GPS技術(shù)和全站儀在兩井貫通測量中的應(yīng)用

摘 要：隨著我國礦山測量技術(shù)的進步與發(fā)展，在兩井貫通測量中應(yīng)用GPS技術(shù)替代傳統(tǒng)的測量方法成為歷史發(fā)展的必然趨勢。GPS技術(shù)在很大程度上提高了礦井在貫通時的準(zhǔn)確度，有效消除了誤差因素。簡而言之，GPS技術(shù)是一種能夠被廣泛應(yīng)用的技術(shù)。就目前的相關(guān)研究水平來看，GPS技術(shù)主要被廣泛應(yīng)用于工程測量領(lǐng)域中。作者將根據(jù)相關(guān)工作經(jīng)驗，結(jié)合相關(guān)實例研究分析GPS技術(shù)在井下采用全站儀導(dǎo)線測量，詳細(xì)介紹GPS技術(shù)在兩井貫通測量中的具體應(yīng)用，以期能夠為廣大相關(guān)工作者提供科學(xué)的數(shù)據(jù)參考。

關(guān)鍵詞：GPS技術(shù)；全站儀；兩井貫通；測量中應(yīng)用

隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展以及社會經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展，在國土資源合理利用的基礎(chǔ)上利用數(shù)字化管理系統(tǒng)以及礦山信息化系統(tǒng)對測繪的精確度越來越高[1]。隨著測繪儀器的進步與更新，GPS技術(shù)和全球儀在礦山測量中的推廣與應(yīng)用越來越廣泛，數(shù)字化的測圖精確度越來越高。另外一個角度來看，數(shù)字化測圖技術(shù)擁有數(shù)據(jù)采集快以及產(chǎn)品維護使用方便等優(yōu)勢，所以在測繪生產(chǎn)以及兩井貫通測量中的應(yīng)用比較廣泛。聯(lián)合應(yīng)用GPS技術(shù)和全球儀保證了礦山的安全貫通，促進了測繪行業(yè)的現(xiàn)代化以及智能化，減少了煤礦企業(yè)人力與物力資源的浪費現(xiàn)象[2]。

煤礦生產(chǎn)建設(shè)中重要組成部分之一是對礦山進行測量，其中貫通測量是礦山測量中最重要的部分，貫通測量的數(shù)字化精確與否關(guān)系到生產(chǎn)推進以及礦井建設(shè)[3]。在貫通測量時，相關(guān)工作人員主要是保證設(shè)計位置以及巷道掘進位置保持高度一致，按照設(shè)計的方向進行掘進，繼而使得巷道貫通后的偏差在規(guī)定范圍之內(nèi)。上述要求給煤炭礦山測量人員的相關(guān)工作提出了更高的要求，使其在共走中能夠做到極致。

1 GPS技術(shù)以及全站儀技術(shù)的內(nèi)涵分析

1.1 GPS技術(shù)的內(nèi)涵分析

GPS技術(shù)也被稱為全球定位系統(tǒng)，GPS技術(shù)主要是由以下三個方面組成的：（1）空間部分-GPS衛(wèi)星星座；（2）地面控制部分-地面監(jiān)控系統(tǒng)；（3）用戶設(shè)備部分-GPS信號接收機。從理論的角度來看，GPS技術(shù)主要是以科技信息為基礎(chǔ)核心，在此基礎(chǔ)上提供精確的測量物體的三維坐標(biāo)[4]。GPS技術(shù)在測繪領(lǐng)域以及工程測量作業(yè)方法發(fā)生了一系列的變革，GPS技術(shù)擁有以下五個方面的功能：（1）全球性；（2）全天候；（3）全能性；（4）實時性；（5）連續(xù)性。從上述特點來看，GPS技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛[5]。簡而言之，GPS測量技術(shù)能夠被廣泛應(yīng)用于大地測量、野外考察探險以及農(nóng)業(yè)的精確利用等不同領(lǐng)域中，現(xiàn)階段將GPS技術(shù)與現(xiàn)代通信技術(shù)相互結(jié)合，讓地球表面的測量方法變得更為精確。另外一個角度來看，GPS全站儀的發(fā)展與進步在土地測量以及地形測量等方面得到廣泛應(yīng)用，尤其是在精確度以及高效率等方面有著巨大的優(yōu)勢。

1.2 全站儀技術(shù)以及GPS技術(shù)比較分析

一般情況下，全站儀的測量精度高于GPS技術(shù)的相關(guān)測量。但是，如果使用靜態(tài)測量的GPS技術(shù)，全站儀的測量就不一定比GPS技術(shù)更精確，出現(xiàn)上述現(xiàn)象的主要原因是靜態(tài)測量的時間比較久，一般情況下都用作控制點的測量。從GPS技術(shù)測量點的操作以及控制點的精確點操作來看，操作人員在每次測量之前所使用的對點方式也不一致，而移動站的擺動因素對測量的準(zhǔn)確度有一定的影響。除此之外，操作人員在第一次使用相關(guān)坐標(biāo)網(wǎng)得到的控制點數(shù)據(jù)也是影響后續(xù)工作的重要關(guān)鍵。從上述情況來看，除了靜態(tài)測量之外GPS技術(shù)的測量一般會比全站儀差1.1cm～2.8cm。從GPS技術(shù)本身來看，其操作比較簡單，數(shù)據(jù)采集的過程比較快，不容易受到通視因素的影響。全站儀卻沒有具備上述功能，在地形測量中以及橋梁工作中利用GPS技術(shù)取得的效果更佳。另外，在采用GPSRTK技術(shù)進行測量時，不受到以下三個方面的因素影響：（1）全天候作業(yè)；（2）通視；（3）常規(guī)技術(shù)，使用GPSRTK技術(shù)只需要一個人背著1臺以期在已經(jīng)確定好的檢測點進行幾秒鐘的停留就可以輸入編碼。使用便攜機進行相關(guān)記錄，既能夠滿足定位精確的要求，又能夠?qū)⒛骋粋€區(qū)域內(nèi)的地貌特點以及地形特點進行精確測定，在此基礎(chǔ)上使用專業(yè)的軟件進行繪圖。簡而言之，采用GPSRTK技術(shù)能夠節(jié)省人力物力財力，使得資源的利用能夠最大化，在很大程度上提高了測圖工作效率。

2 GPS技術(shù)在兩井間貫通測量中應(yīng)用的重要性

2.1 GPS技術(shù)能夠有效擴寬兩井間貫通測量的范圍

GPS技術(shù)在測量的過程中由于其具有基本的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，所以在測量的過程中可以有效擴寬兩井間貫通測量的范圍不受到任何限制。在確保數(shù)據(jù)精確度的過程中，GPS技術(shù)可以能夠在最大范圍內(nèi)進行有效測量。

2.2 GPS技術(shù)能夠隨時掌握數(shù)據(jù)的動態(tài)變化

GPS技術(shù)在兩井間貫通測量中在很大程度上可以通過有效通過掌握數(shù)據(jù)的動態(tài)變化，繼而起到幫助礦井建設(shè)的作用。GPS技術(shù)通過與現(xiàn)代信息技術(shù)相互結(jié)合的作用可以隨時掌握測量數(shù)據(jù)的動態(tài)變化，幫助兩井間貫通測量工作的順利開展。

2.3 GPS技術(shù)能夠確保兩井間貫通測量數(shù)據(jù)的精確性

GPS技術(shù)在兩井間貫通測量數(shù)據(jù)過程中能夠在很大程度上保證數(shù)據(jù)測量的精確性，主要原因是因為GPS技術(shù)具有新一代的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，所以在測量的過程中能夠提供兩井間貫通測量的精確數(shù)據(jù)。

3 GPS布網(wǎng)的設(shè)計與觀測

3.1 GPS布網(wǎng)的設(shè)計

某煤炭集團地測公司鐵礦井筒設(shè)計斷面形狀為圓形，掘進直徑為4.5m，設(shè)計井筒標(biāo)高為48.2m，井筒深為164.2m，井底標(biāo)高為-118m。井筒中心坐標(biāo)X=3646515.145，Y=46541654.564，H=1254.656煤炭集團地測公司鐵礦副井井筒設(shè)計斷面形狀為圓形，掘進直徑為4.5m，設(shè)計井筒標(biāo)高為-318.2m，井筒深為-365.3m。井筒中心坐標(biāo)X=4648947.265，Y=36981452.412，H=2101.325由建井隊從副井-118m開始掘進，方位角度為75°，在水平掘進11.5m后停止，剩余過程將副井與獨頭掘進相互貫通。為了提高GPS布網(wǎng)的可靠性以及精確性，將GPS布網(wǎng)設(shè)計成三角形網(wǎng)（由獨立觀測表組成），此種設(shè)計的GPS布網(wǎng)具有幾何結(jié)構(gòu)強以及自檢能力強等特點，繼而有效觀測到檢測結(jié)果數(shù)據(jù)的優(yōu)良，最終保證GPS布網(wǎng)的安全性與可靠性。從另外一個角度來看，在經(jīng)平差后網(wǎng)中相鄰點間基線向量的經(jīng)度均勻分布，是一種比較理想的GPS設(shè)計網(wǎng)形。按照上述要求，GPS布網(wǎng)有12點組成，22條基線，平均邊長為1.23km。除此之外，GPS網(wǎng)點間至少有3個通視方向。并且由中國人民解放軍總參謀部測繪局1988年航拍，在1989年調(diào)繪以及1990年成圖的1：100000比例尺的地形圖。

3.2 GPS布網(wǎng)的觀測

針對E級GPS布網(wǎng)采用S455GPS接收機進行有效觀測，精確度為6.3mm+1×11-6Dmm，其中D為測距；在觀測前根據(jù)星歷預(yù)報表進行觀測計劃，繼而有效保證基線的模糊倍率因子在2.2倍以上；與此同時觀測前后的數(shù)量值誤差精確到0.88mm。在實際的外業(yè)觀測過程中，可以使用5臺或者5臺以上的GPS接收機，在5個GPS點上進行高效觀測，每次觀測的時間都超過65min，部分觀測時間超過95min，出現(xiàn)上述不一致的觀察時間段的主要原因是觀察時間的長短之間影響到GPS網(wǎng)的精確度。在丈量天線高度時，需要將觀察前1d以及后1d的數(shù)據(jù)進行比較，數(shù)據(jù)值精確到每mm，另外需要注意兩次取值的天線差不應(yīng)該超過2.5mm.，最后取其平均值作為最后的天線高度。

GPS布網(wǎng)的觀測也是其中重要的內(nèi)容，在GPS布網(wǎng)基礎(chǔ)之上相關(guān)工作人員需要認(rèn)真的核對GPS的歷元數(shù)，繼而判斷是否能夠滿足兩井間貫通測量的相關(guān)要求。在測量的過程中，一旦GPS的歷元數(shù)不符合兩井間貫通測量的相關(guān)要求，需要延長檢測過程中的時間，繼而有效確保測量的精確度，與此同時需要注意做好數(shù)據(jù)記錄，確保精確的掌握好動態(tài)數(shù)據(jù)。

3.3 數(shù)據(jù)處理

E級GPS布網(wǎng)的相關(guān)計算應(yīng)用使用GPS數(shù)據(jù)處理軟件?；€結(jié)算采用的歷元間隔為14"，根據(jù)觀測條件的不同取16°～20°。同步環(huán)全長相對閉合差的限差為W≤6×10-6，異步環(huán)全長相對閉合差的限差為W≤2√3n，E級GPS布網(wǎng)的閉合環(huán)情況如表1所示。

E級GPS布網(wǎng)的平差計算：在EOIYH-74坐標(biāo)系內(nèi)進行無約束平差，在1987年北京坐標(biāo)系內(nèi)進行二維約束平差繼而進行平面約束，平差后的精確度情況如表2所示。

4 選取貫通方案

選取科學(xué)化的貫通方案在兩井間貫通測量中的作用非常大，筆者認(rèn)為根據(jù)文章所涉及的相關(guān)案例主要選擇以下方案：在沿風(fēng)井井筒敷設(shè)四級復(fù)測支導(dǎo)線，繼而進行二次復(fù)測，最后計算平差。全站儀選取尼康DTM-352C系列中文全站儀-高精度進口全站儀，為了提高井筒短的測量精度，加入5個8"級導(dǎo)線點以檢核并消除井筒段的測量粗差。在回風(fēng)巷測設(shè)8級閉合導(dǎo)線，并且對測量結(jié)果進行平差檢測。上述行為既能夠加快測量速度，也能夠保證測算精度，其主要優(yōu)勢是既能夠有效減少施工系列影響，也能夠降低勞動強度。按照相關(guān)規(guī)定要求，1000m～2000m貫通工程屬于比較大型的貫通工程，導(dǎo)線等級需要8"級，繼而開拓貫通工程接合點中線允許偏差為0.28m，腰線允許偏差為0.08m；兩立巷道貫通在各類工程中腰線以及工程中線的允許偏差分貝增加0.08m、0.15m。

5 井筒施工期間的數(shù)據(jù)測量

5.1 檢測井筒施工中標(biāo)高

根據(jù)井口近井點的標(biāo)高，并且在二等水準(zhǔn)儀的精度要求之下測量出井筒10字基點的標(biāo)高技術(shù)，繼而以此為井筒施工中標(biāo)高的傳遞基準(zhǔn)。在施工到井筒期間，將標(biāo)高導(dǎo)入封口盤，繼而在封口盤放下檢定過的長鋼尺，與此同時加上以下四種改正措施：（1）自重改正措施；（2）拉力改正措施；（3）比長改正措施；（4）溫度改正措施。上述四種改正措施需要將標(biāo)高傳遞至相關(guān)處，繼而有效控制施工標(biāo)高。

5.2 測設(shè)井筒十字中線以及井筒中心線

根據(jù)井口近井點，按照7"級導(dǎo)線的精度要求來設(shè)置相關(guān)導(dǎo)線，與此同時按照井筒標(biāo)高來設(shè)置十字線，建立10字基點，測出坐標(biāo)各個點。按照10字基點設(shè)置井筒中心線，繼而計算出進口標(biāo)高以及井筒的中心位置。按照井筒中心線的相關(guān)指示進行挖掘，在下線中心的孔牌子處焊接在風(fēng)口盤處，在中線采用D2.32mm手搖絞車，在中心線位置采用懸掛重錘并且置于油桶中，繼而有效減少擺動誤差。在找準(zhǔn)中線位置線前，需要校正井筒中心線，按照井筒施工的具體要求在10字基線點下3～4根鋼絲到井底處。

5.3 貫通方案實施后分析精度

兩井間貫通測量方案全面實施后經(jīng)過相關(guān)檢測后得出以下相關(guān)結(jié)論：導(dǎo)線總長度中包括28個測點，地面總計1554m。在預(yù)計貫通之后，2中線差為0.28m，高程之差為0.22m；在實際貫通方案實施后，2中線之差為0.014m，高程之差為0.05m。預(yù)計貫通之后，導(dǎo)線相對閉合差1/7500，實際閉合差為1/12253。從上述相關(guān)數(shù)據(jù)來看，本次貫通測量精確度的各項誤差符合相關(guān)規(guī)定要求。

5.4 井底硐室的施工測量

按照文章中所研究的貫通方案，組織一支由10個人組成的技術(shù)隊伍，按照尼康DTM-352C系列中文全站儀-高精度進口全站儀，為了有效保證尼康DTM-352C系列中文全站儀-高精度進口全站儀儀器的精度，在使用前對儀器進行校驗，在實踐檢測過程中測定被檢測地區(qū)的溫度以及氣壓，在基礎(chǔ)參數(shù)上保證邊長測定的精確度。文章中主要利用礦井停產(chǎn)檢修期間，先沿著風(fēng)井筒方向敷設(shè)8級導(dǎo)線。在檢測過程中，由于會受到風(fēng)流的影響，所以需要在-118m車場處分別向回風(fēng)巷敷設(shè)8級閉合導(dǎo)線。為了滿足礦井生產(chǎn)的相關(guān)需要，點位均設(shè)置在巷道處繼而滿足礦井生產(chǎn)需要。所有外業(yè)測量需要嚴(yán)格按照煤礦測量規(guī)程井下8級導(dǎo)線的測量要求，在水平角以及高差出觀測邊長2測回，在邊長處5測回，在邊長以及高差處進行來回觀測，在觀測開始以及結(jié)束前分別占標(biāo)高。在全站儀觀測結(jié)束后，在不垂直與橫軸產(chǎn)生的視準(zhǔn)誤差下計算數(shù)值，測回邊長互差以及高差互差。

6 結(jié)束語

GPS技術(shù)能夠在不通視的情況下能夠準(zhǔn)確的測量到坐標(biāo)位置，具有以下測量人員少以及精度高等優(yōu)勢；全站儀集測距以及測角為一體，再由微處理計算機來控制住測距以及測角，實現(xiàn)自動化計算水平距離以及坐標(biāo)。作為一名全站儀的工作人員，能夠通過相關(guān)實踐工作來掌握兩井間貫通測量技術(shù)，聯(lián)合使用GPS技術(shù)與全站儀能夠設(shè)計出可靠度較強的地面控制網(wǎng)，繼而作為貫通工程的統(tǒng)一數(shù)據(jù)來進行相關(guān)計算。

GPS技術(shù)在兩井間貫通測量中有著極其重要的影響和作用，在文章的相關(guān)研究中主要從以下四個方面來進行：（1）GPS布網(wǎng)的布設(shè)；（2）GPS的觀測；（3）GPS方案的選取；（4）GPS施工技術(shù)期間的相關(guān)測量。總而言之，GPS技術(shù)的相關(guān)應(yīng)用對兩井間貫通測量中的數(shù)據(jù)精確度有著重要的提升作用，在今后的相關(guān)中需要廣泛推廣GPS技術(shù)以及全站儀在兩井間貫通測量中的作用，繼而進一步提高精確度，推動相關(guān)工作的順利開展。

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作者簡介：江亞明（1985-），男，漢族，江西省余干縣人，本科，工作單位：神華神東煤炭集團地測公司，研究方向：礦山測量。