地面控制及井上下聯(lián)系測(cè)量應(yīng)用分析

班麗娟 高瑩超

（1.平頂山天安煤業(yè)股份有限公司勘探工程處，河南平頂山 467000；2.新疆天地華泰采礦工程技術(shù)股份有限公司奇臺(tái)縣分公司，新疆昌吉 831800）

0.引言

該單位井田位于許昌市襄城縣紫云鎮(zhèn)西南，平頂山市北東，礦區(qū)范圍由12個(gè)拐點(diǎn)坐標(biāo)連線(xiàn)圈定。井田東西走向長(zhǎng)約6.6km，南北傾向?qū)捈s4.1km，面積26.9279km2，地面標(biāo)高一般+80m～+100m，相對(duì)高差15m～30m，地面坡度10°～20°。該單位投產(chǎn)首采面為己15―12010綜采工作面，走向1080m，采長(zhǎng)213m，目前，礦井開(kāi)采一水平（-600m水平），共布置有三個(gè)采區(qū)，即戊一采區(qū)、己一采區(qū)、己二采區(qū)，礦井采用走向長(zhǎng)壁后退式采煤方法，全部垮落法管理頂板。

1.主要工作內(nèi)容分析

1.1 測(cè)量?jī)?nèi)容

首先在礦區(qū)內(nèi)布設(shè)6個(gè)E級(jí)GPS控制點(diǎn)，進(jìn)行靜態(tài)觀測(cè)并整體平差。井上下聯(lián)系測(cè)量1次：井上測(cè)量采用7″級(jí)復(fù)測(cè)支導(dǎo)線(xiàn)進(jìn)行測(cè)量，采用GTS-311型全站儀，測(cè)角采用測(cè)回法，同時(shí)測(cè)量?jī)A角、斜邊，傾角兩個(gè)測(cè)回，斜邊對(duì)向觀測(cè)，每次兩測(cè)回，地面導(dǎo)線(xiàn)長(zhǎng)度約0.3km；井下導(dǎo)線(xiàn)測(cè)量用7″級(jí)全站儀按一級(jí)光電導(dǎo)線(xiàn)施測(cè)；水平角觀測(cè)二測(cè)回或左右角，垂直角二測(cè)回。導(dǎo)線(xiàn)邊較短時(shí)，需兩次儀器高重新對(duì)中整平觀測(cè)。測(cè)角采用GTS-311型全站儀，采用測(cè)回法，同時(shí)測(cè)量?jī)A角、斜邊。陀螺定向邊3條：分別在-600水平軌道石門(mén)、-760水平運(yùn)輸大巷和己二集中軌道巷加測(cè)陀螺邊。導(dǎo)線(xiàn)測(cè)量：導(dǎo)線(xiàn)測(cè)量作業(yè)模式主要為：實(shí)地觀測(cè)，測(cè)得計(jì)算所需的邊長(zhǎng)、水平角、高差等數(shù)據(jù)；然后再進(jìn)行手工的方位角推算、坐標(biāo)正算和展點(diǎn)上圖等內(nèi)業(yè)工作。井下導(dǎo)線(xiàn)測(cè)量工作，主要是通過(guò)坐標(biāo)正算原理及附合導(dǎo)線(xiàn)坐標(biāo)計(jì)算方法獲取實(shí)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)[1]。

1.2 坐標(biāo)正算

坐標(biāo)正算，就是已知直線(xiàn)的邊長(zhǎng)、方位角和一個(gè)端點(diǎn)的坐標(biāo)，推算直線(xiàn)另一個(gè)端點(diǎn)的坐標(biāo)。如圖1所示，已知直線(xiàn)AB的方位角αAB、直線(xiàn)BC的水平邊長(zhǎng)S、前進(jìn)方向的左角β、B點(diǎn)坐標(biāo)（XB，YB），推算C點(diǎn)坐標(biāo)（XC，YC）。

圖1 圖為坐標(biāo)正算

具體推算公式如下：

1.3 附合導(dǎo)線(xiàn)坐標(biāo)計(jì)算

附合導(dǎo)線(xiàn)的坐標(biāo)計(jì)算與閉合導(dǎo)線(xiàn)的坐標(biāo)計(jì)算基本相同，僅在角度閉合差的計(jì)算與坐標(biāo)增量閉合差的計(jì)算方面稍有差別。井上5秒級(jí)導(dǎo)線(xiàn)測(cè)量，大約0.3km；井下7秒級(jí)導(dǎo)線(xiàn)測(cè)量，施測(cè)井下控制點(diǎn)26個(gè)，往返導(dǎo)線(xiàn)總長(zhǎng)8.8km；井下控制點(diǎn)成果解算兩套。一套以GPS成果J001和J002兩點(diǎn)的坐標(biāo)和高程為起算數(shù)據(jù)，計(jì)算井下控制點(diǎn)的坐標(biāo)和高程；一套以礦方提供的井下“3”的已知坐標(biāo)和方位角α3-A為起算數(shù)據(jù)計(jì)算地面4個(gè)點(diǎn)和井下26個(gè)控制點(diǎn)的坐標(biāo)和高程[2]。

2.主要工作實(shí)施方案分析

2.1 采用井上下聯(lián)系測(cè)量的方法和技術(shù)，對(duì)整個(gè)礦區(qū)重新布設(shè)控制點(diǎn)

首先確定精確可靠的井上下測(cè)量系統(tǒng)起算點(diǎn)數(shù)據(jù)：目前以該單位“龜山”“辦公樓”兩點(diǎn)的坐標(biāo)成果作為已知起算點(diǎn)。此兩點(diǎn)成果為GPS網(wǎng)平差新解算的成果，經(jīng)實(shí)地全站儀檢測(cè)，此兩點(diǎn)可作為此次測(cè)量工程起算控制點(diǎn)，通過(guò)E級(jí)靜態(tài)GPS控制測(cè)量聯(lián)測(cè)，測(cè)定礦井地面近井點(diǎn)坐標(biāo)；再以地面近井點(diǎn)坐標(biāo)為起算點(diǎn)，進(jìn)行礦井聯(lián)系測(cè)量，通過(guò)長(zhǎng)鋼絲導(dǎo)入標(biāo)高、坐標(biāo)及井下陀螺定向，將地面坐標(biāo)傳遞至井下永久導(dǎo)線(xiàn)點(diǎn)上；以永久導(dǎo)線(xiàn)點(diǎn)坐標(biāo)為井下起算數(shù)據(jù)，采用7秒級(jí)全站儀三架法進(jìn)行導(dǎo)線(xiàn)測(cè)量。

2.2 采用新型儀器，提高控制點(diǎn)測(cè)量精度解決巷道延伸距離太遠(yuǎn)問(wèn)題

井上近井點(diǎn)測(cè)量采用高精度E級(jí)“靜態(tài)GPS控制測(cè)量”；儀器用南方公司的靈銳S-86型GPS接收機(jī)，采用直徑1.2毫米的高強(qiáng)度碳素鋼絲長(zhǎng)鋼絲導(dǎo)入標(biāo)高及坐標(biāo)；井下導(dǎo)線(xiàn)采用測(cè)角精度7〞，采用定向精度15〞的日本索佳GP2X-C1型陀螺全站儀定向數(shù)據(jù)處理采用“平差易”測(cè)量專(zhuān)用計(jì)算軟件微機(jī)處理。

2.3 利用井下導(dǎo)線(xiàn)測(cè)量，提高工作效率減少人為出錯(cuò)問(wèn)題

獨(dú)立編制基于井上下聯(lián)系測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)處理軟件，該軟件采用直觀的形式進(jìn)行坐標(biāo)解算操作，并將計(jì)算結(jié)果顯示、存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)中，簡(jiǎn)化了內(nèi)業(yè)計(jì)算過(guò)程和檢查校對(duì)，且軟件通過(guò)與AutoCAD的交互操作，實(shí)現(xiàn)了測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)計(jì)算與展點(diǎn)上圖一體化操作。

2.4 利用全站儀“三聯(lián)架”法測(cè)量技術(shù)

“三聯(lián)架”法每觀測(cè)一站，只需在新的前視點(diǎn)上將三腳架整平對(duì)中一次，臨時(shí)點(diǎn)無(wú)須建點(diǎn)，臨時(shí)點(diǎn)無(wú)須對(duì)中，只須在固定點(diǎn)對(duì)中，減少了對(duì)中次數(shù)和調(diào)平的次數(shù)，減少對(duì)中次數(shù)、量高的次數(shù)，提高了測(cè)量精度，減小測(cè)量誤差的影響；只須在固定點(diǎn)量高，臨時(shí)點(diǎn)無(wú)須量高，避免了量高的粗差，每測(cè)站由原來(lái)平均15min減少為5min左右，省去了巷道頂板埋點(diǎn)的時(shí)間和工作量，降低了測(cè)量工作的勞動(dòng)強(qiáng)度和工作時(shí)間，提高了工作效率，為礦井基本控制點(diǎn)的建立和井上下聯(lián)系測(cè)量工作提供了可靠的技術(shù)服務(wù)和依據(jù)[3]。

2.5 嚴(yán)格把控生產(chǎn)過(guò)程的質(zhì)量和提高工作效率

在整個(gè)工程測(cè)量工程中，測(cè)量小組嚴(yán)格按照工程技術(shù)設(shè)計(jì)中要求的測(cè)量工期、時(shí)間間隔準(zhǔn)時(shí)進(jìn)行測(cè)量，每次外業(yè)測(cè)量及內(nèi)業(yè)計(jì)算嚴(yán)格按設(shè)計(jì)中技術(shù)要求等級(jí)及限差進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)操作及內(nèi)業(yè)計(jì)算，外業(yè)測(cè)量中技術(shù)員現(xiàn)場(chǎng)把關(guān)，發(fā)現(xiàn)超限立即重測(cè)或補(bǔ)測(cè)，每次內(nèi)業(yè)及時(shí)計(jì)算，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理，以避免一次測(cè)量工作完成后發(fā)現(xiàn)問(wèn)題進(jìn)行整體重測(cè)或大量補(bǔ)測(cè)，既提高了測(cè)量效率，又節(jié)約了人工成本，更能保證成果精度，整個(gè)工程完成后，及時(shí)對(duì)所有測(cè)量進(jìn)行分析處理并寫(xiě)出最終技術(shù)總結(jié)。

3.主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)概論以及成果分析

3.1 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)概論

重新建立該單位采區(qū)E級(jí)控制測(cè)量系統(tǒng)，為今后各采區(qū)各工作面精確控制打下良好的基礎(chǔ)；在基本控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上建立15〞級(jí)采區(qū)控制系統(tǒng)，使得各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均符合控制測(cè)量規(guī)程規(guī)定，達(dá)到國(guó)家二級(jí)導(dǎo)線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)井下高精度控制測(cè)量；滿(mǎn)足了各項(xiàng)工程的設(shè)計(jì)、施工對(duì)礦山測(cè)量工作的要求，杜絕因測(cè)量引起的工程浪費(fèi)施工及廢巷等測(cè)量事故；由于利用全站儀采用“三聯(lián)架”法測(cè)量技術(shù)，降低了測(cè)量工作的勞動(dòng)強(qiáng)度和工作時(shí)間，提高了工作效率，很大程度上縮短了占用井下生產(chǎn)時(shí)間；獨(dú)立編制基于井上下聯(lián)系測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)處理軟件，該軟件采用直觀窗口的形式進(jìn)行坐標(biāo)解算操作，并將計(jì)算結(jié)果顯示、存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)中，大大簡(jiǎn)化了內(nèi)業(yè)計(jì)算過(guò)程，避免了人為計(jì)算錯(cuò)誤的出現(xiàn)，提高了工作效率，且軟件通過(guò)與AutoCAD的交互操作，實(shí)現(xiàn)了測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)計(jì)算與展點(diǎn)上圖一體化操作。該軟件計(jì)算高效，結(jié)果可靠，為巷道準(zhǔn)確貫通、安全回采提供了有力保證。

3.2 成果分析

該工程的測(cè)量成果已應(yīng)用于該單位斜井掘進(jìn)，達(dá)到了工程的立項(xiàng)目標(biāo)，對(duì)該單位的巷道開(kāi)拓及安全生產(chǎn)提供了可靠數(shù)據(jù)及技術(shù)資料，為其節(jié)約了時(shí)間成本和生產(chǎn)成本，得到了該單位的認(rèn)可，為該單位的可持續(xù)發(fā)展，做出了有益的貢獻(xiàn)。該成果是煤礦測(cè)量技術(shù)的綜合應(yīng)用和創(chuàng)新，節(jié)約成本，提高區(qū)域控制測(cè)量精度，同時(shí)增大了礦井資源回收率和資源利用率，延伸了礦井的服務(wù)年限，取得了明顯的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，值得在集團(tuán)公司礦山測(cè)量中推廣實(shí)施。

4.結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)課題組成員深入開(kāi)展該單位的貫通測(cè)量，攻克了礦山巷道貫通測(cè)量工作中多年來(lái)未攻克的技術(shù)難關(guān)，從儀器和技術(shù)方面由原來(lái)單一落后的測(cè)量發(fā)展為多元化、數(shù)字化的測(cè)量技術(shù)，大大提高了測(cè)量精度。應(yīng)用效果分析，說(shuō)明我們采取技術(shù)手段是成功的，取得了明顯的社會(huì)效益，為煤礦今后各項(xiàng)測(cè)量技術(shù)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。