兩井貫通中地面D級(jí)GNSS網(wǎng)控制測(cè)量設(shè)計(jì)研究

齊躍波

(晉煤集團(tuán)寺河礦地測(cè)科 山西 晉城 048205)

1 概述

寺河礦屬生產(chǎn)礦井，隨著集約化生產(chǎn)和礦井向深部發(fā)展，采區(qū)和采煤工作面的瓦斯涌出量劇增，要求采區(qū)和采煤工作面的通風(fēng)能力迅速增大。為了滿足礦井的安全生產(chǎn)，提高礦井的通風(fēng)能力和抗災(zāi)能力從而建立常店風(fēng)井。為保證常店風(fēng)井盡快投入使用，決定對(duì)常店風(fēng)井與東六盤區(qū)大巷進(jìn)行對(duì)接貫通。

為提高井下巷道的掘進(jìn)速度，確保常店風(fēng)井盡快投入使用，決定在東六盤區(qū)與常店風(fēng)井之間，采用相向掘進(jìn)西翼北回風(fēng)巷，預(yù)計(jì)在東井區(qū)東膠帶運(yùn)輸大巷800 m（K點(diǎn)）處貫通。常店風(fēng)井與副斜井之間的距離約8.2 km，井下導(dǎo)線長度約13 km。常店風(fēng)井垂深約370 m，副斜井長度550 m，坡度19°。

根據(jù)《煤礦測(cè)量規(guī)程》規(guī)定，結(jié)合寺河礦工程需要，確定貫通測(cè)量地面控制測(cè)量部分，采用GNSS-D級(jí)控制網(wǎng)進(jìn)行技術(shù)設(shè)計(jì)。

2 地面控制測(cè)量方案設(shè)計(jì)

目前，GPS近井網(wǎng)的建立手段已經(jīng)逐漸得到測(cè)繪業(yè)內(nèi)人士的認(rèn)可，傳統(tǒng)的地面導(dǎo)線控制網(wǎng)對(duì)通視條件要求較高，操作程序較復(fù)雜，而GNSS網(wǎng)則大大加快了建網(wǎng)速度，且對(duì)點(diǎn)位直接的通視性沒有要求，這對(duì)礦山測(cè)量的山區(qū)地形是非常適用的。目前，霍州煤電等集團(tuán)公司已經(jīng)采用此方法，探析結(jié)果表明：GPS近井網(wǎng)的建立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度和方向基準(zhǔn)的獲取。實(shí)際上，此網(wǎng)比工程貫通平面方向限差要小20 cm左右[1]。

為了確保該項(xiàng)重大貫通工程的順利實(shí)施，決定采用GNSS定位儀按D級(jí)精度靜態(tài)測(cè)量方法建立地面平面控制網(wǎng)[2]。

2.1 已有控制點(diǎn)資料情況及其利用

本測(cè)區(qū)現(xiàn)有中國礦業(yè)大學(xué)2006年施測(cè)的《晉城礦區(qū)GNSS（C級(jí)）控制網(wǎng)成果》和山西省煤炭地質(zhì)物探測(cè)繪院2007年施測(cè)的《晉城煤業(yè)集團(tuán)寺河擴(kuò)區(qū)GNSS（D級(jí)）控制網(wǎng)成果》（包括高程控制）等成果資料，井下現(xiàn)有晉城澤祥勘探測(cè)繪有限公司2008年施測(cè)的《寺河礦井下7″基本控制導(dǎo)線成果》，完全能滿足項(xiàng)目需要。

根據(jù)《全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范》和《工程測(cè)量規(guī)范》要求，結(jié)合寺河礦實(shí)際情況，對(duì)寺河井田內(nèi)原有進(jìn)行了實(shí)地勘測(cè)，對(duì)原有控制點(diǎn)進(jìn)行了認(rèn)真的審核，最后認(rèn)定“寺河礦(C級(jí))”、“劉莊(D級(jí))”、“秦莊(D級(jí))”、“前嶺(D級(jí))”、“下河(D級(jí))”、“許村(D級(jí))”、“東木圪堆(D級(jí))”、“任家莊(D級(jí))”、“常店(D級(jí))”和“馬交嶺(D級(jí))”十個(gè)點(diǎn)作為平面控制網(wǎng)的已知點(diǎn)。并實(shí)際對(duì)已知起算點(diǎn)進(jìn)行檢查，符合精度要求才可以使用。

2.2 GNSS平面控制網(wǎng)的布設(shè)及觀測(cè)方案

選擇常店風(fēng)井的“CD1”、“CD2”、“CD3”和“CD4”四個(gè)點(diǎn)作為地面待定點(diǎn)，與“寺河礦(C級(jí))”、“劉莊(D級(jí))”、“秦莊(D 級(jí))”、“前嶺(D級(jí))”、“下河(D 級(jí))”、“許村(D 級(jí))”、“東木圪堆(D 級(jí))”、“任家莊(D 級(jí))”、“常店(D級(jí))”和“馬交嶺(D級(jí))”十個(gè)已知點(diǎn)，共計(jì)14個(gè)點(diǎn)，構(gòu)成地面GNSS控制網(wǎng)，使地面坐標(biāo)系統(tǒng)成為整體。

GNSS平面控制網(wǎng)觀測(cè)方案[3-6]：

（1）平面觀測(cè)采用靜態(tài)相對(duì)定位作業(yè)模式。同步環(huán)之間采用邊連構(gòu)網(wǎng)方式施測(cè)。利用11臺(tái)GNSS接收機(jī)進(jìn)行同步觀測(cè)。

（2）本次控制網(wǎng)觀測(cè)按D級(jí)網(wǎng)精度要求實(shí)施14個(gè)控制網(wǎng)點(diǎn)，設(shè)計(jì)觀測(cè)2個(gè)時(shí)段，衛(wèi)星高度角15°，有效觀測(cè)衛(wèi)星總數(shù)≥4顆，觀測(cè)時(shí)段長度≥60分鐘，觀測(cè)中任一衛(wèi)星有效觀測(cè)時(shí)間≥15分鐘，數(shù)據(jù)采樣間隔20秒，點(diǎn)位幾何圖形強(qiáng)度因子PDOP＜6；采用點(diǎn)邊混合連接的閉合路線，重復(fù)基線比例應(yīng)大于0.1，網(wǎng)中平均獨(dú)立設(shè)站次數(shù)應(yīng)大于1.6。

（3）GNSS網(wǎng)基線解算及觀測(cè)數(shù)據(jù)檢驗(yàn)，采用隨機(jī)配備的Trimble Geomatics Office GPS軟件完成?；€解算按同步觀測(cè)時(shí)段為單位進(jìn)行，外業(yè)數(shù)據(jù)質(zhì)量應(yīng)以同一時(shí)段觀測(cè)值的數(shù)據(jù)剔除率、同步觀測(cè)環(huán)閉合差、獨(dú)立閉合環(huán)或附合路線坐標(biāo)閉合差、同一基線不同時(shí)段的較差等進(jìn)行檢驗(yàn)，并滿足規(guī)范D級(jí)精度的要求。

（4）GNSS外業(yè)采集數(shù)據(jù)檢驗(yàn)完成以后，采用隨機(jī)配備的Trimble Geomatics Office GNSS數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行GNSS網(wǎng)平差。進(jìn)行WGS—84系下的無約束平差，以反映GNSS網(wǎng)的內(nèi)部符合精度，確?；€分量的改正數(shù)絕對(duì)值小于規(guī)定值。

（5）利用無約束平差的可靠觀測(cè)量，在1954年北京坐標(biāo)系下進(jìn)行三維或二維約束平差，并對(duì)起算數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)，確保GNSS成果精度。

（6）采用GNSS網(wǎng)周邊及中央等級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)做為高程起算數(shù)據(jù)，擬合似大地水準(zhǔn)面，推算GNSS點(diǎn)高程。

GNSS接收機(jī)：Trimble 5800

水平5 mm+0.5 ppm 垂直 5 mm+1 ppm

中海達(dá)F61 GNSS

水平2.5 mm+1 ppm 垂直 5 mm+1 ppm

基線處理結(jié)果如下：

2.3 高程控制

常店風(fēng)井和副斜井的高程控制測(cè)量按《國家水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范》有關(guān)四等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)定進(jìn)行。

常店風(fēng)井的高程控制點(diǎn)是利用《寺河礦區(qū)四等水準(zhǔn)點(diǎn)成果表》中的“常店”作為起算數(shù)據(jù)，用Trimble-DiNi12精密水準(zhǔn)儀往返測(cè)量至常店風(fēng)井的井口基點(diǎn)；副斜井的高程控制點(diǎn)利用《寺河礦區(qū)四等水準(zhǔn)點(diǎn)成果表》中的“副井口”作為起算數(shù)據(jù)。

2.4 礦井聯(lián)系測(cè)量

礦井聯(lián)系測(cè)量，分別在常店進(jìn)風(fēng)立井、回風(fēng)立井(兩個(gè)立井)進(jìn)行投點(diǎn)、定向、導(dǎo)入標(biāo)高。

為了提高聯(lián)系測(cè)量的精度，采用懸掛鋼絲的方法向井下傳遞平面坐標(biāo)；陀螺定向方法向井下傳遞方向；用千米長鋼尺向下傳遞高程。

3 各種誤差參數(shù)的確定

地面GNSS選用D級(jí)精度測(cè)設(shè)，D級(jí)GNSS網(wǎng)的a≤10 ㎜，b≤10×10-6。

3.1 誤差預(yù)計(jì)

（1）地面GNSS測(cè)量引起K點(diǎn)在上的誤差：

式中：Ms—為近井點(diǎn)之間邊長SⅠⅡ的誤差；

a′—SⅠⅡ邊與貫通重要方向x′之間的夾角。式中：a—固定誤差，D、E級(jí)GNSS網(wǎng)的a≤10 mm；

b—比例誤差系數(shù)，D級(jí)GNSS網(wǎng)的b≤10×10-6，E級(jí)b≤20×10-6。

4 精度評(píng)定

此次常店風(fēng)井與東六盤區(qū)大巷進(jìn)行對(duì)接貫通要求在水平重要方向上的允許偏差不得超過0.05 m，在高程上的允許偏差不得超過0.03 m。

根據(jù)所采用的測(cè)量方案和儀器（測(cè)角2″級(jí)，測(cè)距精度為±3 mm+2×10-6D mm），計(jì)算獲得理論上的水平方向誤差為Mx限=±0.368 m，高程上的誤差為MH限=±0.262 m。常店風(fēng)井與東六盤區(qū)大巷進(jìn)行對(duì)接貫通后，經(jīng)現(xiàn)場實(shí)測(cè)貫通點(diǎn)誤差為：平面Mx=-0.105 m，高程MH=-0.092 m，貫通誤差小于預(yù)計(jì)誤差，完全符合《煤礦測(cè)量規(guī)程》要求，并以較高的精度完成了副斜井貫通測(cè)量工作。

5 結(jié)論

（1）通過對(duì)地面基線數(shù)據(jù)結(jié)算，求得此GNSS控制網(wǎng)單位權(quán)中誤差0.002 297 m，符合設(shè)計(jì)書和相關(guān)規(guī)程的各項(xiàng)要求，達(dá)到了技術(shù)設(shè)計(jì)的目的，滿足了貫通工程的地面控制測(cè)量需要。

（2）平面控制網(wǎng)測(cè)量的平面成果點(diǎn)位中誤差均在1 mm誤差內(nèi)，準(zhǔn)確可靠，符合各項(xiàng)技術(shù)要求，達(dá)到了兩井貫通中地面D級(jí)GNSS網(wǎng)控制測(cè)量設(shè)計(jì)要求。