基于礦山井下工程超深越界檢測(cè)、貫通測(cè)量的探析

歐澤華

（湖南省有色地質(zhì)勘查局二一四隊(duì) 湖南株洲 412007）

基于礦山井下工程超深越界檢測(cè)、貫通測(cè)量的探析

歐澤華

（湖南省有色地質(zhì)勘查局二一四隊(duì) 湖南株洲 412007）

為了保證礦山井下工程超深越界檢測(cè)、貫通測(cè)量在允許精度內(nèi)施測(cè)，以及對(duì)已施測(cè)的測(cè)量成果資料進(jìn)行相應(yīng)的精度計(jì)算。為提高坑道測(cè)量的精度，簡(jiǎn)單介紹了礦山井下工程超深越界檢測(cè)、貫通測(cè)量的實(shí)踐工作、量測(cè)方法、數(shù)據(jù)處理和誤差分析而對(duì)礦山井下工程地表、坑道控制測(cè)量方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。理論聯(lián)系實(shí)踐，由此獲得了一些有實(shí)用價(jià)值的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為今后類似測(cè)量工作提供參考依據(jù)。

礦山超深越界檢測(cè)；坑道貫通；設(shè)計(jì)；精度估算

1 前言

為進(jìn)一步加強(qiáng)礦山生產(chǎn)的動(dòng)態(tài)監(jiān)督管理，規(guī)范和統(tǒng)一礦山生產(chǎn)動(dòng)態(tài)管理的要求，為國(guó)土資源部門適時(shí)、準(zhǔn)確掌握礦山開采順序、范圍、深度，生產(chǎn)、開采變化情況及變化原因，促進(jìn)礦山資源的有效保護(hù)和合理利用，依法處理超深越界的采礦行為，并為礦山生產(chǎn)建設(shè)提供技術(shù)咨詢、依據(jù)，指導(dǎo)礦山科學(xué)開采。

對(duì)礦山井下工程的測(cè)量，特別是對(duì)有些需要貫通的礦山井下工程，地表、坑道控制測(cè)量精度的高低直接影響到礦山檢查測(cè)量和坑道貫通測(cè)量的誤差。為保證坑道控制測(cè)量在允許精度內(nèi)施測(cè)，我們首先要對(duì)礦山地表、坑道控制測(cè)量進(jìn)行設(shè)計(jì)，為保證控制測(cè)量精度還要采取相應(yīng)的測(cè)量方案，對(duì)已施測(cè)的測(cè)量成果進(jìn)行相應(yīng)的精度估算。本人結(jié)合工作中的一些實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，就以下幾方面進(jìn)行探析。

2 地表控制測(cè)量

礦山井下工程地表控制測(cè)量目前主要采用靜態(tài)GPS測(cè)量方法。由于各個(gè)礦山分布較為分散，且距離國(guó)家控制點(diǎn)又較遠(yuǎn)，為滿足礦山井下工程超深越界檢測(cè)和坑道貫通的要求及精度，GPS控制網(wǎng)一般按E級(jí)GPS控制網(wǎng)精度施測(cè)。GPS控制點(diǎn)沿礦山井下工程的連線方向布設(shè)，礦山的各個(gè)井口（包括輔助井口），均布設(shè)兩個(gè)以上且相互通視的控制點(diǎn)。各測(cè)區(qū)應(yīng)采用國(guó)家統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)、高程系統(tǒng)或與測(cè)繪主管部門的要求標(biāo)準(zhǔn)一致。

2.1 選點(diǎn)布網(wǎng)

根據(jù)實(shí)際情況、精度要求、接收機(jī)類型和數(shù)量以及測(cè)區(qū)已有的測(cè)量資料進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)。E級(jí)GPS網(wǎng)在四等三角控制網(wǎng)下或國(guó)家D級(jí)（含D級(jí)）以上等級(jí)GPS控制（網(wǎng)）點(diǎn)下布設(shè)，本著經(jīng)濟(jì)的原則，應(yīng)充分利用GPS測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)，GPS控制點(diǎn)應(yīng)選在土質(zhì)堅(jiān)實(shí)、穩(wěn)固可靠、視野開闊、交通方便的位置，以便于長(zhǎng)期保存和以后有利于其他測(cè)量手段的擴(kuò)展和聯(lián)測(cè)。GPS網(wǎng)設(shè)計(jì)邊長(zhǎng)過長(zhǎng)或網(wǎng)形不規(guī)則、起算控制點(diǎn)距離礦區(qū)較遠(yuǎn)，可在合適位置布設(shè)傳導(dǎo)點(diǎn)，GPS網(wǎng)主要采用邊連接形式，選點(diǎn)埋石必須按規(guī)范規(guī)定的工序要求進(jìn)行[4]。

2.2 GPS網(wǎng)觀測(cè)

在外業(yè)觀測(cè)過程中，同時(shí)使用4臺(tái)以上雙頻雙星GPS接收機(jī)靜態(tài)采集數(shù)據(jù)，每個(gè)觀測(cè)時(shí)段應(yīng)＞90min，以保證盡可能長(zhǎng)的時(shí)段長(zhǎng)度，提高采集數(shù)據(jù)的質(zhì)量，為后面的數(shù)據(jù)檢核、平差處理打好基礎(chǔ)。觀測(cè)完成后經(jīng)檢查，符合規(guī)范要求，記錄和資料完整無誤后，方可遷站。地表GPS控制網(wǎng)測(cè)量應(yīng)采用雙頻雙星GPS接收機(jī)，靜態(tài)定位精度平面（±2.5mm+1ppm）、高程（±5mm+1ppm）。

2.3 數(shù)據(jù)處理

根據(jù)規(guī)范的規(guī)定，外業(yè)觀測(cè)完成后應(yīng)及時(shí)將數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，進(jìn)行外業(yè)數(shù)據(jù)的檢核。GPS控制網(wǎng)的各項(xiàng)測(cè)量中誤差，應(yīng)滿足相應(yīng)等級(jí)控制網(wǎng)的基線精度要求。當(dāng)觀測(cè)數(shù)據(jù)不能滿足檢核要求時(shí)，應(yīng)對(duì)成果進(jìn)行全面的分析，并舍棄不合格基線，但應(yīng)保證舍棄基線后，所構(gòu)成異步環(huán)的邊數(shù)符合規(guī)范要求，否則，應(yīng)重測(cè)該基線或有關(guān)的同步環(huán)圖形[1]。

2.4 平差計(jì)算

GPS控制網(wǎng)應(yīng)在WGS-84坐標(biāo)系下進(jìn)行三維無約束平差，并提供各觀測(cè)點(diǎn)WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)中的二維或三維坐標(biāo)、各基線向量三個(gè)坐標(biāo)差觀測(cè)值的改正數(shù)、基線長(zhǎng)度、基線方位及相關(guān)信息等。GPS控制網(wǎng)以國(guó)家D級(jí)（含D級(jí)）以上等級(jí)控制點(diǎn)為起算點(diǎn)進(jìn)行三維約束平差，E級(jí)GPS控制網(wǎng)約束點(diǎn)間的相對(duì)中誤差不超過相關(guān)規(guī)范要求。解算模式采用單基線解算模式，解算成果采用雙差固定解。

2.5 GPS擬合高程測(cè)量

GPS擬合高程測(cè)量，一般僅適用于平原或丘陵地區(qū)的五等及以下等級(jí)高程測(cè)量，GPS擬合高程測(cè)量應(yīng)與GPS平面控制測(cè)量一起進(jìn)行施測(cè)。在針對(duì)于礦山檢查測(cè)量的礦山一般都是小面積區(qū)域，由于目前GPS技術(shù)的快速發(fā)展，GPS高程測(cè)量的技術(shù)精度可以達(dá)到或超過等外水準(zhǔn)（五等水準(zhǔn)），所以GPS高程測(cè)量的精度可以滿足礦山（檢查）測(cè)量工作的精度要求[4]。

GPS控制網(wǎng)（點(diǎn)）應(yīng)與四等或四等以上的水準(zhǔn)點(diǎn)聯(lián)測(cè)，求得較為準(zhǔn)確的大地高與正常高的平均高程異常，來提高GPS高程擬合精度。擬合高程平差計(jì)算采用三個(gè)已知點(diǎn)（水準(zhǔn)點(diǎn)）與待定點(diǎn)進(jìn)行擬合計(jì)算，將GPS大地高轉(zhuǎn)化為GPS正常高。對(duì)GPS點(diǎn)的擬合高程成果，應(yīng)進(jìn)行檢驗(yàn)，檢測(cè)點(diǎn)數(shù)不少于全部點(diǎn)數(shù)的10%且不少于三個(gè)點(diǎn)，高差檢驗(yàn)可采用相應(yīng)等級(jí)的水準(zhǔn)測(cè)量方法或電磁波測(cè)距三角高程測(cè)量方法進(jìn)行。

2.6 GPS控制網(wǎng)平差成果的外業(yè)檢查

根據(jù)GPS軟件平差處理后的測(cè)量成果，對(duì)礦山GPS控制網(wǎng)點(diǎn)的邊長(zhǎng)和高差，應(yīng)采用精度較高的全站儀實(shí)地進(jìn)行檢核，各項(xiàng)誤差均須符合規(guī)范要求，方可進(jìn)行下一步的工作。

3 坑道控制測(cè)量

3.1 坑道平面控制測(cè)量

在承擔(dān)國(guó)土部門礦山井下工程超深越界檢測(cè)或礦山井下工程貫通測(cè)量工作時(shí)，首先要根據(jù)礦山采掘坑道的掘進(jìn)長(zhǎng)度、深度來設(shè)計(jì)測(cè)量精度要求，對(duì)坑道導(dǎo)線進(jìn)行設(shè)計(jì)，估算預(yù)期的誤差、確定坑道導(dǎo)線施測(cè)的等級(jí)，以保證測(cè)量工作的正確性，便于更為合理、經(jīng)濟(jì)地選擇測(cè)量設(shè)備及方案?？拥榔矫婵刂凭W(wǎng)宜采用導(dǎo)線形式，并以坑道井口控制點(diǎn)為起始點(diǎn)沿坑道中線布設(shè)成附和導(dǎo)線、閉合導(dǎo)線、支導(dǎo)線等。一般按二級(jí)導(dǎo)線施測(cè)就可滿足礦山井下工程（檢查）測(cè)量精度要求，礦山井下工程貫通測(cè)量則需要滿足一級(jí)導(dǎo)線的精度。

坑道控制測(cè)量在導(dǎo)線未閉合或附和前都是支導(dǎo)線?？拥乐?dǎo)線的終點(diǎn)是支導(dǎo)線精度的最弱點(diǎn)，坑道橫向貫通誤差是由導(dǎo)線測(cè)角誤差及導(dǎo)線邊長(zhǎng)誤差所引起，而坑道橫向貫通誤差主要影響坑道導(dǎo)線的閉合精度。布設(shè)導(dǎo)線點(diǎn)應(yīng)加大導(dǎo)線邊長(zhǎng)，減少導(dǎo)線點(diǎn)數(shù)。為限制測(cè)角誤差的傳遞，當(dāng)導(dǎo)線前進(jìn)一定距離后應(yīng)使用高精度陀螺經(jīng)緯儀定向以檢驗(yàn)方位角誤差?？拥缹?dǎo)線控制點(diǎn)應(yīng)設(shè)在頂板或底板較為牢固的基巖上，用快干水泥固定小號(hào)不銹鋼釘作為測(cè)量標(biāo)志。坑道導(dǎo)線測(cè)量應(yīng)采用測(cè)角精度2″以上，測(cè)距精度在（±2mm+2ppm）以上的全站儀測(cè)量。

3.2 坑道導(dǎo)線點(diǎn)布設(shè)施測(cè)

根據(jù)礦山提供的已知坑道測(cè)量成果及坑道概略平面圖，合理的選定導(dǎo)線點(diǎn)位置，根據(jù)設(shè)計(jì)位置結(jié)合實(shí)地的情況布設(shè)導(dǎo)線點(diǎn)。布設(shè)導(dǎo)線點(diǎn)時(shí)須充分考慮坑道施工時(shí)對(duì)測(cè)量環(huán)境的影響。

3.3 坑道高程控制測(cè)量

礦山井下工程坑道高程控制測(cè)量。一般采用水準(zhǔn)測(cè)量方法或?qū)Ь€測(cè)量方法，坑道井口的水準(zhǔn)點(diǎn)（GPS點(diǎn)）相關(guān)水準(zhǔn)點(diǎn)（含豎井和平巷井口）和必要的坑外水準(zhǔn)點(diǎn)（GPS點(diǎn)），應(yīng)組成閉合或往返水準(zhǔn)路線。高程測(cè)量線路一般與坑道導(dǎo)線測(cè)量的線路重合，在坑道貫通之前，高程測(cè)量線路均是支導(dǎo)線，因此需要往返觀測(cè)及多次觀測(cè)進(jìn)行校核。礦山井下工程的高程控制測(cè)量精度直接影響的是高程閉合中誤差，應(yīng)選取方便施測(cè)、經(jīng)濟(jì)合理，又能保證高程傳遞精度的測(cè)量方法，選點(diǎn)、觀測(cè)等工作應(yīng)嚴(yán)格按相應(yīng)的技術(shù)要求進(jìn)行施測(cè)[3]。

3.4 坑道控制測(cè)量精度的估算

為保證坑道平面控制測(cè)量的質(zhì)量精度，在測(cè)量工作施測(cè)前應(yīng)進(jìn)行測(cè)量誤差的估算，因坑道通視條件的限制及施工等多方面的原因而未能按設(shè)計(jì)路線進(jìn)行施測(cè)，則要根據(jù)已施測(cè)的成果對(duì)該導(dǎo)線進(jìn)行精度估算?？拥乐鄙鞂?dǎo)線的邊長(zhǎng)誤差只對(duì)坑道的縱向貫通誤差產(chǎn)生影響，對(duì)直伸型坑道，量邊誤差對(duì)橫向坐標(biāo)誤差的影響完全可忽略不計(jì)。當(dāng)坑道長(zhǎng)度測(cè)量大于4km，且坑道內(nèi)具有長(zhǎng)邊通視條件時(shí)，為了減少導(dǎo)線測(cè)角誤差對(duì)貫通誤差的影響，應(yīng)采用基本導(dǎo)線基礎(chǔ)上在坑道內(nèi)用長(zhǎng)邊組成主要導(dǎo)線的方法進(jìn)行施測(cè)。

4 結(jié)語(yǔ)

以上探析的地表、坑道控制測(cè)量設(shè)計(jì)適應(yīng)于坑道開采長(zhǎng)度為8km以內(nèi)的檢查測(cè)量、坑道貫通控制測(cè)量的專門技術(shù)設(shè)計(jì)，但為保證測(cè)量方案的精度要求，坑道導(dǎo)線測(cè)量過程中應(yīng)采用陀螺經(jīng)緯儀檢核方位角，檢測(cè)測(cè)角中的粗差及控制測(cè)角誤差的累積；測(cè)站應(yīng)采用三聯(lián)腳架法，坑道導(dǎo)線的邊長(zhǎng)較短，在進(jìn)行角度觀測(cè)時(shí)，應(yīng)盡可能減小儀器對(duì)中和目標(biāo)對(duì)中誤差的影響，在礦山的重要貫通工程中，還要對(duì)導(dǎo)線邊長(zhǎng)加入歸化到投影水準(zhǔn)面和投影到高斯—克呂格投影面的改正，凡是構(gòu)成閉合圖形的導(dǎo)線網(wǎng)（環(huán)），都必須進(jìn)行平差。

坑道導(dǎo)線實(shí)測(cè)到一定長(zhǎng)段時(shí)要及時(shí)對(duì)導(dǎo)線進(jìn)行檢測(cè)、復(fù)測(cè)及精度估算，對(duì)因其它原因而改變?cè)O(shè)計(jì)路線方案時(shí)要對(duì)精度進(jìn)行估算?？拥缹?dǎo)線在坑道條件允許下盡可能布設(shè)成似等邊直伸型導(dǎo)線，在測(cè)量環(huán)境允許范圍內(nèi)盡可能的選長(zhǎng)邊，要嚴(yán)格進(jìn)行邊長(zhǎng)的投影計(jì)算。對(duì)主要坑道里分支的采礦坑道又附和到主巷道的坑道，要考慮到分支坑道導(dǎo)線附合后的坐標(biāo)閉合差和高程閉合差影響，并進(jìn)行閉合誤差平差處理，以提高整體測(cè)量成果的精度。

礦山井下工程超深越界檢測(cè)是一項(xiàng)政策性很強(qiáng)的技術(shù)工作，所提交的測(cè)量成果具有法律效力，國(guó)土行政部門會(huì)依據(jù)委托檢測(cè)單位所提交的測(cè)量成果，對(duì)非法進(jìn)行超越采礦權(quán)范圍和限采標(biāo)高的礦山企業(yè)進(jìn)行處罰，因此承擔(dān)檢查測(cè)量任務(wù)的的技術(shù)人員必須嚴(yán)格按照國(guó)家相關(guān)規(guī)范要求施測(cè)，優(yōu)化設(shè)計(jì)以保證提交測(cè)量成果的公正及準(zhǔn)確。

[1]徐紹銓，等.GPS測(cè)量原理及應(yīng)用[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，1998.

[2]孔祥元，等.控制測(cè)量學(xué)（上、下）[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，1996.

[3]張正祿，等.工程測(cè)量學(xué)[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2005.

[4]《工程測(cè)量規(guī)范》（GB/50026-2007）[S].北京：中國(guó)建筑出版社，2007.

F426.1

A

1004-7344（2016）20-0174-02

2016-6-24

歐澤華，男，助理工程師，本科，主要從事測(cè)繪地理信息方面工作。