GPS技術(shù)在礦山控制測(cè)量中的應(yīng)用研究

【摘要】本文以GPS礦區(qū)地面近井網(wǎng)建設(shè)為例，從工程簡(jiǎn)介、GPS近井網(wǎng)建立情況分析等方面詳細(xì)論述了GPS礦區(qū)地面近井網(wǎng)建設(shè)過(guò)程中的種種問(wèn)題。探析結(jié)果可以作為礦山井下大型巷道貫通工程以及后續(xù)工程的定向邊的基準(zhǔn)的參考，GPS礦區(qū)地面近井網(wǎng)的建設(shè)有利于某礦山的地面及井下長(zhǎng)度和方向基準(zhǔn)的獲取。實(shí)際上，該網(wǎng)建成之后已經(jīng)被某大型貫通工程試用，該工程貫通的平面方向上的誤差是1.7cm，比工程貫通平面方向限差差不多要小20厘米，事實(shí)證明，該網(wǎng)的建成具有非常明顯的積極作用。

【關(guān)鍵詞】GPS技術(shù)；地面近井網(wǎng)建設(shè)；工程

引言

現(xiàn)階段，在具體的生產(chǎn)實(shí)踐中，GPS定位技術(shù)獲得了普遍的應(yīng)用，GPS技術(shù)所具有的全天候、高精度、無(wú)需點(diǎn)間通視等優(yōu)勢(shì)已經(jīng)讓其成為建設(shè)測(cè)量控制網(wǎng)系統(tǒng)的主要方法了。實(shí)踐證明：GPS在礦山近井網(wǎng)建設(shè)上具有非常重要的作用，充分體現(xiàn)出了傳統(tǒng)控制網(wǎng)所沒(méi)有的優(yōu)點(diǎn)。不同的礦山情況，對(duì)地面控制網(wǎng)就會(huì)有不同的需求，因此，建設(shè)礦山GPS近井網(wǎng)的時(shí)候必須具有明顯的針對(duì)性，包括控制網(wǎng)的精度、等級(jí)、網(wǎng)型、分級(jí)等等，眾多的學(xué)者及技術(shù)員都在各自不同的領(lǐng)域探索著GPS控制網(wǎng)的建設(shè)，成效明顯。如果涉及的區(qū)域較大，那么多個(gè)礦井就有可能同時(shí)存在，這就要求相關(guān)工作者必須以單個(gè)礦井的具體特點(diǎn)為依據(jù)進(jìn)行GPS控制建設(shè)。本文以某GPS礦區(qū)地面近井網(wǎng)的建設(shè)為例，深入闡述了礦區(qū)GPS近井網(wǎng)建設(shè)的相關(guān)問(wèn)題。

1.工程簡(jiǎn)介

控制區(qū)為某省主要的煤炭生產(chǎn)基地之一，年產(chǎn)原煤150萬(wàn)多噸，測(cè)區(qū)資料顯示，測(cè)區(qū)先后布測(cè)過(guò)國(guó)家三、四等傳統(tǒng)平面控制網(wǎng)和GPS控制網(wǎng)，測(cè)區(qū)和鄰區(qū)存有更高等級(jí)的傳統(tǒng)控制點(diǎn)和GPS控制點(diǎn)。由于多年受礦山開采和環(huán)境變遷的影響，許多點(diǎn)遭受破壞，無(wú)法使用。為提高煤炭產(chǎn)量，挖掘深部資源，某礦需要實(shí)施一項(xiàng)由主井到混合井的大型井下貫通工程，該工程貫通距離長(zhǎng)達(dá)4千米，條件非常復(fù)雜。該工程任務(wù)重，要求高。為此，需要在地面建立GPS高等級(jí)控制網(wǎng)，它既要兼顧其它三對(duì)礦井的GPS平面控制，又要針對(duì)某一礦井和該大型貫通工程使用。

2.GPS近井網(wǎng)建立情況分析

根據(jù)精度預(yù)計(jì)，為確保4千米甚至稍長(zhǎng)些的大型貫通工程的貫通精度，需要在地面布測(cè)D級(jí)或D級(jí)以上等級(jí)的GPS控制網(wǎng)?？紤]測(cè)區(qū)或鄰區(qū)尚保存有完好的C級(jí)點(diǎn)2個(gè)，決定布測(cè)D級(jí)GPS礦區(qū)地面近井網(wǎng)。

2.1布網(wǎng)思路分析

布網(wǎng)要求：首先，由于地面水系發(fā)達(dá)，礦區(qū)沉降變形嚴(yán)重、持續(xù)性長(zhǎng)，點(diǎn)位應(yīng)布設(shè)在不受開采影響，便于長(zhǎng)期保存，易于恢復(fù)和維護(hù)；其次，考慮礦區(qū)其它礦井的應(yīng)用和針對(duì)礦井下大型貫通工程應(yīng)用；然后，大壩監(jiān)測(cè)及多種對(duì)象監(jiān)測(cè)需求，監(jiān)測(cè)精度要求高。

根據(jù)以上要求，提出以下布網(wǎng)思路：首先，整個(gè)網(wǎng)分級(jí)布設(shè)，應(yīng)分為整體基準(zhǔn)網(wǎng)和局部應(yīng)用網(wǎng)。其次，整體基準(zhǔn)網(wǎng)，網(wǎng)點(diǎn)可長(zhǎng)期保存，便于維護(hù)，起到礦區(qū)平面控制作用；局部應(yīng)用網(wǎng)建立于整體基準(zhǔn)網(wǎng)，網(wǎng)點(diǎn)在較長(zhǎng)的時(shí)間段內(nèi)應(yīng)保持穩(wěn)定，便于維護(hù)、恢復(fù)和直接應(yīng)用于工程。然后，網(wǎng)型結(jié)構(gòu)堅(jiān)強(qiáng)，精度高。

2.2GPS網(wǎng)布測(cè)的相關(guān)要求

2.2.1點(diǎn)位布設(shè)及觀測(cè)環(huán)節(jié)的相關(guān)要求

根據(jù)測(cè)區(qū)現(xiàn)有資料和分析結(jié)論，在確保已知點(diǎn)等級(jí)高、保存完好，且坐標(biāo)系統(tǒng)統(tǒng)一的情況下，在副井井塔上選孔主井點(diǎn)，混合井近井點(diǎn)選埋于井筒西地面穩(wěn)定處命名為混合井，兩點(diǎn)符合近井點(diǎn)要求。其次，利用舊點(diǎn)主要為坐標(biāo)系統(tǒng)的統(tǒng)一性檢查。然后，在GPS外業(yè)測(cè)量調(diào)度時(shí)，使孔主井和混合井兩點(diǎn)形成一個(gè)基線，并與臨近點(diǎn)形成堅(jiān)強(qiáng)圖形，該基線與C級(jí)點(diǎn)連測(cè)觀測(cè)時(shí)間延長(zhǎng)一倍，觀測(cè)時(shí)段長(zhǎng)約2h，兩個(gè)時(shí)段觀測(cè)。

最后，在布測(cè)近井網(wǎng)的同時(shí)，按D級(jí)GPS點(diǎn)技術(shù)要求在礦工業(yè)廣場(chǎng)內(nèi)不受開采影響處連測(cè)4個(gè)已有5秒點(diǎn)，其分別為1、2、3、4、混0點(diǎn)，作為陀螺定向的地面已知邊，其命名原點(diǎn)相同。最終GPS控制網(wǎng)由13個(gè)控制點(diǎn)組成，2個(gè)C級(jí)GPS點(diǎn)，11個(gè)D級(jí)GPS點(diǎn)。采用邊網(wǎng)聯(lián)合式構(gòu)網(wǎng)。4、混0點(diǎn)分別為副井和混合井的落地點(diǎn)，在進(jìn)行聯(lián)系測(cè)量時(shí)使用。

2.2.2觀測(cè)及數(shù)據(jù)處理分析

采用經(jīng)典靜態(tài)相對(duì)定位模式，高精度的Trimble GPS接收機(jī)，采樣頻率15s，觀測(cè)時(shí)段60min。作業(yè)組在進(jìn)入測(cè)區(qū)前，根據(jù)網(wǎng)型和觀測(cè)時(shí)間的特殊要求編制好觀測(cè)計(jì)劃表，并在實(shí)際作業(yè)時(shí)按照該表進(jìn)行作業(yè)調(diào)度。統(tǒng)一按照D級(jí)GPS技術(shù)要求進(jìn)行觀測(cè)；為確保某礦大型貫通工程的精度，必須要求局部應(yīng)用網(wǎng)的內(nèi)部精度較高，為此進(jìn)行了分級(jí)解算。整體基準(zhǔn)網(wǎng)網(wǎng)型如圖1所示。

2.3GPS網(wǎng)的檢測(cè)要點(diǎn)探析

為了萬(wàn)無(wú)一失地確保GPS網(wǎng)的精度和貫通工程的高精度，在建立近井網(wǎng)后，專門利用ZEISS1s全站儀對(duì)網(wǎng)中的混合井—孔主井—2點(diǎn)水平角和混合井—孔主井、孔主井—2點(diǎn)兩條邊進(jìn)行獨(dú)立檢測(cè)。在進(jìn)行大型貫通項(xiàng)目實(shí)施前，項(xiàng)目組對(duì)局部應(yīng)用網(wǎng)進(jìn)行了測(cè)量和檢測(cè)，兩次結(jié)果互差很小，符合相關(guān)《規(guī)范》和《技術(shù)設(shè)計(jì)書》的要求。確保了測(cè)量成果的高精度和可靠性。

3.結(jié)語(yǔ)

本文從實(shí)踐出發(fā)，對(duì)GPS礦區(qū)地面近井網(wǎng)的建設(shè)過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)的論述，對(duì)建設(shè)過(guò)程中的具體思路、設(shè)計(jì)方案、建設(shè)步驟、數(shù)據(jù)處理等都進(jìn)行了細(xì)致的探討，具體如下：首先，必須以工程實(shí)際需要為依據(jù)，科學(xué)確定近井網(wǎng)的級(jí)別；其次，以實(shí)際需求為依據(jù)，合理布測(cè)網(wǎng)型、分級(jí)以及網(wǎng)店；然后，以制定好某些基線特殊延長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間的方式保證了局部應(yīng)用網(wǎng)的內(nèi)符合精度；最后，實(shí)施網(wǎng)的獨(dú)立性檢測(cè)，確保工程的最終順利竣工。事實(shí)說(shuō)明：上述措施對(duì)此類工程具有明顯的方向性作用。

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