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开滦百年矿山测量发展
更新时间:2022-10-28 点击数:465

开滦始建于1878 年,距今已有140 多年历史。从开滦旧生产矿井保留下来的一些老式测量仪器和矿图来看,开矿以来就有测绘工作,只是没有详细历史记载。

1937 年开滦矿务总局土木工程部在唐山成立了测量处,开始制订矿区测量规划;1952 年政府代管开滦后,进行了英制地形图改为公制地形图的改造工作;1958 年根据《生产矿井测量规程》的要求,结合开滦煤矿的实际,开始进行改系工作;1963 年底,在完成改系的基础上,组织了矿区井上下测量控制网的布设和完善工作;1976 年唐山大地震后,开滦矿区整个井上下测量控制网遭到了严重破坏,陕西测绘局于1977 年底帮助开滦煤矿重建矿区三角网和水准网;震后的四十多年中,开滦积极引进新技术、新设备,加快了矿山测量工作的发展,如地测地理信息系统、航测、三维激光扫描系统、“3S” 等技术在开滦也得到了广泛的应用。

控制测量

开滦从建矿开始就有测绘工作。各矿均有测绘人员。这个时期,有些图纸资料不系统、不完整、精度也差,各矿测量独立作业,互不联系,各具系统。20 世纪30 年代中期以前,以唐山矿大烟囱为假定座标系。1935 年为办理开滦采矿执照,由新成立的土木工程处测绘了各矿边界线,绘制了矿区三角网测量总图。

1937 年矿区办公大楼建成后,以五层楼顶瞭望台为座标基点和大沽口高程系进行测量。从此制订矿区测量规划,依据规划实施测量,开始有了较系统较完整的统一测绘资料。1938 年12 月至1940 年4 月,在矿区450km2 面积上施测三角网,共设立81 个测点、100 个基点;绘制了较系统的矿区地形图,矿区范围内实现了统一控制;确定了井上下相互位置,防止采掘工程上发生互相穿透的现象。

1952 年国家代管开滦后,对测绘工作进行了改革。即变英制旧矿图为公制图(绘图比例尺由 1/2400 改为 1/2000 ),绘制新矿图,逐步将测绘基础与资料纳入国家标准系列;按照测绘标准规程建立健全管理制度;不断改进测绘技术和测绘仪器,并开展了地表及岩层移动观测研究,以适应煤矿生产建设的需要。

1956 年,按照国务院关于长期保护测量标志的命令,对唐山市区和滦县、丰润县境内的测量标志全面进行了调查,对毁坏的标志进行了补设,并与各标志所在乡街政府办理了委托保管手续。

在施测地面矿区地形图的同时,开滦矿区于1938 年采用竖井钢丝定向和短钢尺导入标高的方法进行矿井联系测量,建立了井下基本控制测量系统。1954 年 8 月至 1955 年底,各矿井下控制基础的导线、水准网基本设置齐全。

1958 年为了进行测量改系工作。对1940 年测量网精度进行了分析。是年,根据煤炭部关于生产矿井测量规程的要求,结合开滦煤矿所处的自然地理条件,制订了开滦矿区平面控制设计书,提出改造旧测绘基础,将全部测绘基础和资料向国家统一座标与高程系过渡,到1961 年重建了矿区地面控制网。在测量控制系统改革的基础上,各矿都由新系地面控制点联测到井下控制网,补测或新建了井下5″或7″导线及 I 级水准网,建立了新系计算成果台帐。1958 年后,大沽高程基准改为国家1956 年黄海高程基准。

1963 年至1975 年,先后完成了车轴山、钱家营、荆各庄Ⅲ、Ⅳ等三角网,全矿区又新建Ⅲ等点7 个,Ⅳ等点 67 个。各矿加密了Ⅳ等网,线路总长为306.6 km。在Ⅲ、Ⅳ等三角网的基础上,各矿还加密了5″小三角网和 5″导线网,作为测绘1:2000 地形图的基本控制,线路总长126.1 km。

1976 年唐山大地震,矿区控制网遭到严重破坏。国家测绘局委托陕西测绘局于1977 年帮助重建开滦矿区三角网和水准网。即确立了中央子午线经度为 118° 30′的1.5°带高斯克吕格投影平面直角座标系统,称开滦新座标系。重新测绘矿区1 :2000 地形图,到1985 年共实测520 km2,并在矿区三角网的基础上布设5″小三角网13 个共计123 点,5″导线网8 条,测1384 站,路线长390.5 km。

同时,随着矿井排水、巷道清理工作的进行,各矿也开始进行井下导线测量和水准测量,即把新的测量控制系统传递到井下,作为震后恢复矿井生产建设的测量基础。各矿由1978 年起最迟到1979 年全部使用震后新成果。根据各矿震前震后测量资料分析对比,井下测量点位的移动量与该地面测量点的移动量大致相同。到1985 年先后共设井下5″或7″导线2614 站,路线长 152.3 km。

1986 年—1990 年,赵各庄矿东部、东欢坨矿等完成了四等以上测边网和精密导线测量工作;各矿组织完成了Ⅲ、Ⅳ等水准测量和5″导线测量工作。1998 年—1999 年GPS 接GPS 控全网共设102 个控制测量点。2002 年,按照河北省测绘局、唐山市国土资源局对测量标志调查统一部署,组织集团公司十个矿业公司地测科对开滦矿区113 个GPS 测量标志进行普查登记,确定测量标志维护人员。2002—2008 年,开滦集团公司十个生产矿井共完成井上控制导线测量550403m ;井上水准测量2329243m。

随着开滦矿区(唐山区域)各矿井生产区域的不断扩大和井下生产水平的不断延伸,地表损害日趋严重,特别是对于矿山测量工作来说,由于地表的移动变形,矿区原有的三、四等三角网(点)遭到破坏,三角点丢失严重,其密度和精度已很难保证矿区的生产规划和经济发展的需要。因此,2011 年开滦集团公司与北京南方测绘仪器公司合作,构建了主要由两个全球卫星定位参考站和12 个Ⅳ等GPS 点组成开滦矿区(唐山区域)地面测量控制网。

开滦地面测量控制网的构建,为今后开滦矿区(唐山区域)地面控制测量、地形测量、地表沉降观测、地质勘探、突发事件抢险救灾等工作提供网络服务和技术支持,对矿井安全生产、经济建设和长远发展具有极其重要的意义。

地形测量

1977 年由国家测绘局委托陕西测绘局为开滦航测1 :5000 地形图252 幅,面积1575 km2。

1986 年—1990 年,各矿组织完成了1 :2000 、1 : 1000 、1 :500 的矿区地形图测量工作。

1991 年,为保证东欢坨矿(在建矿井)首采区及时投产,缩短矿井达产时间,解决生产规划和地面搬迁补偿等问题,组织施测了东欢坨矿1 :2000 地形图32km2。

1992 年,开滦矿务局委托西安煤田航测遥感局对矿区地形图进行航测工作。总工程量为:1 :2000 成图1192 km2,1 :5000 成图1208 km2。同时,编绘1 :10000地形图98 幅,1 :25000 地形图30 幅,1 :50000 地形图12 幅。此项工程完成后,不但矿区地形图得到更新,而且还使全局测绘基础图实现了标准化、系列化、档案化。

2004 年,开滦(集团)有限责任公司委托西安煤航现代测绘工程公司对矿区地形图进行航测,航测面积1226.51 km2,即1:2000 地形图1232 幅,1 :5000 地形图333 幅,其中纸图两套,聚脂薄膜图一套,共计4695 幅。

“三下”开采与地表监测国家代管开滦煤矿以前,一直沿用德国陶德曼公式确定采煤沉陷波及范围和保安煤柱的边界,但这个公式不能满足各种地质条件下开采煤炭所造成的岩层移动情况的需要。1955 年煤炭部颁发“地面建筑物及主要井巷保护暂行规程”。由此,开滦在确定保安煤柱和采煤波及线的计算中,采用了Ⅱ类Ⅱ型公式。但是,煤炭部规程中规定的数值系依据苏联煤矿的经验而制定的。为切合开滦矿区地质特点,确定矿区地表、岩层移动规律,1954 年首先在林西矿附近黑鸦子、任家套村建立了地面观测站,自 1955 年至1957 年五个煤矿(包括马家沟矿)都设立了观测站,共12 处。

到 1962 年矿区共建立观测站 26 处,先后在北京矿业学院、唐山煤炭科研于等单位协助下,取得一些成果。1976 年唐山大地震后,在恢复矿区井上下测量控制网的同时,相应地对地表、岩层移动观测站进行了恢复建立。通过观测研究,将所得的数据加以运用,指导生产建设,收到一定效益。唐山矿通过对岳各庄观测站测量资料的分析,移动角由原67°改为 74°,据此,对原留设的铁路保护煤柱进行了修改,仅1985 年就增加可采储量14.5 万吨,为国家增加利润 400-500 万元。

1991 年,完成唐山矿 5288 开采与东礼尚庄波及地表变形预计;完成林西矿、吕家坨矿、范各庄矿高压输电线通过塌陷区的沉降预计工作,为线路安全使用提供了科学数据。1993 年,对唐山矿、吕家坨矿、唐家庄矿、荆各庄矿井田范围内出现的地表塌陷坑进行实测。实测比例尺 1:2000, 编绘1:5000 塌陷坑地形图。1994 年,半壁店钢铁公司与开滦马家沟矿开采出现矛盾。根据该矿的开采规划,预计了半壁店钢铁公司区域 1994 年—2000 年地表变形数据,为解决这一矛盾提供了可靠的数据和大量的图纸资料。1995 年,为开采京山铁路煤柱,赵各庄矿、林西矿、嘉盛公司、吕家坨矿、局地测处准备了图纸资料,根据开采规划计算了地表变形值,为指导铁路煤柱开采打下了基础。

2004 年—2005 年,为掌握“条带开采”条件下地表与岩层移动规律,林西、唐山、钱家营、林南仓、荆各庄、东欢坨等矿业分公司开展条带和建下开采工作,并建立相应的地表观测站,定期进行观测和资料分析工作。2006 年,唐山矿业公司铁三区条带首采工作面T3251 开始回采,为掌握条带开采与地表建(构)筑物损害关系和确定地表与岩层移动规律,在地表建立铁三区5 煤层条带开采地表观测站。2007 年,钱家营矿业公司建立十采区地表观测站,以确定井下开采与地表建(构)筑物损害的关系;唐山矿业公司通过对T1452、T1453 的地表观测站的观测和资料综合分析,提出生产设计改进方案,减少了地表搬迁和铁路维修费用;吕家坨矿业公司建立三角线和彭塔坨地表观测站,监测陡吕铁路沿线地表变化及宏运煤矿采动损害情况。

2008 年—2009 年,唐山矿通过建立铁三、铁四区地表观测站,对5、8、9 煤层条带开采后地表沉陷及建筑物损害进行研究。荆各庄矿为确保工广煤柱首采工作面0091 安全开采,布设了地表观测站。范各庄矿业公司为延长矿井服务年限,提高资源利用率,通过采取地面注浆减沉技术,进行沙河铁路桥下开采,保证了铁路桥正常使用和井下安全开采,共计采出煤量 318225 千吨。

2013 年,组织建立和完善了充填开采区域的地表观测站,以便掌握基于充填开采条件下的地表与岩层沉陷规律及岩移参数,确保矿井安全生产。同年,与中国矿业大学(北京校区)合作,首次引进三维激光扫描测绘技术,在林南仓矿进行矿区沉陷区域地表移动变形监测工作,取得了较好效果。

测绘技术

随着煤矿测绘事业的发展,测绘技术及所用仪器设备也在不断提高和完善。国家代管开滦初期,各矿测绘工作仍使用以前的英制游标经纬仪、罗盘仪、日产活镜式水准仪等仪器。

进入60 年代至70 年代期间,在采用精度高的经纬仪、水准仪的同时,测量人员对测量仪器、工具进行了技术革新。林西、唐山矿经过研制,60 年代就做出了改装后的坡面经纬仪样机,1978 年工程处又制出一台样机,并和徐州、北京光学仪器厂协作,研制成功定型批量生产。这种坡面经纬仪性能稳定,操作简便,提高工作效率 2-3 倍。唐山矿与唐山煤研所、唐山市无线电二厂合作,研制激光指向仪,1974 年作出样机,1975 年生产出全国第一代防爆型激光指向仪。解决了掘进中测量不及时以及占用生产时间过长的矛盾,既提高了工效,又保证了中、腰线的精度。

70 年代末期,唐山、马家沟矿测绘人员自己动手,试制成功硒静电复印机,提高了绘图精度和效率。到80 年代,开滦先后购置装配了竖井激光指向仪、陀螺经纬仪、光电测距仪、T2 经纬仪、静电复印机、复照机,还配备了 PC—1500 袖珍计算器和计算机,用于数据的储存及平差计算。

1989 年—2008 年,开滦的矿山测绘手段及测绘技术得到了快速发展。控制测量及地表岩移监测工作采用先进的全球定位系统、电子全站仪、电子水准仪;绘图工作采用CAD 技术、先进宽幅绘图仪、扫描仪;地测基础工作引进地测地理信息系统,建立完善了地质、水文、绘图、储量等数据库,实现了地测工作标准化、档案化、网络化管理。

2011 年,为了确保煤矿实现本质安全型和高产高效矿井的需要,进一步提升广大地测员工素质,煤业公司与北京龙软科技有限公司合作,研究开发了“地测及防治水工作动态管理系统”。实现地质、防治水、测量、储量、钻探工程等相关图纸、文档、报表、台帐及地测基础数据网络传输和规范化管理;实现地测及防治水图纸在线浏览、查看、量测;实现地测及防治水等资料全文检索、浏览及下载。到2011年底,煤业公司所属各矿(除鲁各庄矿、宋家营筹备处外)已全部投入使用。

2012 年,钱家营矿业公司与东北大学合作,完成了“基于井上下三维集成模型开采沉陷智能预测技术与应用”项目,并在钱家营矿业分公司开始推广应用。

2014 年,开滦集团煤业分公司与北京龙软公司合作,研发了“煤矿掘进施工在线监测系统”。该系统主要是采用脉冲法激光测距技术、在线遥测技术、基于地测空间管理信息系统和WebGIS 的专题图形发布与管理等技术,实现井下掘进工程施工中测距与定位指向、地测空间管理信息系统与WebGIS 图形系统的无缝集成、工作面危险源超前动态预警和管理等功能。

(孟凡森)


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