GPS在測(cè)繪小煤窯采掘現(xiàn)狀中的應(yīng)用

摘 要：通過(guò)引進(jìn)和使用GPS定位技術(shù)，為測(cè)繪成莊礦井田范圍內(nèi)和周邊小煤窯采掘現(xiàn)狀提供起始和基準(zhǔn)控制，大大提高了測(cè)量的效率和精度，取得的可靠的測(cè)繪資料，保障了煤礦的安全生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞： GPS 小煤窯 控制 應(yīng)用

作者簡(jiǎn)介：牛軍平（1970.1--），男，山西晉城人，大學(xué)本科學(xué)歷，山西晉煤集團(tuán)澤州天安晉瑞煤業(yè)有限公司工程師，主要研究方向：測(cè)量工程

1 引進(jìn)GPS的背景和必要性

1.1 引進(jìn)背景

晉城煤業(yè)集團(tuán)公司成莊礦位于東經(jīng)112°40′，北緯35°36′，是晉煤集團(tuán)高產(chǎn)高效主力礦井之一，井田面積75平方公里，原煤生產(chǎn)能力800萬(wàn)噸/年。2009年煤炭資源整合之前，礦區(qū)周?chē)植贾蟠笮⌒〗鄠€(gè)小煤窯，總面積約150平方公里。這些小煤窯大多沒(méi)有準(zhǔn)確的測(cè)繪資料，開(kāi)采的隨意意很大，極易造成重大安全事故。為了保證礦井安全生產(chǎn)，同時(shí)快速掌握小煤窯采掘情況，決定引進(jìn)GPS快速定位系統(tǒng)。

1.2 引進(jìn)的必要性

成莊礦采用的坐標(biāo)系為1954年北京坐標(biāo)系，中央子午線為112°30′，高程為1956年黃海高程系。而礦區(qū)周邊小煤窯用的是國(guó)家6°帶，中央中央子午線為111°，與成莊礦的坐標(biāo)不統(tǒng)一，存在換帶問(wèn)題。成莊礦區(qū)過(guò)去建立的地面控制網(wǎng)有二等點(diǎn)5個(gè)，四等點(diǎn)25個(gè)，這些控制點(diǎn)絕大部分點(diǎn)的覘標(biāo)都被破壞，有的點(diǎn)位甚至也被挖毀。礦井測(cè)量工具主要是全站儀、經(jīng)緯儀和水準(zhǔn)儀，在原始控制點(diǎn)破壞嚴(yán)重的情況下，給井上測(cè)量（在小煤窯井口建立測(cè)量控制起始資料和測(cè)定小煤窯井口人材）帶來(lái)相當(dāng)大的難度，有時(shí)甚至無(wú)法進(jìn)行測(cè)量工作，而且常規(guī)測(cè)量?jī)x器在進(jìn)行長(zhǎng)距離測(cè)量時(shí)，尤其在山區(qū)，精度會(huì)變得很低。所以引進(jìn)新的測(cè)量?jī)x器迫在眉睫。

為了解決測(cè)繪小煤窯起始和基準(zhǔn)控制資料精度不高的問(wèn)題，又能提高測(cè)繪效率，必須將GPS定位技術(shù)引入到此次的小煤窯測(cè)繪工作中來(lái)。

2 地面GPS組網(wǎng)

成莊礦投資18萬(wàn)元引進(jìn)美國(guó)天寶靜態(tài)GPS接收機(jī)三臺(tái)和GPS靜態(tài)定位技術(shù)，對(duì)礦區(qū)周?chē)M(jìn)行統(tǒng)一布網(wǎng)和統(tǒng)一測(cè)量，將晉城礦區(qū)坐標(biāo)從東莊、南莊、大尖山、西嶺、馬頭山五個(gè)四等點(diǎn)上引到各個(gè)小窯礦區(qū)和成莊礦的3個(gè)風(fēng)井，考慮到小煤窯地理位置與實(shí)際開(kāi)采情況，按重點(diǎn)監(jiān)測(cè)對(duì)象重點(diǎn)控制的原則，共布設(shè)控制點(diǎn)30個(gè)，并按E級(jí)GPS測(cè)量的規(guī)范要求進(jìn)行施工測(cè)量，在各小煤窯附近建立了控制網(wǎng)（圖1）；同時(shí)對(duì)GPS測(cè)量成果進(jìn)行了平面坐標(biāo)復(fù)測(cè)檢查和水準(zhǔn)閉合檢查，從而為今后測(cè)量小煤窯時(shí)可直接使用晉城礦區(qū)坐標(biāo)系統(tǒng)打下了基礎(chǔ)，保證了測(cè)量資料與我礦所用圖紙的一致性，只要實(shí)測(cè)了小窯井下巷道就可以準(zhǔn)確掌握小煤窯的采掘范圍，從而保證礦井安全生產(chǎn)。

圖1 GPS控制網(wǎng)略圖

3 外業(yè)作業(yè)要求

3.1本次GPS外業(yè)觀測(cè)技術(shù)指標(biāo)要求如下：

衛(wèi)星高度角：≥15°；

有效觀測(cè)衛(wèi)星總數(shù)：≥4顆；

時(shí)段中任一衛(wèi)星有效觀測(cè)時(shí)間：≥20分鐘；

觀測(cè)時(shí)間：≥60分鐘（框架網(wǎng)觀測(cè)≥300分鐘）；

數(shù)據(jù)采樣間隔：15秒；

PDOP值：≤6；

3.2內(nèi)業(yè)計(jì)算采用美國(guó)天寶公司研制的后處理軟件Trimble Geomatics Office1.6進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

無(wú)約束平差中，基線向量的改正數(shù)（V△x、V△y、V△z）絕對(duì)值必須滿(mǎn)足：

V△x≤3б

V△y≤3б

V△z≤3б

在三維約束平差中，基線向量的改正數(shù)與剔除粗差后的無(wú)約束平差結(jié)果的較差絕對(duì)值必須滿(mǎn)足：

d△x≤2б

d△y≤2б

d△z≤2б

其中：σ=√a2+（b.d）2

σ--標(biāo)準(zhǔn)差，mm；a=5mm；b=0.5ppm；d--相鄰點(diǎn)間距離，km。

如10km長(zhǎng)的基線，其σ=7mm。

4 測(cè)繪成果精度分析

4.1通過(guò)對(duì)測(cè)繪成進(jìn)行分析，所有成果滿(mǎn)足外業(yè)作業(yè)要求，同時(shí)從本次GPS測(cè)量的平差結(jié)果分析：30個(gè)控制點(diǎn)的成果完全滿(mǎn)足E級(jí)GPS網(wǎng)的精度要求，完全可作為煤礦測(cè)量四等控制點(diǎn)使用。

4.2 GPS測(cè)量成果的檢驗(yàn)

為了保證測(cè)繪成果的正確性，我們對(duì)GPS成果進(jìn)行了檢驗(yàn)，主要是對(duì)GPS平面坐標(biāo)和高程兩方面進(jìn)行了檢驗(yàn)測(cè)量。采用的儀器主要是2”全站儀和N3水準(zhǔn)儀，分別從眾多環(huán)路中抽檢了兩個(gè)做閉合導(dǎo)線測(cè)量和水準(zhǔn)閉合環(huán)觀測(cè)。

4.2.1 平面坐標(biāo)抽檢結(jié)果

平面抽檢主要是對(duì)靜態(tài)GPS測(cè)量的E級(jí)網(wǎng)的控制點(diǎn)進(jìn)行了抽檢。

E級(jí)網(wǎng)成果檢驗(yàn)的抽檢路線是E7-E8-南莊-E8-E7，采用的測(cè)量方法為方向觀測(cè)法，檢查數(shù)據(jù)通過(guò)內(nèi)業(yè)平差后，結(jié)果如

4.2.2 水準(zhǔn)抽檢結(jié)果

水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)完全按照四等水準(zhǔn)測(cè)量的要求觀測(cè)，即每公里水準(zhǔn)測(cè)量的偶然中誤差M△和每公里水準(zhǔn)測(cè)量的全中誤差MW均不得超過(guò)以下標(biāo)準(zhǔn)，否則予以重測(cè)：

M△≤5㎜；

MW≤10㎜；

E級(jí)網(wǎng)水準(zhǔn)檢驗(yàn)的抽檢路線是E7-E8-南莊-E8-E7，檢查數(shù)據(jù)通過(guò)內(nèi)業(yè)整理、平差后，結(jié)果如下

高程成果檢查表 檢查時(shí)間：

5 應(yīng)用結(jié)論

5.1 GPS測(cè)量技術(shù)可以提供精度較高的測(cè)量控制資料

GPS靜態(tài)測(cè)量的主要優(yōu)點(diǎn)是控制點(diǎn)間不需要通視，基線長(zhǎng)也從幾百米到幾十公里不等均可進(jìn)行，點(diǎn)之間的精度均勻，不會(huì)發(fā)生累積誤差，而且測(cè)量精度能隨著觀測(cè)時(shí)間的延長(zhǎng)而不斷增加。不存在誤差積累，精度可靠程度較高，誤差與流動(dòng)站至基準(zhǔn)站的距離成正比；能夠?qū)崟r(shí)地提供測(cè)量成果，不需要分級(jí)布網(wǎng)，可以大大減少wtog成本，減輕作業(yè)員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高測(cè)量效率。

5.2 GPS測(cè)量技術(shù)帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益

GPS測(cè)量技術(shù)與三角控制測(cè)量和全站儀導(dǎo)線測(cè)量相比，完成100平方公里范圍的控制測(cè)量，前者所用時(shí)間是后者的1/10（若在地形復(fù)雜的山區(qū)，可能是后者的1/20），內(nèi)業(yè)處理難度僅相當(dāng)于后者的5%，而所能達(dá)到的精度則比后者高出一個(gè)數(shù)量級(jí)。高精度的測(cè)繪成果能為礦井開(kāi)采提供安全保障，可推廣至地面開(kāi)采沉陷、地面需保護(hù)的建（構(gòu)）筑物、輸氣管線等提供準(zhǔn)確位置，同時(shí)給小煤窯的測(cè)量提供準(zhǔn)確的起始和控制資料，為掌握小煤窯的采掘現(xiàn)狀防止越界開(kāi)采提供技術(shù)支持。

參考文獻(xiàn)：

1 詹長(zhǎng)根 現(xiàn)代地籍技術(shù)（第三講） GPS技術(shù)在地籍中的應(yīng)用[J]；測(cè)繪信息與工程；2004.03

2 擺杰 GPS技術(shù)在煤礦資源勘查中的應(yīng)用[J]；測(cè)繪技術(shù)裝備2011.04