测量工作在矿山储量核实中的应用实例

摘要：矿山储量核实工作是查清资源量、为矿山管理、规划提供重要依据的工作，是国土、地矿、测绘部门每年都要开展的工作，储量核实工作的程度直接影响决策部门对矿山管理的科学性、有效性。本文结合工作实践，介绍了测量工作在矿山储量核实中的应用工作过程。

关键词：测量；GPS网；储量核实

1 测量工作概述

1.1测量工作在矿山储量核实工作中的应用现状与目的

提高储量核实计算的精度，对资源的合理有效利用有重大意义，本项工作需要地质技术人员和测绘技术人员紧密配合，才能更好的完成。本文以银川市套门沟建筑用灰岩储量核实工作为实例，主要论述测绘工作在储量核实中的运用。

1.2 任务及工作区概况

为满足灰岩开采区26家矿山企业储量核实工作的需要，展开矿区的控制测量及1：1000比例尺地形图测量工作。

本工作区从2008年7月开始施测，同年8月共完成1.2平方公里的1：1000比例尺地形图的测量，2009年4月根据矿界坐标，确定各家企业的矿界范围，面积及储量。

测区范围内主要为山地、采矿场。测区最大相对高差200米。采矿场因为开挖截面陡峭和放炮等情况，使得控制测量及地形测量有一定难度。测区交通方便。

1.3 投入的仪器设备（表一）

表一

序号 仪器设备名称 型号规格 精度等级 数量 产地 购买年份

01 全站仪 TOPCON335 5″ 3mm+2mm 2套 日本 2004年

02 全站仪 SOKKIA SET2010 2″ 2mm+2mm 1套 日本 2004年

03 笔记本电脑 联想 3台 中国 2004年

04 GPS接收机 中海达8200B 6台 中国 2006年

1.4 完成的任务（表二）

表二

一级测距导线网 五等三角高程 四等三角高程 图根控制 地形测图 E级GPS点

点数 点数 总 长 总 长 总 长 点 数 面 积 点数

28个 28点 12.7KM 12.7KM 9.2KM 90 3.2Km2 10

1.5 测量工作依据

①、《工程测量规范》（GB/T50026-93）

②、《1：500、1：1000、1：2000地形图图示（GB/T7929-95）》

③、《全球定位系统（GPS）测量规范》（CH2001-92）

④、《1：500、1：1000、1：2000外业数字测图技术规程》（GB/T 14912-2005）

1.6 坐标系统和高程系统得的采用

①、平面系统采用1954年北京坐标系

②、高程系统采用1956年黄海高程系

1.7利用已有资料情况

自宁夏测绘资料档案馆收集到，位于工作区东边4.5公里的附近的国家三等点“基南”、位于工作区西边3公路的国家三等点“干沟口”，两个高等级控制点，标石保存完好，中心标志清楚。分别作为测区E级GPS网起算数据和四等水准网起闭点。E级GPS点作为测区I级导线的起算数据和五等水准网起闭点，在一级导线点基础上发展图根点。

2 平面控制测量

遵循从整体到局部，高级到低级，逐级布网的原则，以收集到的国家基本控制点（基南、干沟口）发展E级GPS控制网，再利用E级GPS点作为测区I级导线的起算数据和五等水准网起闭点，在一级导线点基础上发展图根点。共测设E级GPS控制点10个，一级导线点28个，合计12.7公里。

2.1 E级 GPS网

本网采用GPS静态定位技术施测，采用边连式与点连式相结合构网。点位布设在测区周围据有控制意义的制高点上，埋设水泥标石作为标志，标石规格为顶面15cm×15cm，底面为30cm×30cm，高为45cm，标芯为直径1cm，长度30cm，埋入端带弯钩，顶端刻画十子的钢筋。 E级GPS网点采集数据大于1.6个时段，每个时段时间大于45分钟。观测前，进行了星历预报，选取每天中的最佳时段进行观测。各时段均满足下列要求：

卫星截止高度角>=15度 记录采样间隔为15秒

有效观测卫星数>=5 几何卫星强度精度因子PDOP

同步观测时间>=45分钟

观测中，认真整平对中，对中误差均在3毫米以内。两次量取天线高至毫米，较差小于3毫米，取其均值为天线高真值。

观测结束后，立即进行基线解算和平差计算。

基线处理完成后，进行了同步环与异步环的检核，所有环的误差及相对闭合差均满足要求。

联测了基南、干沟口2个三等点，作为测区的平面控制起算点。如下图一：

图一 E级GPS网图

卫星空间位置数据处理采用GPS系统随机商用基线处理及平差软件HD2003。基线处理完成后，进行了同步环和异步环的检核，所有环的闭和差均满足要求。

后处理是将基线网在1954年北京坐标系下进行二维约束平差。平差后基线最弱边中误差为1/89146，同步环全长最大相对闭合差为3.67ppm，异步环全长最大相对闭合差为5.11ppm，各项指标均满足E级GPS网的精度要求.详细精度情况见《GPS处理报告》。

2.2 一级导线控制网

以E级GPS网点作为测区一级导线平面起算数据，布设一级导线网共28个点，进行平面控制的加密测量。一级导线平均边长为362M，总长为12.7公里。作业前，按规范对全站仪进行检校（拓普康311全站仪（2″ 2mm+2mm）），观测时在测站上置入温度和气压参数自动进行气象改正，水平角方向法两测回观测，气象改正（温度和气压）在测站上自动改正，其余观测值与五等测距高程导线网同步。其他技术要求按下表（表三）执行。

表三

等级 仪器精度

等级 半测回归零差

（（″）″） 一测回内2C互差（″） 同一方向值各测回内较差

（″）

一级 2″仪器 8 13 9

布网情况如下图二：

图二 I级导线测量控制略图

测区一级导线点编号为I01、I02……In。标石规格用混凝土标石，标石规格为20cm×20cm×40cm，中心标志用Φ1.2cm×20cm长的钢筋， 其顶部刻“+”字叉。在坚硬铺装地面，用钢钎在地上打成20cm×20cm见方的方框形小槽，中心用冲击钻钻孔，埋入Φ1.2cm×20cm的钢筋，其顶部刻“+”字叉，并用水泥固定。导线点埋设时，标石面露出地面小于5cm，钢筋应平标石面。在点位附近明显地物上，用红油漆标明点号。

2.3 平差计算及精度情况

一级导线网的观测数据在平差计算前经过严格的限差检查，各项限差均达到要求后才进行平差计算。一级导线网各项限差按下表四执行。

表四 导线测量的主要技术要求

导线长度（km） 平均边长（km） 测角中误差（″） 测距中误差（mm） 测距相对中误差 测回数 方位角闭合差（″） 导线全长相对闭 合差

1″级

仪器 2″级

仪器 6″级

仪器

4 0.5 5 15 1/30000 — 2 4 10

≤1/15000

平面坐标计算采用按方向严密条件平差法进行条件平差。导线网条件方程按下式组成：

方位角条件：

X坐标条件：

Y坐标条件：

平差后，导线测角中误差为3.99秒，导线最大相对误差为1：45000，最大点位误差为1.30厘米，一级导线网的其他各项精度指标均达到《规范》要求，具体精度情况见《控制资料册》。

3 四等和五等测距高程导线网测量

（1）本工程中四等 GPS网点采用四等光电测距高程导线测量其高程，一级导线点采用五等光电测距高程导线测量其高程。直接以“基南”为起闭点，沿所有GPS点施测四等闭合高程导线网，以四等高程导线网点为起闭点，沿一级导线点测设五等光电测距高程导线网。

（2）四等光电测距高程导线测量，垂直角中丝法对向观测四测回，边长对向观测二测回，（每测回读数4次）。仪高量至毫米，两次读数取中数记录仪高。

五等光电测距高程导线测量，垂直角中丝法对向观测二测回，边长对向观测二测回，（每测回读数4次）。仪高量至毫米，两次读数取中数记录仪高。

（3）平差计算：四等测距高程导线网平差采用清华山维测量平差软件进行，五等测距高程导线网平差采用PPS测量平差软件进行，平差采用条件平差方式进行严密平差。大气折光系数K取值K=0.11。边长投影到高程面0米。经平差计算，该四等测距高程导线网最大每公里高差权中误差为：M.S.E（mm/km）=2.17，线路闭合差为-0.02m，最弱点高程中误差为0.0034m，最大点间高差相对中误差为0.0027m。五等测距高程导线网最大每公里高差权中误差为：M.S.E（mm/km）=0.94，最弱点高程中误差为0.00061m，最大点间高差相对中误差为0.00065m。

4 地形图分幅、编号、比例尺及成图方法

1.地形图分幅：26家矿山企业分布在工作区3个比较集中的区域，成图打印时不作标准分幅，按照3个区域分为三部分。

2.成图比例尺：地形图比例尺采用1：1000比例尺，等高距为1米。

3.成图方法：采用全站仪全野外数字化成图方法。

4.采用软件：本测区数字化地形测量采用南方Cass6.1野外成图系统。

5 地形图测绘

5.1 图根控制测量

本工程加密图根控制以本次所作一级导线点作为起算点布设图根点，采用全站仪极坐标法测设，只发展一次。图根点的标志采用临时性标志（5CM×5CM×20CM木桩）。

5.2 测量方法

采用全站仪野外采集数据，作业时全站仪在控制点上设站，以相邻的另外一个控制点定向检查，当位置、高程误差均小于0.15米时，采用极坐标法采集碎部点数据，同时绘制地形草图，以方便内业制图。采坑开采面，开采上边线等，作业人员无法实地采集的区域，采用免棱镜全站仪极坐标法观测，测站点距观测点最大距离在200米以内，以保证观测精度。

5.3 地形图表示的内容

本工作区地形图测量主要是为了矿石方量计算，图内高程点要求较密。以满足方量计算。自然形态的地貌用等高线表示，崩塌残蚀地貌、坡、坎和其它特殊地貌用相应符号或用等高线配合符号表示。各种天然形成和人工修筑的坡、坎，其坡度在70°以上时表示为陡坎，70°以下时表示为斜坡。斜坡在图上投影宽度小于2mm时，以陡坎符号表示。当坡、坎比高小于1/2基本等高距或在图上长度小于5mm时，不表示，当坡、坎密集时，作适当取舍。坡度在70°以下的石山和天然斜坡，用等高线或用等高线配合符号表示。独立石、土堆、坑穴、陡坎、斜坡、梯田坎、露岩地等在上下方分别测注高程或测注上（或下）方高程及量注比高。

5.4 地形图成图及数字化

采用全站仪数字化全采集，用南方成图软件CASS6.1成图，图形电子版格式为CAD。地物地貌按照《规范》、《图示》的要求进行。

6 测量成果检查

1.本次测绘任务实行三级检查制度：各小组对其所作成果进行100%自查，成果确认无误后提交测量公司专业检查员进行检查。

2.测量公司对小组所作成果进行50%的外业检查和100%内业检查。外业主要对点位选择的合理性、标石埋设情况、观测操作过程是否规范等进行检查。内业对各级控制网的设计、网形强度、已知点的分布及利用、观测计算数据各项限差等逐一检查。发现问题，立即督促作业小组进行返工，直至成果符合要求。

3.测量小组确认成果资料正确无误后提交上级专职检查人员进行检查。院对测量小组提交成果进行15%的外业检查和30%内业检查。

4.经各级检查，认为：储量计算1：1000地形图测量的资料齐全，施工组织严密，采用的技术先进，成果质量优良，资料齐全完整，内容详实，装订格式规范。成果资料可提供甲方使用。成果准确可靠，控制布网合理，各级控制网控制面积达到合同要求，可提交验收。

7 储量计算

7.1 各家矿界的获得

计算时将矿界坐标展绘到AUTCAD绘图软件中，连接各点形成一个闭合的多边形，该多边形既为某家企业的矿权界线，多边形内的面积既为某家企业的矿权占用面积，也是储量计算的重要参数。

7.2 储量计算起始面的确定

储量计算以开采区域附近沟底侵蚀面高程为起始高程面。部分企业在侵蚀面以下还有可采石料，开挖掌子底面低于侵蚀面，计算时以开挖掌子底面最低高程为计算基准面。

7.3 计算用软件平台

储量计算采用以“南方CASS7.1”自动成图软件的“土石方量计算”功能为计算平台，采用“方格网法”计算。上述软件以AUTCAD为开发平台，图形格式为DWG。

7.4 储量计算技术路线

以每个矿权的范围线为计算界限，将计算范围分为5m×5m的小方块，根据野外采集的数据计算每个方块顶面平均高程，以沟底侵蚀面高程或开挖掌子底面最低高程面为底面高程，二者之差值即为小方块的高度，和面积的积即得到其体积，各小块体积之和即得到该矿权体积（方量）。

7.5 资源量计算方法

每一个矿权以其四界点坐标计算其水平截面积（垂直投影面积），矿体顶面以实地测量的数字模型为基准，底面以确定的储量计算基准面，或矿体有效开采底面为基准，微分计算其体积（单位为m3），乘以矿石比重即为其重量（单位为万吨）。计算结果为各矿权四界范围边线垂直投影到基准面上的现有资源量。

7.6 边坡的处理

将各家矿权境界坐标展绘到现场实测的1：1000地形图上，可以看出实际开采范围远大于矿权境界所圈定的范围，各家矿权境界内的边坡已采空，或即将采空。因此计算时不考虑放坡的问题，矿权境界范围内、侵蚀面以上的矿石全部为可开采资源。

8 影响储量计算的测量项及精度评述

8.1 平面控制测量

控制测量作为测量工作最基本、最应首先完成的工作，其精度直接影响后续工作的精度。本次工作中首级控制采用静态GPS（E级）完成，最弱边长中误差为1/89146，高于规范规定的1：30000的要求。然后在静态GPS（E级）的基础上发展一级导线，在一级导线的基础上发展图根点，各级控制的精度都达到规范的要求，为储量计算打下了很好的基础。

8.2 高程控制测量

根据多年的工作经验，采用静态GPS拟合高程，在类似本工作区地形高差较大的情况下精度无法保障，因此该项工作高程控制采用四、五等红外测距高程导线完成，各项精度都达到规范的要求。

8.3 地形图的测量

测绘矿区地形图目的是采集地形点的三维坐标数据，建立矿区地形三维模型，为矿山现有储量计算提供基础数据。因此地形碎部点采集的精度、密度对储量计算工作来说要求先对较高。本次测量工作中不受地形图比例的影响，实地每5到10米采集一个碎部点，对于位于悬崖中间的变化点采用免棱镜全站仪采集，这样就保证了土石方量计算的精度。

8.4 储量的计算

储量计算的核心就是就算出矿权范围内、侵蚀面以上的现存矿石体积。如上所述，本工作采用5米×5米的方格网法计算，相比较传统的断面法计算，充分利用了每一个碎部点，考虑了矿权范围内的每一处地形变化，消除了断面量取中的粗差，大大提高了计算精度。

9 结论

测量工作结束后，结合地质工作对岩石品位、比重等方面的研究，形成最终的储量核实报告，该报告通过了自治区国土厅储委会专家的评审，得到专家的一致好评。因此采用目前比较先进、流行的GPS测量技术、免棱镜全站仪测量技术，结合土石方量自动计算软件，为储量核实计算提供了新的方法，新的思路，值得推广应用。

参考文献：

[1]邱建平.矿山储量动态监管工作的成效、问题及对策[J].浙江国土资源.2008（07）

[2]何朝津；赵立科；黄继红.矿山储量动态监管中的测量工作[J].江苏地质.2007（02）