1、我国矿山测量技术的发展及创新研究摘 要矿山测量技术的发展越来越重要，井下使用的水准仪、光学经纬仪等仪器，如在精度上、观测方法和数据记录等出现较大误差，会导致井下生产中发生失误。随着新式仪器电子经纬仪、全站仪、GPS等仪器的使用，新式仪器衍生新的技术，如GPS精确定位、惯通测量技术、RTK等技术的不断应用。测绘技术的发展又带动了矿山井下测量的不断前进，使井下巷道施工的准确性、精确性得到逐步完善。我国的矿山测量技术发展较晚，落后于国外的先进矿山测量技术，这主要表现在矿山测量仪器和矿山测量方法上。我国的矿山测量主要用的仪器水准仪和全战仪等，而在有些矿区用的还是一些最老式的仪器，严重影响了矿山的测量工
2、作的进度，我国的矿山测量必须跟上国外的步伐，发展新矿山测量仪器，使它们在矿山得以普及。除此之外，我国的矿山测量技术也滞后于国外的矿山测量技术。我国的矿山测量技术在发展仪器的同时也应抓紧矿山测量技术的发展，我国的矿山测量技术面临国外的很大的挑战，我们要抓住好的机遇发展我国的矿山测量技术。关键词： 矿山测量 矿山测量技术的发展 矿山测量技术创新矿山测量技术的研究AbstractMine surveying technology becomes more and more important, the underground level, optical theodolite and other e
3、quipment, such as precision, measurement method and data recording and other errors, will lead to underground production. Along with the new instrument electronic theodolites, total station, GPS instruments such as the use of new equipment, new technology - derivatives, such as GPS precise positioni
4、ng, inertial measurement technology, RTK technology has been applied to surveying and mapping technology to embed. Surveying and mapping technology development led to the mine underground measurement progress continuously, so that the underground tunnel construction accuracy, precision are improved.
5、China mine surveying technology development later, lag behind the foreign advanced mine measurement technology, which is mainly manifested in mine surveying instrument and measuring method of mine. China mine surveying major instruments used in the level and the total war system, and in some mining
6、area or some of the old equipment, serious effect on mine surveying work progress, our country must keep up with the pace of mine surveying in foreign countries, the development of new mine surveying instrument, which can be popularized in mining. In addition, Chinas mining technology is lag behind
7、the foreign mine surveying. China Mine Surveying Technology in the development of equipment at the same time also should seize the mine surveying technology development, our country s mine surveying technology facing foreign big challenge, we should seize the good opportunity of development our coun
8、try mine surveying technology.Key words: Mine Surveying Mine Surveying Technology Development Mine surveying innovation Mine Surveying Technology Research目 录绪 论 11 矿山测量技术的研究概况 21.1 矿山测量技术研究的背景、意义 21.2 矿山测量技术的国内外研究现状 31.3 矿山测量技术的研究内容 42 矿山测量概述 62.1 矿山测量简介 62.2 矿山测量仪器的简单介绍 73 矿山测量技术的现状及发展 103.1 矿山控制网技
9、术的现状及发展 103.2 矿区地形图测绘技术的现状及发展 143.3 矿井贯通测量技术和联系测量技术的现状及发展 183.3.1 矿井贯通测量技术的现状及发展 183.3.2 矿井联系测量技术的现状及发展 223.4 矿区变形监测技术的现状及发展 234 矿山测量技术的发展趋势和创新 264.1 我国矿山测量技术面临的问题 264.2 我国矿山测量技术的创新 275 结论与展望 30致 谢 32参考文献 33绪 论矿山包括煤矿、金属矿、非金属矿、建材矿和化学矿等等。矿山测量是矿山建设时期和生产时期的重要一环。由于矿山测量工作涉及地面和井下，不但要为矿山生产建设服务，也要为安全生产提供信息，以
10、供领导对安全生产做出决策。矿山测量的任何疏忽或粗率都会影响生产或有可能导致严重事故发生。因此，矿山测量在矿山开采中的责任与作用都是很大的。矿山测量是综合运用测绘、采矿和地质等多学科的理论、技术与方法,研究矿产资源勘查、规划设计、建设开发和生产经营过程,从地面到井下,从矿体(煤层) 到围岩, 从静态到动态的空间信息采集、处理、表达、利用,据此解决资源合理开发与资源环境保护问题的一门科学技术。我国是一个矿业大国,可持续发展及利用信息技术改造传统产业的要求给本学科的发展提出了机遇与挑战,使其研究领域及重要性不断得到扩展与增强。近一、二年我国矿山测量学科多个科研成果、论著与学者获得国家级大奖,矿山测量
11、技术的发展及创新研究在矿山的应用日渐广泛和深入,矿山测量技术愈来愈得到各方面的高度重视,在不少矿区正由理念变为行动,一些重要的国际及国内高层学术会议相继召开,矿山测量技术的交叉、渗透越来越显示出其潜能和应用前景。这些都表明,矿山测量这一交叉学科充满着生机与活力,学科地位日显重要。1 矿山测量技术的研究概况 1.1 矿山测量技术研究的背景、意义 我国处于21世纪发展的初级阶段,社会的发展必定需要强大的物质基础,尤其是对能源的需求,而我国又是一个煤炭大国,石油满足不了人们的物质需求,煤炭在人们的能源需求方面占了很大的比重，煤炭的生产离不了矿山测量的技术。矿山测量技术是煤矿生产中一项必不可少的技术工
12、作，测量工作及测量成果是为煤矿生产服务的，它的准确性直接影响煤矿的安全生产，所以提高其工作质量尤为重要。煤矿生产建设的工作基础是煤矿前期的测量工作，它始终贯穿于煤矿的生产、设计的所有过程，煤矿测量产生的任何普通的小事故都将有可能导致重大的安全事故的发生，甚至给人们的生命带来危害，因此，煤矿测量工作所担负的使命是很重要的。总之，矿山测量技术的研究就显的成为重要。煤炭的生产离不了矿山测量技术，因此，矿山测量技术的研究就显的更为重要。矿山测量技术的研究获得的准确的测量数据便给煤矿的安全生产工作带来了保障。地质部门提供地质条件的依据就是井下准确的高程点和导线点，地质部门获得了准确的数据，才能处理好贯通
13、巷道的安全生产工作，使得施工单位能合理、有效地处理施工中遇到的错综复杂的地质条件。其次，准确的测量基础资料的收集利用是保障煤矿安全生产的最重要保证。1.2 矿山测量技术的国内外研究现状矿山测量技术从发展初期到现在经历了很大的发展过程，在仪器和方法方面进行了很大的变革，主要用的仪器有水准仪、经纬仪、全站仪以及GPS RTK，下面介绍矿山测量所用的几个仪器：（1）水准仪主要是用矿区地形图中的水准测量，它出现于望远镜和水准器之后,按结构分为微倾水准仪、自动安平水准仪、激光水准仪和数字水准仪。20世纪初,在制造出内调焦距的望远镜和符合水准器的基础上生产出微倾水准仪,50年代研制出自动安平水准仪,60年
14、代研制出激光水准仪,90年代研制出数字水准仪,本世纪初电脑型水准仪也已经应用于实践。 （2）经纬仪,由早期的游标经纬仪、光学经纬仪、发展到现在的激光经纬仪和电子经纬仪并逐步向智能型经纬仪发展。电子经纬仪采用光栅增量式数字角度测量系统,使用微型计算机技术进行测量、计算、显示、存储等多项功能,可广泛应用于国家和城市的三角控制测量、铁路、公路、桥梁、水利、矿山等方面的工程测量,以及建筑、大型设备安装和地籍、地形等多种工程测量。（3）全站仪，矿区的地形图测绘、控制网的布设以及井下的联系测量和贯通测量都离不开全站仪。全站仪的发展经历了从组合式到整体式的发展过程,随着计算机技术的不断发展与应用,全站仪拥有
15、了全新的发展方向-电脑型全站仪。（4）GPS RTK用于矿区控制网的布设，比以前的全站仪布网更为方便、简单。GPS RTK从诞生之初到现在已广泛渗入工程测量、地籍测量、高程控制测量等领域。RTK采用载波相位动态实时差分方法,是GPS应用的重大里程碑。上面列举了矿山测量最常用的几种仪器，每种仪器的出现都使得矿山测量的方法更为多样，仪器的发展也将改进矿山测量的方法，下面是常用的矿山测量的方法：（1）露天矿测量的方法：以前使用方法普遍是用水准仪和经纬仪，现在发展到了效率高、工作量大、精度高的摄影测量方法和声波定位法。（2）矿井定向测量方法：传统的方法采用的是经纬仪定向，并且用钢尺量距，全站仪的发展使
16、得定向、测距一气呵成。（3）矿井高程测量方法：主要的方法是长钢尺法和长钢丝法，技术的发展使得测深仪得到了很好就用。（4）井巷掘进测量方法：近年来竖井及巷道的掘进速度不断提高，这要求测量人员能够及时给出掘进方向以指导施工，超声波测量法、偏光法、竖向水准测量法和摄影方法给井巷掘进测量提高了进度。矿山测量仪器和矿山测量方法是相辅相成的，仪器的发展推动了矿山测量技术的发展，矿山测量技术的改革反过来又推动了仪器的发展。1.3 矿山测量技术的研究内容矿山测量是煤矿生产和一项重要工作，矿山测量技术的发展及创新研究主要涉及3个方面：（1）矿山测量简介。矿山测量是矿井生产中的一项重要环节，矿山测量技术包括矿山测
17、量所用的仪器和矿山测量的方法。（2）矿山测量技术的发展及创新。为了提高矿产的生产效率，保护矿山工作人员的生命安全，使矿山能够为我国基础能源做贡献，矿山测量技术必须发展及创新。（3）矿山测量技术面临的一些挑战与机遇。由于国外的矿山测量技术研究较早于我国，因此我国的矿山测量技术和国外的矿山测量技术有一定的差距，但是我国的矿山测量技术有我们得天独厚的先天条件要优于国外，我们必须抓紧机会缩小与国外矿山测量技术的差距。2 矿山测量概述2.1 矿山测量简介矿山测量学是综合运用测量、地质及采矿等多种学科的知识，来研究和处理矿山地质勘探、建设和采矿过程中由矿体到围岩、从井下到地面在静态和动态下的各种空间几何问
18、题。 矿山测量是开发矿业过程中不可缺少的一项重要的基础技术工作。在勘探、设计、建设、生产各个阶段直到矿井报废为止，都要进行矿山测量工作。在矿床勘探阶段，要建立勘探区域的地面控制网，测绘1：5000比例尺的地形图，标定设计好的勘探工程，例如钻孔、探槽及探井、深巷等，并将它们测绘到平面图上。还要与地质人员共同测绘、编制图纸资料和进行储量计算。 在矿山设计阶段，需要测绘比例尺为1：1000、l：2000的地形图供工业广场、建(构)筑物、线路等设计用。还应进行土方量计算等工作。 在矿山建设阶段，主要是进行一系列施工测量。例如标设井筒或露天矿开挖沟道位置，工业与民用建(构)筑物放样，凿井开巷测量，设备安
19、装测量及线路测量等。 在矿山生产阶段，需要进行巷道标定与测绘，储量管理，开采监督，岩层与地表移动观测与研究，露天矿边坡稳定性的观测与研究，参加采矿计划编制和环境保护与土地复垦的工作。 当矿山报废时，还须将全套矿山测量图纸、测量手簿及计算资料转交给有关单位长期保存。综上所述，尽管煤矿和金属矿，地下开采与露天开采的具体工作任务各有特点，但按其工作性质，可将矿山测量任务归纳为以下几项： (1)建立矿区地面和井下(露天矿)测量控制系统；(2)测绘大比例尺地形图； (3)矿山基本建设中的施工测量，井下的联系测量和贯通测量要利用到全站仪和陀螺仪；2.2 矿山测量仪器的简单介绍 上面的2.1介绍了矿山测量的
20、主要任务，这些任务的的完成需要矿山测量仪器做支撑，而矿山测量所用的仪器是多种多样的，但矿山测量的主要仪器有经纬仪、光电测距仪、全站仪、陀螺仪和GPS RTK等。（1）经纬仪经纬仪这是目前矿山测量的主体仪器。在矿井条件下需要安置方便、操作简单、封闭严密和精度适当的矿用型经纬仪,随着井田深部的开发和大型现代化矿井的建设, 井下控制测量需要更多更高精度便于井下使用的经纬仪。另一方面也可以配备适当附件, 以解决井下测量中的一些问题, 主要是：1.各种峒室、大倾角巷道、立井延深测量及天井定向的目镜棱镜和物镜棱镜；2.顶点光学对中器；3.适应大风速巷道中进行大规模高精度三架法导线测量附件；4.仪器照明及快
21、速接尺等附件。经纬仪在构造上的进展, 主要是采用竖直度盘指标自动归零装置, 取消指标水准器, 可简化操作、提高工效。其方法有用透镜、棱镜补偿器, 如上海第三光学仪器厂的DJK-6型经纬仪。（2）光电测距仪光电测距仪是一种高精度的电磁波测距仪, 它利用仪器发出的连续的调制光在被测距离上往返所产生的相位差来计算距离, 测距范围由几米到几十公里, 测距精度达1/3107-1/5107甚至更高。光电测距仪的光源由卤钨白炽灯、高压汞灯和氮灯发展为气体激光和半导体二极管, 使光源的亮度和方向性均得到增强。以氦氖激光器为光源制成的测距仪, 主要用于大、中测程的高精度观测,一般具有如下特点:1.实现了仪器的电
22、子线路半导体化和集成电路化,由于采用了镍锡电池, 耗电量及仪器的体积和重量均大大减小；2.读数已发展到能自动以数字直接显示距离, 且在几秒钟之内能自动给出几百次到一千次测量的平均值, 部分仪器已能自动穿孔记录于纸带上；3.仪器能与经纬仪联合使用, 根据需要可分别测角测距。（3）全站仪智能型全站仪是集结着光、电、磁、机的最新科学成就, 测距、测角合为一体。先进的全站仪均采用存储卡、内部存储器或电子手簿的方式记录数据,具有双路传输的通讯功能, 能接收外部计算机的指令, 采用了超小型的望远镜, 尺寸仅为165 6280, 适合于大倾角测量。体积小、重量轻；可利用反射片进行测量, 适合于变形观测及其它
23、特殊测量；具有双轴倾斜补偿装置, 便于操作人员快速整平仪器, 对微小的倾斜能自动计算改正数并加于观测角值上, 保证和改善了测角精度;双数据存储装置, 具有大容量的内存储器和外部存储卡, 存储容量达2128kb, 测量数据可存储于内存储器或存储卡上, 且能在二者之间进行交流;具有功能强大的应用软件和内藏的操作系统。（4）陀螺仪陀螺经纬仪的出现迅速改变了传统的几何定向方法, 并在加测陀螺边的导线测量中得到广泛应用,大大提高了导线测量的精度。操作过程极为简便, 只需将AGPA 安置于脚架上, 由马达驱动仪器旋转, 自动完成测量过程, 10 分钟内便可以6的精度测定出真北方向。此外有的陀螺仪可与全站仪
24、组合成陀螺全站仪, 与电子经纬仪组合成电子陀螺经纬仪, 内藏秒表、中央处理器、存储器, 加上全站仪和电子经纬仪的特别应用软件, 代替了通常的手算、记录和计算等过程, 在20 分钟内能以20 的精度测定真北方向, 自动陀螺仪是目前国际上最先进的陀螺仪。（5）GPS RTKGPS技术主要有静态定位技术、实时动态定位技术、网络实时动态定位技术、广域差分技术、全球动态定位技术等。GPSRTK技术应用于矿山测量工作中，主要用于矿区控制点加密，地形测量，钻孔、剖面点、探槽、探井、坑口、取样钻孔、地质点、近井点、坑口位置点的坐标放样与求测，工程作业调度，地质填图等。总之，矿山测量仪器对于矿山测量技术的现状及
25、发展有着不可替代的作用。3 矿山测量技术的现状及发展近年来, 采矿生产的机械化和设备规模的增大给矿山测量技术提出了更高的要求。为了不妨碍采矿生产和节省专业人员的时间, 必须通过测量作业的合理化和仪器的技术革新, 将矿山测量技术水平提高并使之现代化。为了更充分、有效、安全地开发矿业资源, 对矿山测量人员来讲最重要的是在做相同精度的测量工作时, 使用能减少作业时间、工作强度及节省经费的测量仪器。在过去的几年间测量仪器和电子计算机技术的迅速发展已经使得有必要了解这些发展在矿山环境中的应用。一个矿山从勘探到闭矿的整个期间, 矿山测量技术包括矿山控制网的布设、矿山地形图的测绘、矿井贯通测量技术及矿联系测
26、量技术和矿山变形监测，下面就是这几种矿山测量方法的介绍。3.1 矿山控制网技术的现状及发展矿山控制网的布设是矿业开发过程中一项重要的基础性技术工作，矿山平面控制网技术的发展直接影响后期的地形图测绘、贯通测量和矿区的变形监测，在矿山测量技术的发展中占着举足轻重的重要。我国自解放以来提出建立矿山控制测量数据库和管理系统，对控制测量成果进行有效的整合与管理，展现控制测量的历史改革及发展变化，实现对各类控制点的综合管理、查询、统计与分析。 矿山控制测量是矿山生活设施建设的基础，维持测绘基准是基础测绘的重要内容之一，提供现实的、满足现代技术发展需要的测绘基准服务是基准建设的主要目标。矿山控制测量是随着煤
27、矿的发展需要而发展起来的，发展的历史是从无到有，从小到大，从低级到高级逐步建立和健全的，矿山控制测量技术的发展是伴随着矿山三角测量和矿山水准测量技术发展的。（1）矿山三角测量的发展 用三角测量的方法建立平面控制网，是矿山控制测量初期的生产中应用最广泛的一种方法。我国矿山三角测量大致经历了几个阶段。 解放初期，由于技术力量、仪器设备及可能的投资有限，无力完成较大范围完整的三角网，建立三角网用经纬仪观测六测回，投影方式采用兰勃切圆锥投影。 初次改建，虽然自建网以后，随着需要向外有所扩展，但是在扩展过程中发现了一些问题，开始着手进行控制网的改建工作。 改建的原因主要有：一是主干网的测回数过少，精度低
28、；二是由于解放初期国内矿山缺少长度检定设备；三是规划用图的范围和品种不断地提出了新的要求，这样原来的网锁已显得不适应日益发展的要求。 改建的要点主要有：一是废除了部分基线和方位角，转而施测并启用新的基线和方位角，将起始边移在网的外围，便于向外扩展；二是投影方法仍用兰勃切圆锥投影，但地球原子改为克拉索夫斯基原子，三是为了使扩大后的地区坐标不出现负值，增加了X、Y轴的附加值。 第二次改建，随着时间的推移主干网大部分觇标腐朽，标石也有损坏，失去控制意义，因此决定再次改建控制网。改建的要点：(1)将三角点设为起算点，其值用国家1954年北京坐标系的高斯坐标值反算经纬度。(2)投影由兰勃切圆锥投影改为高
29、斯任意带投影，地球原子采用克拉索夫斯基原子。(3)直接采用了该网的平差值，然后反投影到球面变成球面方向值，求出球面边长后，依公式计算各点的大地坐标。 第三次调整，以改建的中心网为首级控制，保持中心网点改选联测有关的地震网点，用经纬仪测测回。 （2）水准测量的发展历史和现状：矿山水准测量是矿山的基础，是提供研究矿山形变的可靠资料，是中长期地震预报的主要手段之一，经历了由小到大，由低级到高级的发展过程。 建立三角网的同时，也建立了水准网，以满足矿山地形测量的需要。第一次调整，水准网逐步扩大进行了加密，并检测了以前的水准网。但由于旧网点不能满足矿山的长期使用，补充布设了新网。第二次调整，对水准网进行
30、了第二次调整，把之前先后平差的水准点一并作一次整体平差，并且在计算各结点问高差时，加入了正高改正。第三次调整，进行了地形测量，按国家一等水准细则施测，同时施测其余的二等水准路线。此外，为了研究不同的平差方法对结果的影响，对一、二等做了联合平差。 后来无论在点的密度上、精度上以及控制面积上，都不如地形变水准网，因此，决定采用上一次的一、二等联合平差的结果为基础进行整理。整理的过程中，对一部分没有包括在地形变水准网内的二、三等点，依附合加密的方法计算。全网调整，水准测量进行了大量的工作，虽然进行过几次调整，但仍然赶不上客观情况的迅速变化，因此，对高程控制网进行了一次全面的整顿。施测了水准网，将水准
31、网分一、二、三级控制，首级采用一等水准精度，在一等环内分块加密二、三等水准网。另外，由于过去水准点的编号命名比较紊乱，因此，在此次整顿过程中改革了点号，并编制了新旧点名对照表，把新旧点名的关系紧密地联系起来了。 以后的复测和调整，对高程控制网实施了周期性的定期复测并进行了补埋和复测。 同时随着计算机技术的不断发展，测量和平差手段已逐步实现外业记录电子化和内业平差自动化。 导线测量的发展历程，为了满足矿山地图测绘、矿山建设等控制的需要，开始导线控制测量。随着城市控制网建设发展，导线控制范围由点到面，不断扩大，测绘仪器性能提高和计算机软件技术的开发应用，导线观测及内业计算的水平不断提高，目前已形成
32、外业电子记录、内业计算机平差计算的模式。 20世纪50年代，导线外业观测采用经纬仪和30米钢卷尺，导线控制主要分布在城区，导线布设单一，没有形成导线网，精度不高。 随着三角网的改建和加强，控制范围扩大对一、二级导线边角资料进行了检核计算；采用人工计算的方法，对简单结点网进行了平差。 70年代，我国矿山整理维护原一、二级导线，对资料中精度较低的部分，进行了整测，提高部分旧导线的精度。此时，激光测距仪量测距技术的应用，改变了钢尺量距的历史，通过开发导线平差计算软件，实现了计算机平差计算，提高了内业计算的效率。导线进行补埋观测，随着激光测距仪技术的发展，距离量测精度不断提高，导线平差软件得到推广应用，能够对校大的导线网进行整体平差计算，成果资料已比较规范。90年代，随着全站仪在导线测量中的应用，已经实现了外业观测的数字化；实现了外业观测计算机记录；同时导线平差软件的不断完善，提高了内业计算的效率。在当下阶段，G
