某煤礦兩井間近井網(wǎng)布設(shè)方法的探討

張啟斌，李同慶，吳曉倩

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某煤礦兩井間近井網(wǎng)布設(shè)方法的探討

張啟斌，李同慶，吳曉倩

(山東科技大學(xué) 測(cè)繪科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島市 266590)

結(jié)合某煤礦西風(fēng)井貫通測(cè)量項(xiàng)目近井網(wǎng)布測(cè)具體工程實(shí)例，給出了建立煤礦近井網(wǎng)的布設(shè)方法，通過GPS網(wǎng)布設(shè)、外業(yè)實(shí)施、內(nèi)業(yè)處理、精度評(píng)定等一系列工作，論證了用GPS網(wǎng)建立高精度近井點(diǎn)的可靠性，并采用大網(wǎng)控制，檢驗(yàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定性，小網(wǎng)坐標(biāo)解算的新思路驗(yàn)證其可行性。用不同的固定點(diǎn)參與平差成果計(jì)算，并對(duì)其結(jié)論進(jìn)行精度分析，以便為井下高精度巷道貫通提供地面基準(zhǔn)。

煤礦；近井網(wǎng)；GPS網(wǎng)；貫通測(cè)量

0 引 言

近井點(diǎn)是布設(shè)在礦井口附近的測(cè)量控制點(diǎn)，用于向礦井下傳遞地面已知坐標(biāo)、方位角或高程，即指導(dǎo)井下生產(chǎn)工作的基準(zhǔn)[1?3]。建立近井點(diǎn)的傳統(tǒng)方法有后方交會(huì)法、三角測(cè)量和三邊測(cè)量[4?7]，對(duì)于實(shí)際環(huán)境中地形復(fù)雜亦可以采用三角高程測(cè)量法[8?9]，而傳統(tǒng)的測(cè)量方法具有自身的缺點(diǎn)。

全球定位系統(tǒng)(GPS)的不斷完善和廣泛應(yīng) 用[10?13]，為礦井建立進(jìn)井點(diǎn)提供了新技術(shù)和新方法。本文擬以兩井之間貫通測(cè)量為例，建立地面近井網(wǎng)，探討利用GPS技術(shù)建立近井點(diǎn)的方法。

1 近井網(wǎng)建立

1.1 工程概況

項(xiàng)目為某礦副井與西風(fēng)井之間進(jìn)行貫通測(cè)量，貫通工程從副井開始經(jīng)副井北門繞道、西翼猴車通道、?750下部車場(chǎng)及?750正石門、?750西翼軌道大巷、-750集中回風(fēng)巷和?580水平回風(fēng)巷西風(fēng)井，貫通路線全長約7公里(單程長度)。且因?yàn)榈V井地質(zhì)結(jié)構(gòu)和貫通距離的影響，高精度貫通顯得尤為重要。

1.2 已有起算數(shù)據(jù)

礦區(qū)井A和井B進(jìn)行兩井間巷道貫通時(shí)，基于起算點(diǎn)已有資料分析，在建立近井網(wǎng)時(shí)仍然要以EJW和煤倉點(diǎn)起算(見表1)，保證了坐標(biāo)系統(tǒng)的統(tǒng)一性。

1.3 近井點(diǎn)的布設(shè)

雖然GPS觀測(cè)具有不通視、測(cè)距長等一系列優(yōu)點(diǎn)，在布設(shè)近井點(diǎn)點(diǎn)位時(shí)具有很大的靈活性。但GPS接收機(jī)容易受到無線電磁波磁和其他不確定障礙物的影響，因?yàn)榻c(diǎn)布設(shè)在礦區(qū)，更要考慮礦區(qū)地面沉降的影響，為了使布設(shè)的近井點(diǎn)能夠在使用方便的同時(shí)滿足長期保存且點(diǎn)位變化幾乎忽略的條件，因此布設(shè)近井點(diǎn)應(yīng)遵循以下規(guī)則：

表1 礦區(qū)現(xiàn)存已知點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)

(1) 近井點(diǎn)周圍無障礙物，以避免多路徑效應(yīng)；

(2) 近井點(diǎn)應(yīng)布設(shè)在便于保存且使用方便的位置，井口處布設(shè)至少一個(gè)控制點(diǎn)且與至少一個(gè)控制點(diǎn)相互通視[3]；

(3) 地面基礎(chǔ)堅(jiān)固，地質(zhì)條件好，遠(yuǎn)離水域或可能存在沉降的區(qū)域[4]；

(4) 近井點(diǎn)應(yīng)交通方便，便于其他測(cè)量實(shí)施；

(5) 兩近井點(diǎn)間盡量連接為一條基線。

基于以上近井點(diǎn)布設(shè)規(guī)則，在風(fēng)井周圍埋設(shè)F0、F1、F2，主近井點(diǎn)選埋于副井井口穩(wěn)定處命名為F03，4個(gè)點(diǎn)符合近井點(diǎn)要求，已知5個(gè)礦區(qū)舊點(diǎn)：EJW、XMC、YXF、MS、XK，其標(biāo)石穩(wěn)定，符合要求。利用舊點(diǎn)目的是為了坐標(biāo)系統(tǒng)的統(tǒng)一性檢查。布測(cè)近井網(wǎng)的同時(shí)，按D級(jí)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)2個(gè)已有5秒點(diǎn)，其分別為I03、I04，作為陀螺定向的地面已知邊，其命名與原點(diǎn)相同。

2 外業(yè)觀測(cè)

2.1 儀器配備

為了確保近井網(wǎng)精度和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，11個(gè)近井網(wǎng)點(diǎn)利用11臺(tái)接收機(jī)同時(shí)段測(cè)量，一次成網(wǎng)，獨(dú)立兩個(gè)時(shí)段。

使用11臺(tái)Trimble R4 GPS雙頻接收機(jī)觀測(cè)，標(biāo)稱精度為±(5 mm+1 ppm×D)，按靜態(tài)相對(duì)定位模式。

2.2 觀測(cè)實(shí)施

觀測(cè)實(shí)施采用經(jīng)典靜態(tài)相對(duì)定位模式，作業(yè)方法是將11臺(tái)GPS接收機(jī)分別安置在11個(gè)點(diǎn)上，同步觀測(cè)90 min，量取儀器高，并記錄測(cè)站信息。

作業(yè)組在觀測(cè)實(shí)施前，應(yīng)先根據(jù)計(jì)劃書的GPS近井網(wǎng)編制觀測(cè)計(jì)劃調(diào)度表，以便于在實(shí)際觀測(cè)時(shí)進(jìn)行調(diào)度。針對(duì)GPS網(wǎng)、采用的GPS接收機(jī)臺(tái)數(shù)和定位模式，制定了測(cè)區(qū)的觀測(cè)調(diào)度計(jì)劃。統(tǒng)一觀測(cè)、分開解算。

最后近井控制網(wǎng)由11個(gè)控制點(diǎn)組成，4個(gè)已知C級(jí)GPS點(diǎn)，7個(gè)D級(jí)GPS點(diǎn)(見圖1)。

考慮到近井網(wǎng)測(cè)量及其檢測(cè)成果，兼顧地面陀螺定向，將GPS近井網(wǎng)進(jìn)行落地檢核，其網(wǎng)型如圖2 所示。

圖1 GPS近井網(wǎng)(局部)

圖2 GPS近井網(wǎng)(局部)

3 數(shù)據(jù)處理

應(yīng)用隨機(jī)數(shù)據(jù)處理軟件HGO進(jìn)行GPS網(wǎng)平差。首先在WGS-84坐標(biāo)下進(jìn)行三維無約束平差，然后進(jìn)行二維約束平差。解算分兩步：先整體解算11個(gè)點(diǎn)，網(wǎng)型如圖1，再解算F0、F1、F2、F03、I03、I04，網(wǎng)型如圖2，以確保網(wǎng)內(nèi)更高精度。平差后對(duì)GPS網(wǎng)的平差成果與原控制成果進(jìn)行比較和分析，進(jìn)行外符合檢查，獲得高質(zhì)量的成果。

采取兩種解算方案，方案一：以MS-煤倉為固定點(diǎn)參與平差；方案二：以MS-B礦為固定點(diǎn)參與平差，以檢查坐標(biāo)系統(tǒng)的統(tǒng)一性。

兩種方案未知點(diǎn)解算較差，如表2所示。

兩種方案未知點(diǎn)解算較差相比，方案二解算未知點(diǎn)坐標(biāo)精度更高，據(jù)此建立的近井網(wǎng)坐標(biāo)成果如表3所示。

表2 未知點(diǎn)解算較差

表3 GPS近井網(wǎng)坐標(biāo)成果

4 結(jié) 論

結(jié)合某煤礦西風(fēng)井貫通測(cè)量實(shí)例，在煤礦近井網(wǎng)的布設(shè)方法上進(jìn)行了探討、實(shí)踐，最后得出相應(yīng)的結(jié)果，其具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1) 根據(jù)不同的大型工程在布設(shè)近井點(diǎn)所構(gòu)成的近井網(wǎng)時(shí)要考慮工程所需精度，確定近井網(wǎng)的等級(jí)；

(2) 根據(jù)工程的近井點(diǎn)的需求和應(yīng)用，提出了新的布點(diǎn)要求和思路；

(3) 在數(shù)據(jù)處理方面采用不同的固定點(diǎn)參與平差，并對(duì)兩種平差結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比；

(4) 在布設(shè)近井網(wǎng)的同時(shí)兼顧陀螺定向已知邊 確定。

本文的實(shí)踐可以推廣借鑒。

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(2018?08?05)

張啟斌(1992—)，男，寧夏固原人，在讀碩士，研究方向?yàn)榇蟮販y(cè)量學(xué)與工程測(cè)量。