浅谈测绘技术在大马芦采空区的监测与应用

浅谈测绘技术在大马芦采空区的监测与应用

马文红

云南锡业股份有限公司大屯锡矿  云南个旧  661000

摘要：本文通过论述大马芦采空区现状，分析当前测绘技术对采空区的监测，提出测绘技术监测采空区的新思路。

关键词：采空区、监测、三维激光扫描仪、Dimine软件

                           引言

近些年来，得益于我国科学技术不断进步，工程测绘中所采用的技术先进性也得到了很大程度地提高。在这种背景下，不但促使我国工程测绘工作高效开展，并且对于测绘结果准确性地提升也大有裨益。与此同时，随着计算机、网络，卫星通信等技术进步，这对于推动进一步推动工程测绘技术地发展发挥了积极的作用。

1、大马芦采空区现状分析

1.1、总体情况

大马芦氧化矿生产基地，经过多年的开采，使用采矿方法主要为全面法、浅孔留矿法、有底部结构分段空场法等；在回采全面法预留矿柱和松散缓倾斜薄矿体时，多采用有底部结构分段空场法进行回采；同时部分矿体高程方向延伸性较好，自上而下进行回采，形成了采空区的互通互联，受采矿方法的影响，采空区没有得到及时处理。目前，按采空区相互连通情况统计，大马芦共计10个生产中段现有采空区107个，现有空区总体积为10 448 280m³（约1045万m³）、面积515 670m²（约51.6万m²）。

1.2、采空区高度情况

采空区高度与矿体形态、开采方法、围岩稳固性、构造、地下水有关。大马芦氧化矿基地所属四个矿段分别为：大箐东矿段、马吃水矿段、芦塘坝矿段、黑蚂石矿段。目前四个矿段中，芦塘坝矿段形成采空区高度最高为179米。大马芦氧化矿基地是大屯锡矿的主要氧化矿生产基地，多年来生产区域形成大尺度采空区很多，严重威胁着对资源的合理开发及安全开采。如果不及时进行研究与治理，很容易造成大采空区的动力破坏，进而演变成重大灾害，这是开采中面临的一个迫在眉睫的问题。

1.3、采空区分布情况

现有采空区分布，与矿体的产出形态密切相关，“大马芦”矿段包括新区，都属层间氧化矿。平面上基本与回采矿体的分布一致，剖面上大多数缓倾斜矿体成叠瓦状只是开采后多个矿体上下连通形成一个“较大楼中楼”空区群，陡倾斜矿体成孤峰展布。以芦塘坝矿段分布空区最多，面积、体积最大。

2、测绘技术在大马芦采空区监测的必用性 

伴随着科技的进步，现代测绘技术无论在理论水平、精准程度、还是在应用范围方面都取得到了极大发展，为人类的自然开发、社会规划、经济建设等方面贡献了不可或缺的力量。

大马芦采空区分布范围广、总量大、空间分布规律性差、空间形态变化大、变化情况难以预测，致使矿山开采条件恶化，既严重威胁矿山安全生产，又极大的破坏和浪费了地下宝贵的矿产资源；一是因采空区而诱发的冒顶、片帮、地表塌陷、山体崩落、泥石流等自然灾害处于不可控状态；二是大马芦独特的大矿床、小矿体，采空区周边尚有大量残、盲矿体难以回采；为此，加强采空区的监督管理，加大采空区隐患的排查治理力度，有效遏制因采空区造成的重大安全生产事故。

3 、测绘技术监测采空区的分为两大类：回采期和回采后

3.1 、全面法及留矿房采空区的监测（回采期）

通过使用全站仪自由设站或森林罗盘仪对回采区的轮廓特征进行测量（坐标和高程） ，对实测数据进行处理，按一定的比例绘制成AutoCad 平面图，再加以做出剖面来进行对采空区的监测.根据平面和剖面的数据对应，我们可知采空区（坐标、距离、高程）与周围生产区域安全保障。

3.2、 崩落法空区的监测（回采期）

三维激光扫描仪(CMS）监测，通过高速激光扫描测量的方法，大面积高分辨率地快速获取采空区的三维坐标数据。可以快速，大量的采集空间点位的信息，以真实全面的反映空区形态变化。

    三维激光扫描仪测量采空区数据 ( 一是测空区体积 ，二是测空区具体位置，三是测空区表面积 ) ，可以真实全面地反映空区内部形态 。将空区三维点云空间数据经过后期处理 ，生成空区模型为采矿设计 、空区充填、工程优化等提供科学指导。

3.3、对采空区动态监测（回采后）

采空区围岩破坏过程的监测、井下位移监测（巷道帮设置玻璃条，人员定期进行观测，通过玻璃条的完好与否，判断采空区是否产生变形，位移）、巷道收敛监测（通过对巷道设置标志点，进行仪器观测，收集数据来判断采空区是否产生变形、位移）、地表变形监测（获取标志点的坐标和高程）。

3.4、 全面法和崩落法空区的监测（回采期和回采后综合）

通过测绘仪器对空区实测，建立数据库，提取数据库内控制测量数据，建立起空区边沿界线，利用Dimine三维软件进行空区建模，将不同高程界线连接形成实体模型，即空区三维可视化模型。崩落空区模型，是根据采矿理论爆破设计或者地质剖面，分析出空区范围边界、高度生成可视化模型。

4、测绘技术在采空区监测中存在的优点和缺点

4.1优点：

4.1.1、三维激光扫描测量技术是最近迅速发展起来的一项新技术,已成为空间数据获取的一种重要技术手段。三维激光扫描测量技术具有快速性、不接触性、实时性、动态性、主动性、全数字性、高精度、高密度、高效率等许多传统的常规测量技术所不具有的优点。

4.2.1、Dimine软件是用于对采空区的实测数据处理或者根据地质、采矿（剖面线和爆破设计）而绘制成三维可视化模型，进行提取体积来监测空区状态。

   4.2缺点：

4.2.1、单纯的使用全站仪和森林罗盘仪对空区的轮廓特征进行测量而绘制成一定的AutoCad平面图，再在“空区平面图”的基础上绘制成“空区剖面图”。以反映空区形态或计算空区体积 。这种办法因测取的数据量少观测时难免存在 看不到的 “盲区 ”，测取到的数据难以全面反映采空区的空间形态。

4.2.1、当开采完成形成采空区后，在上覆压力和地应力等因素的作用下，采空区矿柱变形、破坏、顶板大面积冒落，人员无法进入采空区进行测量。

4.2.2、通过仪器监测，分析采空区数据，只能大概的对采空区进行标定陷落带，移动带，安全地带，而无法从本质上消除采空区造成的冒顶、地表塌陷等影响，随着开采中段的进一步下降，采空区影响范围呈扩大趋势，压缩了地质找矿空间，同时不利于矿产资源回收。

4.2.3目前使用的采空区监测手段与绿色矿山建设要求仍有差距。

5、采空区治理方法

根据目前对大马芦采空区监测没有统一的标准。由此对大马芦采空区治理主要的方法是封闭法（防护栅栏封闭、砖墙砌璇封闭、废石封堵、钢筋混凝土密闭）、充填法、崩落法。

6、改进思路

目前对大马芦采空区监测方式科学性、先进性不够，人为因素较多。引入钻孔（轴向）应力监测、微震（声发射）监测、巷道收敛监测、岩体应力监测井下位移监测和三维手持扫描仪等先进监测手段进行试验，探索出适合大马芦采空区的监测手段。

5、结论

5.1 、通过分析大马芦采空区现状，测绘技术对采空区监测手段，得出如下结论：矿山开采中的核心问题是安全问题，而要保障矿山开采过程的安全，就必须借助于现代化测绘技术，对矿山开采流程中的各个环节进行测绘与监控管理，从而能够实现对矿山开采的动态监测测绘与动态管理。

5.2、引入先进的技术监测手段，能够及时监控采空区变化信息，为安全生产提供保障。

参考文献

[1]王啓明等，我国金属非金属矿山采空区现状与治理对策分析，矿业研究与开发2009，29（4）

[2]徐必根、王春来等，特大采空区处理及监测方案设计研究，中国安全科学学报2007,17(12)

[3]梁振兴.矿山开采监测中的测绘技术与方法研究[J].科技风,2012(22):124.

[4]Dimine、矿业工程软件、帮助文档

1