采礦單位要先利用公式Q=S×H 評(píng)估礦山儲(chǔ)量資源，其中Q、S、H 分別代表資源儲(chǔ)量、采坑面積和平均采深，根據(jù)實(shí)際情況確定儲(chǔ)量估算參數(shù)，采坑面積的評(píng)估通常是結(jié)合無人機(jī)拍攝的資源儲(chǔ)量圖，而平均采深則是按照各個(gè)測(cè)量點(diǎn)底板與頂板的差值計(jì)算。

總之，無論是為了礦山開采安全，還是為了保護(hù)礦山地質(zhì)環(huán)境，應(yīng)用測(cè)繪技術(shù)開展礦山動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)都是非常有必要的。目前常用的遙感技術(shù)、GPS RTK 技術(shù)和無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)在這方面各有各的優(yōu)勢(shì)，相關(guān)單位和工作人員要結(jié)合礦山的所在區(qū)域等具體情況選擇適合的測(cè)繪方法，也可以結(jié)合使用兩種或多種測(cè)繪技術(shù)，提升測(cè)繪的精度，科學(xué)處理獲取的數(shù)據(jù)，制定具有可行性的礦山開采方案，加強(qiáng)礦山管理，在保證環(huán)境效益的基礎(chǔ)上促進(jìn)采礦行業(yè)蓬勃發(fā)展。