靜態(tài)GPS定位在煤礦礦井地質(zhì)勘探中的運(yùn)用探討

王超發(fā)　雷樂(lè)樂(lè)

【摘 要】GPS 技術(shù)也稱全球定位系統(tǒng)，由空間星座、用戶設(shè)備和地面控制三部分組成，可實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確、高效定位點(diǎn)線面三維坐標(biāo)，全天候自動(dòng)化、高效益高精度實(shí)現(xiàn)軍事、民用交通的導(dǎo)航，攝影和大地測(cè)量，土地利用調(diào)查和野外考察探險(xiǎn)等。本文主要探討靜態(tài)GPS定位在煤礦礦井地質(zhì)勘探中的運(yùn)用。

【關(guān)鍵詞】GPS定位；煤礦；礦井地質(zhì)；勘探

礦井地質(zhì)勘探鉆孔定位，復(fù)測(cè)，過(guò)去采用經(jīng)緯儀或測(cè)距儀邊角導(dǎo)線，求得鉆孔位置。投入人力多，工作量大。還要受地形，地物限制。近期發(fā)展采用全站儀在等級(jí)三角點(diǎn)基礎(chǔ)上，發(fā)展小三角點(diǎn)，施測(cè)極坐標(biāo)法，一站一站求得鉆孔位置，符合另一高級(jí)點(diǎn)或采用其它檢查條件。作業(yè)繁索，4～6人，工作量大。2001年勘探隊(duì)引進(jìn)諾瓦泰靜態(tài)GPS3臺(tái)套。給鉆孔定位，復(fù)測(cè)帶來(lái)優(yōu)越性，也是礦井地質(zhì)勘探鉆孔復(fù)測(cè)的飛躍。減少了人力（3人）和物力及勞動(dòng)強(qiáng)度。提高工作效力幾倍～幾十倍。靜態(tài)GPS定位是礦井勘探鉆孔復(fù)測(cè)新方法，新工藝。購(gòu)買(mǎi)儀器價(jià)格低，一般勘探隊(duì)都能接受。操作簡(jiǎn)單，培訓(xùn)4～6h，即能上崗操作工作。

1.靜態(tài)GPS定位對(duì)礦山地質(zhì)勘探的重要意義

（1）定位是礦山勘探或礦井地質(zhì)勘探整個(gè)工作重要一環(huán)，地表及井下布置鉆孔，井下礦體（層）位置、構(gòu)造位置以及其它地質(zhì)信息位置的確定在整個(gè)地質(zhì)勘探等工作中都需要精確的定位。布置鉆孔力求最短的距離，最好的時(shí)間，最佳的地質(zhì)效果。無(wú)論地表或是井下（地下），由于地形、地貌多變，礦體（層）及地質(zhì)構(gòu)造等地質(zhì)因素變化也是無(wú)規(guī)律的，地質(zhì)勘探定位工作量大，測(cè)試點(diǎn)多，定位工作力求準(zhǔn)確。

（2）通過(guò)靜態(tài)GPS定位系統(tǒng)對(duì)開(kāi)采礦山的勘測(cè)，可以優(yōu)化采區(qū)范圍，操作比傳統(tǒng)技術(shù)更簡(jiǎn)單、迅速，節(jié)省時(shí)間和人力的投入并減少工程施工的盲目性。利用先進(jìn)的靜態(tài)GPS定位技術(shù)能夠快速準(zhǔn)確的查明采區(qū)地質(zhì)構(gòu)造的發(fā)育情況，獲得地質(zhì)情況的全部信息，包括更加詳細(xì)的礦體地質(zhì)資料。在井下開(kāi)采過(guò)程中，地應(yīng)力在礦體（層）中不斷匯聚，同一應(yīng)力場(chǎng)中各部分的應(yīng)力不均衡，不規(guī)范的采掘會(huì)破壞的原來(lái)的應(yīng)力平衡，使記憶形成的參與應(yīng)力突然釋放，進(jìn)而引起坍塌、帽頂?shù)犬惓＃o采掘生產(chǎn)帶來(lái)極大的安全威脅，而先進(jìn)的靜態(tài)GPS定位技術(shù)可以利用三維地震勘探技術(shù)控制小構(gòu)造的發(fā)育情況，可以起到預(yù)測(cè)作用，防治隱患，三維地震勘探技術(shù)可以有效的減少突發(fā)事件的發(fā)生，提高了礦井勘探工作的安全性。

2.靜態(tài)GPS技術(shù)在煤礦礦井地質(zhì)勘探中的特點(diǎn)

2.1作業(yè)效率高

靜態(tài)GPS技術(shù)復(fù)測(cè)時(shí)，礦山工作網(wǎng)絡(luò)需要與國(guó)家控制網(wǎng)連接的礦區(qū)三角控制網(wǎng)連接，其工作半徑平均變長(zhǎng)為4km左右，最長(zhǎng)的邊長(zhǎng)也在10km內(nèi)，靜態(tài)GPS工作半徑是在20km左右，滿足了靜態(tài)GPS工作半徑在數(shù)據(jù)處理時(shí)速度高和準(zhǔn)確。有3臺(tái)套儀器，每站1人來(lái)完成儀器操作、搬運(yùn)，每站工作40min以上，基本可求得該站三維值，作業(yè)效率高。

2.2定位精度高

靜態(tài)GPS技術(shù)應(yīng)用在礦區(qū)的工作范圍很廣，如用于地形測(cè)量、工程（點(diǎn)）測(cè)量，又如用于礦體（層）界線、構(gòu)造位置、地質(zhì)觀測(cè)點(diǎn)、以及采樣點(diǎn)定位等。靜態(tài)GPS定位技術(shù)的應(yīng)用可避免由于工作范圍不夠所造成的數(shù)據(jù)誤差，其工作范圍達(dá)到2-5km，應(yīng)用靜態(tài)GPS技術(shù)在規(guī)程要求時(shí)間內(nèi)工作，得出平面高程精度在5mm內(nèi)，而且不存在誤差積累，應(yīng)用GPS觀測(cè)的精度要明顯高于一般的常規(guī)測(cè)量手段，GPS基線向量的相對(duì)精度一般在0.00001～0.000000001之間，這是GPS技術(shù)的優(yōu)越性，是普通測(cè)量方法難以達(dá)到的。

2.3全天候作業(yè)

靜態(tài)GPS技術(shù)的工作受限因素很少，它只需要滿足電磁波通視和對(duì)空間通視的要求，不受光線云層等環(huán)境因素的影響，不需要滿足光學(xué)通歸，因此在夜晚和多云的天氣也基本可以正常工作，提高了工作效率，和傳統(tǒng)測(cè)量相比，靜態(tài)GPS技術(shù)作業(yè)有著不可比擬的優(yōu)勢(shì)，幾乎可以實(shí)現(xiàn)全天候作業(yè)。

2.4內(nèi)業(yè)解算

靜態(tài)GPS內(nèi)業(yè)解算通常按照解算程序進(jìn)行4—6min解算一組，方法簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)清晰準(zhǔn)確。

3.靜態(tài)GPS定位在煤礦礦井地質(zhì)勘探中的運(yùn)用

靜態(tài)GPS出現(xiàn)到運(yùn)用只有20幾年，普及近10a。但卻顯示出它的巨大潛力。全球定位系統(tǒng)由美國(guó)研制使用人造衛(wèi)星的定位系統(tǒng)，由GPS星座，地面監(jiān)控站和用戶接收機(jī)組成。實(shí)踐證明，GPS系統(tǒng)具有精度高，作業(yè)時(shí)間短，直接測(cè)定三維（經(jīng)度、緯度、高度）位置，具有全天候作業(yè)的優(yōu)點(diǎn)。目前，GPS應(yīng)用于建立三維控制網(wǎng)、道路測(cè)量、地形測(cè)量、海洋測(cè)量、地籍測(cè)量、變形測(cè)量和工程測(cè)量等領(lǐng)域。靜態(tài)GPS在煤礦勘探鉆孔定位有著很大優(yōu)越性，以其獨(dú)特的功能解決常規(guī)測(cè)量中的許多難題。靈活性強(qiáng)，不受地形、地物限制。按規(guī)程作業(yè)，精度滿足要求。

3.1 RTK測(cè)量工作條件

在RTK測(cè)量過(guò)程中，應(yīng)滿足以下基本工作條件：①基準(zhǔn)站應(yīng)有高精度的、正確的已知坐標(biāo)；②基準(zhǔn)站要選在地勢(shì)較高，周圍無(wú)高度角超過(guò)15b的障礙物，有利于衛(wèi)星信號(hào)的接收和數(shù)據(jù)鏈電臺(tái)發(fā)射的位置；③為避免數(shù)據(jù)鏈丟失及多路徑效應(yīng)的影響，基準(zhǔn)站和移動(dòng)站必須設(shè)置在周圍無(wú)大功率的無(wú)線電發(fā)送源和高壓電線，無(wú)大面積水域或其他對(duì)電磁波反射或吸收強(qiáng)烈的物體（高層建筑）；④移動(dòng)站距基準(zhǔn)站不得超過(guò)6km。

3.2 RTK測(cè)量作業(yè)流程

RTK野外作業(yè)一般用于測(cè)量和放樣。

3.3 RTK控制測(cè)量數(shù)據(jù)采集及放樣測(cè)量

RTK控制測(cè)量：陜西彬長(zhǎng)礦區(qū)、永隴礦區(qū)丘壑縱橫、果木茂盛，通視困難，采用RTK的技術(shù)優(yōu)勢(shì)得以展現(xiàn)。布設(shè)控制點(diǎn)時(shí)在無(wú)法避免障礙物的情況下，可采取延長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間、增加觀測(cè)次數(shù)等方法以提高觀測(cè)精度。RTK數(shù)據(jù)采集：利用RTK技術(shù)測(cè)量，采集速度快，精度高，節(jié)省勞動(dòng)成本，省時(shí)省力。利用電子手簿存儲(chǔ)野外采集的數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)接口下載，利用AUTOCAD等成圖軟件成圖。RTK放樣測(cè)量：采用RTK技術(shù)放樣，只需將所要放樣的坐標(biāo)輸入RTK手簿中，便可手持移動(dòng)站根據(jù)系統(tǒng)提示確定出放樣的點(diǎn)位。其效率可比擬手持GPS機(jī)，而其精度是手持GPS機(jī)遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到的。

3.4 RTK測(cè)量中需要注意的問(wèn)題

雖然RTK技術(shù)已相當(dāng)成熟，并被廣泛應(yīng)用，但是由于煤田地質(zhì)勘探測(cè)量工作通常在山地、丘陵地區(qū)，使用RTK進(jìn)行測(cè)量時(shí)經(jīng)常遇到衛(wèi)星跟蹤受影響和數(shù)據(jù)通訊不穩(wěn)定的問(wèn)題。這種情況下，只能采用快速靜態(tài)測(cè)量與常規(guī)測(cè)量相結(jié)合，運(yùn)用解析法或圖解法進(jìn)行測(cè)量。

4.結(jié)論

靜態(tài)GPS定位在地質(zhì)勘探中的應(yīng)用擁有重要地位，已經(jīng)被很多勘探單位以及礦山所采用，其技術(shù)先進(jìn)，操作方法簡(jiǎn)單，測(cè)量精度高、速度較快，可以滿足對(duì)礦山乃至礦井地質(zhì)勘探鉆孔定位的要求，與過(guò)去的測(cè)量技術(shù)相比，它的應(yīng)用使地質(zhì)勘探勘測(cè)技術(shù)上了一個(gè)臺(tái)階，提高了工作效率和數(shù)據(jù)的可靠性，為勘探礦山的高效、礦井的高產(chǎn)奠定了有力基礎(chǔ)。

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