采用GPS控制測(cè)量系統(tǒng)圈定西溝煤業(yè)保安煤柱

張晉鋒

（山西陽(yáng)城陽(yáng)泰集團(tuán)西溝煤業(yè)有限公司，山西 陽(yáng)城 048100）

1 工程概況

山西陽(yáng)城陽(yáng)泰集團(tuán)西溝煤業(yè)有限公司為對(duì)礦界范圍內(nèi)指定的村莊、水體、道路進(jìn)行定位測(cè)量，并按規(guī)定對(duì)所測(cè)村莊圈定保安煤柱?，F(xiàn)通過(guò)建立井上E級(jí)地面GPS控制網(wǎng)，作為井上下聯(lián)測(cè)，建立井下控制網(wǎng)，作為地面村莊、水體、道路定位測(cè)量的起始依據(jù)；建立井下7″級(jí)主要巷道控制網(wǎng)。

根據(jù)礦井的具體情況，擬定以E級(jí)GPS控制測(cè)量作為地面首級(jí)控制測(cè)量，全站儀閉合導(dǎo)線、復(fù)測(cè)支導(dǎo)線、附合導(dǎo)線作為圖根控制測(cè)量的工作方案，選擇7″級(jí)復(fù)測(cè)支導(dǎo)線作為井下首級(jí)控制，對(duì)井田范圍內(nèi)的9個(gè)自然村莊（原崔凹礦區(qū)一個(gè)），礦區(qū)內(nèi)一條高速公路，一條一級(jí)公路，分別進(jìn)行野外測(cè)量作業(yè)，以進(jìn)行保安煤柱計(jì)算和留設(shè)作業(yè)，具體工藝流程圖、地面E級(jí)GPS控制網(wǎng)見圖1。

圖1 保安煤柱圈定工藝流程及GPS控制網(wǎng)

2 GPS控制測(cè)量作業(yè)

2.1 控制測(cè)量的選擇及精度要求

本次圈定保安煤柱的GPS控制測(cè)量采用E級(jí)GPS控制測(cè)量，觀測(cè)方法為GPS靜態(tài)相對(duì)定位測(cè)量。GPS網(wǎng)的布設(shè)邊數(shù)為每次4邊，相鄰點(diǎn)間距最大為14.2 km。采用國(guó)家80坐標(biāo)系坐標(biāo)作為控制點(diǎn)，控制測(cè)量所得的數(shù)據(jù)采用中海達(dá)專用數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行解算。

井下平面控制測(cè)量采用7″級(jí)復(fù)測(cè)支導(dǎo)線，相對(duì)閉合差不大于1/6000，方位角閉合差不大于；（礦井一翼長(zhǎng)度小于5 km）；井下高程控制測(cè)量與井下平面控制測(cè)量同步進(jìn)行，選擇一級(jí)三角高程測(cè)量。相鄰兩點(diǎn)往返測(cè)高差，互差不大于10 mm+0.3 mm×L（導(dǎo)線水平邊長(zhǎng)）；三角高程閉合差不大于（導(dǎo)線長(zhǎng)度）。

由于西溝煤業(yè)井田范圍內(nèi)的村莊和高速公路較多，現(xiàn)僅以上李村和高速公路為例，闡述保安煤柱圈定測(cè)量過(guò)程。

2.2 地面及圖根控制測(cè)量

（1）地面控制測(cè)量：以JCD3159、JCD3158、JCD3156三個(gè)80坐標(biāo)系國(guó)家GPS控制點(diǎn)坐標(biāo)成果作為GPS近井點(diǎn)控制測(cè)量起始依據(jù)，布置測(cè)設(shè)GPS近井點(diǎn)16個(gè)，具體控制網(wǎng)見圖1。

（2）圖根測(cè)量：以首級(jí)GPS控制點(diǎn)為起始點(diǎn)，布設(shè)圖根閉合導(dǎo)線、圖根附合導(dǎo)線和復(fù)測(cè)支導(dǎo)線控制網(wǎng)見圖3。測(cè)回?cái)?shù)為一測(cè)回，導(dǎo)線長(zhǎng)度均小于1000 m。本次圖根測(cè)量作業(yè)得出的上李村和高速公路的坐標(biāo)成果見表1。

圖根測(cè)量作業(yè)進(jìn)行完畢后，進(jìn)行碎部測(cè)量作業(yè)，具體碎部點(diǎn)測(cè)量成果不一一列出。

表1 上李村和高速公路圖根點(diǎn)坐標(biāo)成果

圖2 圖根控制網(wǎng)

2.3 井下控制測(cè)量

根據(jù)施工方案，井下平面采用7″級(jí)復(fù)測(cè)支導(dǎo)線，并建立固定控制點(diǎn)。本次共測(cè)導(dǎo)線長(zhǎng)2689.124 m，采用測(cè)回法進(jìn)行測(cè)量作業(yè)，測(cè)角中誤差為7″；井下高程控制測(cè)量選擇電磁波三角高程測(cè)量與平面控制同步進(jìn)行。測(cè)量結(jié)果得出井下導(dǎo)線固定點(diǎn)坐標(biāo)，見表2。

表2 井下導(dǎo)線固定點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)

3 保安煤柱的圈定與成圖

3.1 保安煤柱設(shè)計(jì)

（1）保安煤柱的設(shè)計(jì)原理：保護(hù)對(duì)象的邊界在表土層內(nèi)按表土移動(dòng)角，在基巖內(nèi)按移動(dòng)角，向下作保護(hù)面與煤層相交，交線圍成的部分即為保護(hù)煤柱。

（2）受護(hù)邊界方法的確定：在平面圖上各邊作平行于受護(hù)對(duì)象總輪廓的多邊形；在各邊多邊形外側(cè)作圍護(hù)帶，該圍護(hù)帶外邊界即為受護(hù)邊界。

（3）圍護(hù)帶寬度的確定：本次受護(hù)的建筑絕大部分為兩層以上房屋，圍護(hù)帶的寬度確定為15 m；高速公路按規(guī)定，圍護(hù)帶的寬度為20 m。

（4）保安煤柱設(shè)計(jì)方法的選擇：建筑物采用垂直斷面法進(jìn)行；高速公路、一級(jí)公路（延伸形構(gòu)筑物）采用垂線法進(jìn)行。

（5）移動(dòng)角值及地表變形計(jì)算參數(shù)的確定：該礦未建立過(guò)地表觀察站，按類比方法進(jìn)行參數(shù)確定。根據(jù)地質(zhì)資料可知，3號(hào)煤層的上覆巖層多為砂巖、泥巖及少部分礫巖；表土松散層為20 m；煤層傾角為3°～7°，煤層厚度平均4.32 m；采煤方法為長(zhǎng)壁采煤法；頂板管理為全陷落法。以此為依據(jù)選擇晉城礦區(qū)的移動(dòng)參數(shù)作為本次保護(hù)煤柱的計(jì)算參數(shù)，即δ=γ=72°，β=72°-0.5α=68.5°，ψ=45°。

（6）用垂直斷面法與煤層走向斜交的受護(hù)對(duì)象保護(hù)煤柱的設(shè)計(jì)原則：在松散層內(nèi)用ψ角劃直線；在基巖內(nèi)分別以斜交剖面移動(dòng)角β′、γ′代替β、γ角劃直線，直線與煤層底板的交點(diǎn)即為保護(hù)煤柱在煤層該斜交剖面上的上下邊界。β′、γ′角按下式計(jì)算：

（7）其它參數(shù)的確定：煤的密度：1.45 g/cm3；村莊、水體、公路的外圍線現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際采集；煤層厚度由實(shí)際采集的地面標(biāo)高與西溝煤業(yè)采掘工程平面圖上等高線，按標(biāo)高內(nèi)插法求取的底板高程相減得到；與走向線所夾銳角θ，在圖上實(shí)際量??；上下山方向在采掘工程平面圖上求得。

3.2 保安煤柱的確定與成圖

根據(jù)上述保安煤柱設(shè)計(jì)流程及各項(xiàng)參數(shù)，采用垂直斷面法與煤層走向斜交的受護(hù)對(duì)象保護(hù)煤柱的設(shè)計(jì)，得出上李村及高速公路的保安煤柱范圍。

（1）上李村保安煤柱：上李村外圍線實(shí)測(cè)坐標(biāo)、煤柱設(shè)計(jì)參數(shù)見表3，保安煤柱拐點(diǎn)坐標(biāo)見表4，具體圖形見圖3。

表3 上李村外圍線實(shí)測(cè)坐標(biāo)、煤柱設(shè)計(jì)參數(shù)

表4 上李村保安煤柱拐點(diǎn)坐標(biāo)

圖3 井田范圍內(nèi)小李村保安煤柱留設(shè)范圍

（2）高速公路保護(hù)煤柱：高速公路保護(hù)煤柱，選取礦界范圍內(nèi)埋深最大且有代表性的三個(gè)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，取最大保護(hù)距離作為高速公路的保護(hù)線，測(cè)量計(jì)算得出高速公路邊線坐標(biāo)。具體高速公路的邊線實(shí)測(cè)坐標(biāo)、煤柱設(shè)計(jì)參數(shù)如表4所示。并從上坐標(biāo)點(diǎn)中選取1號(hào)點(diǎn)（全站儀點(diǎn)號(hào)5）、60號(hào)點(diǎn)（全站儀點(diǎn)號(hào)74）、39號(hào)點(diǎn)（全站儀點(diǎn)號(hào)52）三個(gè)剖面計(jì)算保護(hù)煤柱，見表5。

表5 高速公路垂線法求取高速公路保護(hù)煤柱邊界參數(shù)

高速公路不同剖面點(diǎn)的保安煤柱見圖4。根據(jù)三個(gè)剖面的計(jì)算，選取110.5 m作為該段高速公路保護(hù)線的偏移距離。

圖4 高速公路不同全站儀點(diǎn)高速公路剖面

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)西溝煤業(yè)井田范圍內(nèi)現(xiàn)有的村莊、水體和道路情況，采用GPS控制測(cè)量系統(tǒng)，進(jìn)行地面測(cè)量、圖根測(cè)量、碎部測(cè)量和井下控制測(cè)量的方式，得出井下導(dǎo)線控制點(diǎn)的坐標(biāo)值，再根據(jù)保安煤柱的設(shè)計(jì)原理、設(shè)計(jì)方法及參數(shù)選取原則，進(jìn)行保安煤柱的設(shè)計(jì)與成圖作業(yè)。本文以井田內(nèi)小李村和高速公路為例，給出了這兩處保安煤柱的范圍。