某煤礦兩井間近井網布設方法的探討

張啟斌，李同慶，吳曉倩

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某煤礦兩井間近井網布設方法的探討

張啟斌，李同慶，吳曉倩

(山東科技大學 測繪科學與工程學院，山東 青島市 266590)

結合某煤礦西風井貫通測量項目近井網布測具體工程實例，給出了建立煤礦近井網的布設方法，通過GPS網布設、外業實施、內業處理、精度評定等一系列工作，論證了用GPS網建立高精度近井點的可靠性，并采用大網控制，檢驗數據穩定性，小網坐標解算的新思路驗證其可行性。用不同的固定點參與平差成果計算，并對其結論進行精度分析，以便為井下高精度巷道貫通提供地面基準。

煤礦；近井網；GPS網；貫通測量

0 引 言

近井點是布設在礦井口附近的測量控制點，用于向礦井下傳遞地面已知坐標、方位角或高程，即指導井下生產工作的基準[1?3]。建立近井點的傳統方法有后方交會法、三角測量和三邊測量[4?7]，對于實際環境中地形復雜亦可以采用三角高程測量法[8?9]，而傳統的測量方法具有自身的缺點。

全球定位系統(GPS)的不斷完善和廣泛應 用[10?13]，為礦井建立進井點提供了新技術和新方法。本文擬以兩井之間貫通測量為例，建立地面近井網，探討利用GPS技術建立近井點的方法。

1 近井網建立

1.1 工程概況

項目為某礦副井與西風井之間進行貫通測量，貫通工程從副井開始經副井北門繞道、西翼猴車通道、?750下部車場及?750正石門、?750西翼軌道大巷、-750集中回風巷和?580水平回風巷西風井，貫通路線全長約7公里(單程長度)。且因為礦井地質結構和貫通距離的影響，高精度貫通顯得尤為重要。

1.2 已有起算數據

礦區井A和井B進行兩井間巷道貫通時，基于起算點已有資料分析，在建立近井網時仍然要以EJW和煤倉點起算(見表1)，保證了坐標系統的統一性。

1.3 近井點的布設

雖然GPS觀測具有不通視、測距長等一系列優點，在布設近井點點位時具有很大的靈活性。但GPS接收機容易受到無線電磁波磁和其他不確定障礙物的影響，因為近井點布設在礦區，更要考慮礦區地面沉降的影響，為了使布設的近井點能夠在使用方便的同時滿足長期保存且點位變化幾乎忽略的條件，因此布設近井點應遵循以下規則：

表1 礦區現存已知點坐標數據

(1) 近井點周圍無障礙物，以避免多路徑效應；

(2) 近井點應布設在便于保存且使用方便的位置，井口處布設至少一個控制點且與至少一個控制點相互通視[3]；

(3) 地面基礎堅固，地質條件好，遠離水域或可能存在沉降的區域[4]；

(4) 近井點應交通方便，便于其他測量實施；

(5) 兩近井點間盡量連接為一條基線。

基于以上近井點布設規則，在風井周圍埋設F0、F1、F2，主近井點選埋于副井井口穩定處命名為F03，4個點符合近井點要求，已知5個礦區舊點：EJW、XMC、YXF、MS、XK，其標石穩定，符合要求。利用舊點目的是為了坐標系統的統一性檢查。布測近井網的同時，按D級技術要求在礦工業廣場內不受開采影響處連測2個已有5秒點，其分別為I03、I04，作為陀螺定向的地面已知邊，其命名與原點相同。

2 外業觀測

2.1 儀器配備

為了確保近井網精度和結構強度，11個近井網點利用11臺接收機同時段測量，一次成網，獨立兩個時段。

使用11臺Trimble R4 GPS雙頻接收機觀測，標稱精度為±(5 mm+1 ppm×D)，按靜態相對定位模式。

2.2 觀測實施

觀測實施采用經典靜態相對定位模式，作業方法是將11臺GPS接收機分別安置在11個點上，同步觀測90 min，量取儀器高，并記錄測站信息。

作業組在觀測實施前，應先根據計劃書的GPS近井網編制觀測計劃調度表，以便于在實際觀測時進行調度。針對GPS網、采用的GPS接收機臺數和定位模式，制定了測區的觀測調度計劃。統一觀測、分開解算。

最后近井控制網由11個控制點組成，4個已知C級GPS點，7個D級GPS點(見圖1)。

考慮到近井網測量及其檢測成果，兼顧地面陀螺定向，將GPS近井網進行落地檢核，其網型如圖2 所示。

圖1 GPS近井網(局部)

圖2 GPS近井網(局部)

3 數據處理

應用隨機數據處理軟件HGO進行GPS網平差。首先在WGS-84坐標下進行三維無約束平差，然后進行二維約束平差。解算分兩步：先整體解算11個點，網型如圖1，再解算F0、F1、F2、F03、I03、I04，網型如圖2，以確保網內更高精度。平差后對GPS網的平差成果與原控制成果進行比較和分析，進行外符合檢查，獲得高質量的成果。

采取兩種解算方案，方案一：以MS-煤倉為固定點參與平差；方案二：以MS-B礦為固定點參與平差，以檢查坐標系統的統一性。

兩種方案未知點解算較差，如表2所示。

兩種方案未知點解算較差相比，方案二解算未知點坐標精度更高，據此建立的近井網坐標成果如表3所示。

表2 未知點解算較差

表3 GPS近井網坐標成果

4 結 論

結合某煤礦西風井貫通測量實例，在煤礦近井網的布設方法上進行了探討、實踐，最后得出相應的結果，其具體表現在以下幾個方面：

(1) 根據不同的大型工程在布設近井點所構成的近井網時要考慮工程所需精度，確定近井網的等級；

(2) 根據工程的近井點的需求和應用，提出了新的布點要求和思路；

(3) 在數據處理方面采用不同的固定點參與平差，并對兩種平差結果進行了對比；

(4) 在布設近井網的同時兼顧陀螺定向已知邊 確定。

本文的實踐可以推廣借鑒。

[1] 鄭文華,魏峰遠,吉長東,等.地下工程測量[M].北京:煤炭工業出版社,2007.

[2] 劉基余.GPS衛星導航定位原理與方法[M].北京:科學出版社,2003.

[3] 徐紹銓,張華海,楊志強,等.GPS測量原理及應用[M].武漢:武漢測繪科技大學出版社,1998.

[4] 宋福成,陳宜金,楊 汀,等.礦山近井點測量精密單點定位技術研究[J].煤炭科學技術,2017,45(1):200?204.

[5] 趙軍波.礦區GPS控制網的設計方案選擇探討[J].中國煤炭,2013,39(4):36?39.

[6] 章如芹,徐良驥,高 雙.GPS靜態測量在控制測量中的應用[J].北京測繪,2014,1(1):100?103.

[7] 翟 濤,李 卓,劉文杰.GPS控制網在建立整合礦井近井點中的應用分析[J].北京測繪,2014,34(4):56?59.

[8] 李照塔.靜態GPS在山區煤礦近井點控制測量中的應用[J].河北煤炭,2010,3(3):50?52.

[9] 蘇 軒,張愛生.用GPS建立煤礦近井點[J].城市勘測,2010,2(2): 76?77,80.

[10] 周克清,溫德華.GPS礦區地面近井網的建立實踐與分析[J].全球定位系統,2012,37(6):46?49.

[11] 姜永濤,獨知行,等.某礦區形變監測多級GPS網的研究與建立[J].全球定位系統,2009(5):39?41.

[12] 獨知行,陽凡林,劉國林,等.GPS與InSAR數據融合在礦山開采沉陷形變監測中的應用探討[J].測繪科學,2007,32(1):55?57.

[13] 賈曉娟,錢兆明.GPS 技術在安太堡露天礦邊坡變形監測中的應用[J].煤炭科學技術,2008,36(6):90?94.

(2018?08?05)

張啟斌(1992—)，男，寧夏固原人，在讀碩士，研究方向為大地測量學與工程測量。