CORS-RTK在煤礦巖移觀測中應用研究

牛文瓊

（同煤集團晉華宮礦地質測量科，山西 大同 037001）

1 工程概況

晉華宮礦位于山西省大同市西12.6km處，居大同煤田東北端，晉華宮礦隸屬于大同煤集團有限責任公司。該礦從1956年建成投產，至今已有60多年的開采歷史，設計生產能力450萬t/a。采煤方法為綜采工藝，綜采走向全部垮落法管理頂板。晉華宮礦307盤區位于礦區的西北部，周邊被小煤窯破壞嚴重。307盤區巖移參數還是來源于20多年前的測量數據，為掌握該盤區地表移動與變形的關系，必須要建立307盤區8702工作面地表移動觀測站對地表移動觀測。傳統觀測方法存在時效性差、工作效率低等缺點，將CORS-RTK技術引入煤礦地表移動觀測中來，可以有效地提高測量精度和工作的效率。

2 CORS-RTK技術分析

常規RTK技術在大區域范圍內厘米級和精度均勻性等方面存在一定的缺陷，CORS-RTK技術是基于計算機和通訊網絡技術的發展而出現的多基準站RTK技術，系統主要是由基準站網、數據處理中心、數據通訊鏈路和用戶部分組成，是一種可以有效實現實時動態定位的新技術。當前煤礦CORS平臺及其協同災害監測、預警系統的應用已在各大煤礦進行了實踐應用，有效實現了礦區地表動態變化過程中的監測要求。

CORS-RTK技術是利用多基站網絡RTK技術建立的連續運行衛星定位服務綜合系統。在測量區域內布置多個連續運行參考站，利用計算機和通訊網絡技術進行網狀覆蓋，可以提供高精度實時定位信息的要求。工作流程示意圖如圖1所示。

圖1 CORS工作流程示意圖

CORS-RTK技術可以實時提供高精度的定位，而對基準站的距離沒有要求。該技術簡化了傳統RTK技術對測區控制的要求，特別適用于地形復雜、控制點稀少、采用傳統方法無法進行有效形變監測的礦區。

3 晉華宮礦CORS-RTK技術的實踐應用

3.1 8702工作面地表移動觀測站的建設方案分析

晉華宮礦11#層307盤區8702工作面回采引起的地表移動將會對經過該區域的公路、河流、地面建筑物產生影響，必須建立地表移動觀測站進行檢測。307盤區內地形平坦，地面標高一般在+22.4～+23.4m，對應地面主要是村莊、農田，沒有大型建筑及重要設施，符合CORS-RTK技術操作規范。

根據8702工作面的實況，走向觀測控制點布置在不受工作面采動影響范圍外60m處的兩端，在兩端各布置三個走向控制點，分別為A1、A2、A3、A4、A5、A6，共有監測點60個。在兩條傾向觀測線兩端各布置三個傾向控制點，分別為B1、B2、B3、B4、B5、B6，共有監測點70個。 8702工作面地表移動觀測站有走向控制點6個，監測點60個。對測量控制點選點埋石作業后，進行連接測量和全面觀測。

觀測站控制點測量比較方案：

測量設備：徠卡GPS GS14參考站接收機2臺；控制點時應用腳架對中來代替對中桿實時動態定位；將接收機布置在8702工作面地表移動觀測線已知控制點上架；每個站觀測時間分別3min、5min、10min，獨立觀測次數為14次。采用已知點坐標與COBS-RTK技術觀測結果進行較差分析，可得圖1、2、3所示點位誤差結果。

以控制點已知平面坐標和高程作為參考，取其中一點（已知坐標為X：30204.759，Y：3068.474，Z：25.672143）為例，其COBS-RTK作業模式的平面成果與已知坐標較差如圖2、圖3、圖4所示。

從圖2、圖3、圖4所示的平面點位誤差示意圖可得，采用COBS-RTK進行平面坐標測量的點位較差數據情況分析，該COBS-RTK技術的定位精準度較高，控制在2cm內。從觀測時間來看，觀測5min和10min時，點位誤差較為平滑，可以取兩者的平均值，從而提高定位精準度。從8702工作面地表移動觀測的實際情況出發，確定COBS RTK技術觀測的時間為5min，觀測次數2次，取平均值為定位結果。

圖2 3min觀測時平面點位誤差示意圖

圖3 5min觀測時平面點位誤差示意圖

圖4 10min觀測時平面點位誤差示意圖

對高程成果進行對比分析可知，COBS-RTK高程數據與實際高程較差部分很小。考慮到COBSRTK高程數據可能受大氣層干擾及多路徑效應誤差影響，因此針對觀測站控制點高程連接測量采用三等水準觀測，全面觀測采取四等水準。

3.2 移動監測

在采用CROS-RTK全面施測過程中，觀測次數為2次，設置采樣率為1s，每次觀測時間為10s，并采用支架進行穩定支護。在通視良好、望遠鏡成像清晰及穩定的情況下采用四等水準測量方法進行水準觀測。CORS-GPS擬合高程與水準測量高程較差為2～10mm之間，滿足四等水準的精度要求。

針對8702工作面的觀測工作共完成了2次連接測量和4次全面觀測，對130個觀測點的數據進行整理并進行數據處理。

3.3 數據處理分析

將6期130個觀測點的測量成果進行收集整理，H方向測量標準差最大為2.6mm，最小為0.2mm，點位中誤差情況如表1所示。

從表1數據可知，采用CROS-RTK技術進行地表巖移觀測的數據精度滿足測量要求，從平面點位中誤差情況可知，誤差分布均勻、穩定。

表1 平面點位中誤差情況表

4 結語

從8702工作面CORS-RTK技術地表巖移觀測的實踐分析可知，CORS RTK技術可以實現對地表巖移的快速準確觀測，測點平面位置精度達厘米，滿足晉華宮礦測量控制點的精度要求；CORS RTK技術測量過程操作簡便，工作效率較高；COBSRTK擬合高程測量精度達到四等水準測量精度要求，滿足該礦地表沉降觀測的要求。