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国际矿山测量的发展现状与展望

时间:2012-10-18浏览:责任编辑:四川拓图测绘仪器

第十届国际矿山测量学术大会于1997年11月2日至6日在澳大利亚西部的最大城市珀斯(perth)附近的海滨卫星城弗里曼特(Fremantle)举行。这次大会由澳大利亚工程与矿山测量员学会主办,由澳大利亚采矿与勘测公司联合会(AMEC)、西澳矿物与能源公司协会和昆士兰与北部地区航空公司(QANTAS)协办。与会代表共330多人,来自30多个国家。中国有9名代表与会,全部来自煤炭系统。

主要学术内容和发展动向

这次大会的主题是:采矿业的第三个黄金时代,采矿对社会和环境影响中矿山测量的作用。这一点从6个主题报告的题目可以体现:

  • 在矿山测量应用中卫星导航的进展;
  • 进入第3个黄金时代,采矿工业的关键问题;
  • 采矿与环境;
  • 矿山测量:卫生健康和安全的重要性;
  • 土著人的地产问题:第三个黄金时代所提出的任务;
  • 在21世纪地球村时代,矿山土地拥有者的地产问题,一种引起争论的土地利用意见。

1、先进的矿山测量仪器设备和技术方法

在这一领域讨论了GPS的最新发展,在矿山测量(主要是矿区地面测量和露天矿测量)中应用的经验和成果,GPS对开采沉陷变形和露天矿边坡稳定性的监测。GPS精密水准测量,GPS技术在更新网格式DTM(数字地形模型)中的应用及其精度评价。DGPS(差分GPS)、RTK技术的进展和应用。澳大利亚的Rod Maclead等设计、开发了PMoSTM(Position Monitoring System)系统,采用精密差分GPS技术进行连续变形监测,取得了综合精度为±(5 mm+1×10-6D)的成果,并且进一步体会到影响成果精度的主要误差来源是:载波相位的质量、卫星的几何分布状态、多路径和绕射的影响、两测站间的对流层差异、天线电相位中心的稳定性和数据环链的性能。矿山环境下GPS多路径影响问题,特别是在露天矿GPS测量时多路径影响是一个突出问题,介绍了采用数字滤波技术来提取或模型化多路径影响下的GPS观测值。采用改进的Kalman滤波进行GPS测量数据处理,GPS坐标数据转换等。

随着计算机技术、光电子技术和相关的数理模型的研究和发展,航空摄影测量、航空遥感和地面摄影测量在矿山的应用又得到进一步重视、发展和拓宽。现在已经进入到数字摄影测量时代,航空摄影测量或航空遥感、地面摄影测量的优越性主要表现在:能快速、详细地记录空间的全息影像,制作3D数字地图,提高在不安全地区测量的安全性,可编制不可到达地区的图件,自动生成DTM,直接数字处理、显示和输出,可对地貌、地质、采矿和土工等多元数据进行判译,并作集成处理,图像信息可用于多种目的或专业。新技术在矿山的主要应用目标包括:矿区地面测量,地表稳定性监测、边坡监测和制图,体积(如煤堆等)量测,环境和变形监测,提取3D地质和构造信息,制作DTM或DEM、DSM模型,为此开发了自动最小二乘平面拟合计算机数字处理程序。所需要的硬软件技术设备,除了获取图像或像片的航空摄影机或陆摄仪之外,目前最先进的必备设备包括两方面:计算机系统应具有高档PC586的水平,软件包括3D数据处理、显示和制图,自动图像匹配,DTM生成,正射影像编制等,光电影像扫描设备可实现影像数据的输入,目前最先进的有代表性的是线性阵列扫描仪和CCD阵列扫描仪。

卫星遥感技术在矿山应用的前景喜人,有几篇文章分别报道了采用陆地卫星Landsat TM数据进行铝矾土矿床的多频谱响应模式的研究,基于卫星遥感图像并利用数字立体绘图仪和DTM技术制作地质地貌图。在今后几年中,具有1 m空间分辨率的商业化资源卫星将升空,其成果的价格也将为多数用户所能接受,它在矿山测量领域的应用潜力值得关注和研究。

此外,德国全自动陀螺经纬仪GYROMAT 2000已经实用化,曾在英法海底隧道工程中得到应用,其标准差SA=2″。在一些矿井巷道和隧道测量中发现,水平折射对导线测量的影响值得重视。

由德国研制的ISSM(惯性井筒测量系统)已在井筒、管道变形监测中得到应用。据介绍其应用范围还可扩展到采煤工作面测量,井下或地面水平性测量。该系统的组成主要包括:惯性测量系统、超声测距计、数据记录器、导向装置、电源等。

空硐测量系统(CMS)用于矿井下的空硐测量。该系统主要由自动伺服驱动EDM(光电测距)扫描头、激光指示器、数据记录器以及数据转换和归算软件等部分组成。主要技术参数为:扫描范围小于250 m,距离精度±30 mm,角度精度±0.1°。

此外,全站仪三维矿山测量、三维工业测量、变形测量也有文章报道。总之,正如一些专家、学者所说,在过去10年中除计算机技术(包括GIS)之外,对矿山测量影响最大的先进技术应用是:GPS技术、全站仪、无反射镜的光电测距技术、数字摄影测量、机载GPS——可控制的摄影测量技术、激光扫描等。

2、采矿对社会和环境的影响

采矿对社会和环境的影响,环境和文化遗产的保护可持续发展方面的论题是这次大会的重点之一。由于世界各国的国情有所不同,因此论述的重点和提法略有不同。但强调矿产资源的合理充分开发,加强矿区环境保护和管理是共同的目标。学术论文的内容主要包括:矿山测量师在矿业环境监测、评价中的作用,航空摄影测量、遥感、GPS和空间信息系统(GIS)在矿区环境监测和分析评价中的应用,矿产资源的合理、充分开发,矿山废弃物和矿山酸性水或污水的利用,废弃露天矿坑和井下巷道的利用,矿山环境保护图件(形式、内容、图例符号)的编制和有关法规,矿区土地的利用,开采塌陷土地的复垦(recultivation),开采区古迹的保护措施,地下采煤和煤的气化引起地表沉陷的预防,矿区环境保护法规等。在参观一个铝矾土露天矿及其采矿场时感受特别深的几点是:完全机械化作业,现场作业人员很少,效率高;特别是采后土地复垦,根据开采前地表的DTM,设计采后的地表DTM,注意保持原生地表土的复原,以使植被能更快生长;加强卫生健康的管理,外部车辆在进入矿山时对其轮胎需清洁处理。
除了煤、铁和金属矿产之外,以砂石、土壤等建材原料的开采、利用,不仅要考虑当代人的需求,还要考虑未来的供应和需求,要研究二次利用及再循环材料,要从海岸和海洋来采挖、寻找新的建筑材料,寻求社会经济的持续发展。采矿业应该意识到,采矿对土地利用的压力将变得日益复杂,需要研究不破坏土地未来利用的新开采方法和选矿方法。

提高人们的环境意识,加强采矿引起的卫生健康和安全问题的研究。要从美学、历史、科学或社会价值的多个角度对文化遗产的重要意义予以定义,确定需保护的必要性、标准和等级。提出运用QAS质量保证系统和QMS质量管理系统来评价、管理采矿引起的生态环境问题。一些专家们提出,采矿工业的增长给人们带来了什么?呼吁政府和矿业公司的决策者们,必须确保采矿工业能最大可能地以良好的环境进入新世纪,使采矿业引起的环境效应能被社会所接受。

3、开采危害、安全和沉陷预测

这一领域仍然是矿山测量学科的研究重点之一,内容涉及岩层、地表移动、变形的监测,沉陷模拟和GIS的应用等。例如多煤层矿山沉陷的数值模拟,用人工神经网络进行地表沉陷预测,运用随机统计模型开发的地表移动过程和变形参数的计算与显示的软件包,作为采矿信息系统一部分的岩层应力及变形的数值模型化,采矿作业引起的地震活动的监测,采矿过程中充水层的监测技术,露天边坡稳定性sher参数的测量和地质统计描述,煤的地下气化引起的地表沉陷及其预防等。

4、矿体制图和资源保护

挪威矿产资源工程部的Erik Ludvigsen认为,矿山测量技术和矿山制图是矿山测量学科的核心。在矿山生产时期,在矿产资源的合理、充分开采中,矿山测量师有许多工作可做,可以发挥重要的作用。有关论文包括:矿床复杂性的矿体几何分析,矿体边界、不同矿体质量边界的制图等。

5、土著人居住区的土地利用和管理问题

在澳洲、北美和西欧比较普遍地存在着所谓“Native Title”问题,即土著人和原海岛居民的土地所有权问题。这一问题和土地权完全不同,土地权是政府根据法律授予的,而“Native Title”是当地土著人原本存在的土地权益问题,它来源于传统的法律和习惯,在澳洲和北美等国已存在几千年。该问题包括采矿引起的土地、水面的有关权益和补偿等内容,不仅仅是个法律问题,从历史、现状和未来发展的角度看,也是一个社会问题。由于该问题的复杂性,在这次国际会议中是主要论题之一。

6、信息交换及标准化

测量、地学和采矿等信息属于空间信息,矿山测量也离不开空间信息技术,如GPS、卫星遥感和空间信息系统的支撑。有的学者认为,矿山测量工作者要在采矿工业中完成上述各方面的任务,就必须充分运用信息技术,向网络化和标准化推进。在GIS科技中,要研究共同的文件结构,共同的符号结构、编码,共同的层次结构,以实现几何空间数据和地学数据的电子数据交换。

在由德国和保加利亚的学者共同开发的矿山信息系统中,采用了DMT(目标模型化技术)和SQL数据库系统。该系统基于面向对象的数据模型,即将矿山的整个情况、状态分解成对象,将ODBC(开放的数据库连通性)技术用于数据库的界面设计。该系统的主要功能包括:井下巷道路径寻找,矿图编制及3D可视化,计算机辅助设计,开采作业计划编制,储量管理,面积、体积计算,地表及岩层移动计算等。

7、矿山测量的任务、法规、人才培养和教育

一些学者认为,国际矿山测量协会(ISM)给出的矿山测量的定义反映了中欧一些国家的传统看法,以及矿山测量师在社会和矿山机构中的重要地位。但其知识核心或主体是什么?各国的理解和看法不尽相同。一种观点是,测量技术和矿山制图学是其核心。而当今,空间信息科学技术正变成这些基础知识和技术中特别重要的部分。下一代测量员将面临更剧烈的竞争,多方面的挑战。他们的工作任务将与矿山规划设计、环境保护和地学工作更密切相关。虽然测量仪器设备的发展,使其操作越来越简单,或许所需的人员会减少,但是仪器设备系统越先进、精密,基本测量知识将显得越重要。有关企事业机构中将始终需要具有文凭的、合格的、有能力的测量员(师)。

据介绍,奥地利的矿山测量法规主要包括如下几个大部分:总则,地面测量,井下测量,矿山图系列,地表移动及其整治,废弃矿山(采矿作业结束后)地表利用的安全保障等。

西澳大学矿业学院于1995年修订了矿山测量本科(学士学位)教育计划,其指导思想是:加强计算机技术应用,信息科学,包括空间信息技术;课程设置和教学内容向如下领域扩展:矿山规划、职业健康及安全、环境工程、岩石边坡工程、GIS和遥感,以使毕业生具有成为矿山管理者的全面素质,适应社会的竞争。

信息标题:国际矿山测量的发展现状与展望

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