GPS在煤礦井筒十字線設定中的應用

摘要：井筒十字線對于煤礦具有極其重要的作用，十字線的測量結果直接影響到煤礦各類設施的施工質量。由于GPS測量技術相對于常規測量有：操作簡單、定位精度高、測站間無需通視、適合全天候測量等優點，本文簡述GPS技術在口孜東煤礦井筒十字線測量中的應用。

關鍵詞：GPS 井筒十字線 靜態 RTK

0 引言

井筒十字線是工業廣場各類建筑布置、管線路標定、井筒及井下硐室巷道施工測景的主要依據，在整個礦山施工過程中起著極為重要的作用，應采取有效措施進行布設、維護與管理。

根據建井期的不同階段對十字線點的不同要求分等級建立十字線樁點，點的數量和埋設要求可靈活掌握。前期即準備期，十字線是滿足鉆探孔、水文孔和注漿孔的布置，可布置垂直度不大于20′的臨時十字線，每個方向不必強調3個點，樁點可用木樁、鐵管樁；建井期十字線按正規要求，每個方向至少布置3個點，點位可布置在離井筒較遠地點，基礎可敷設大一點，垂直度不得大于30″，精度要滿足測量技術的要求，但多數點只能服務到井筒施工結束，提升系統及土建安裝還需要重新檢查恢復井筒十字線；移交期十字線恢復量最大，能保存下來的老點基本上都位于建筑物頂上，十字線點只能逐個方向恢復，然后通過聯測、檢查和標定，通過整體控制、聯測校核，保證精度。

1 GPS在十字線測量中的實際運用

下面以口孜東礦基建階段十字中心線的標定和維護為例。口孜東煤礦是國投新集于2006年開工建設的又一對特大型煤礦。其設計產量為500萬噸/年，礦區自然標高為27M左右，地勢平坦，交通便利，煤炭儲量豐富。

1.1 基建初期十字線點的施測礦井前期準備期，依靠工廣附近的國家級控制點和航測成果中的C、D級控制點，進行D級GPS控制網的施測，測量儀器選用的是Smart6200蘭臺套，采取GPS靜態的作業辦法，觀測前使用專業軟件進行衛星預報，研究衛星圖形強度因子，分析所要觀測點的最佳時間段，組織觀測圖形和所經路線等(見圖1)，嚴格按照GPS測量規范D級要求作業。具體要求如表1：

資料處理采用Smart 6200隨機平差軟件SpectrUm Survey 3.22進行嚴密平差。成果資料為北京54坐標系，所有基線向量的精度都符合所要的控制網精度。

待前期控制網完成后，口孜東礦開工前期階段的十字線標定是利用GPS的RTK技術完成的。RTK技術是GPS測量技術與數據傳輸相結合而構成的實時定位技術，主要由兩部分組成，即基準站和流動站。基準站連續把觀測到的衛星數據發射出去，流動站實時差分處理基準站的流動性的載波相位觀測值，獲取所在點的坐標、高程和精度指標。利用RTK技術，能夠滿足快速求得厘米級整周模糊度固定解的要求，在接收到較多GPS衛星信號、多路徑現象影響小的情況下，RTK在5s內確定整周模糊度固定解的置信度達到99％，做到動態測量時的平面精度達±(10mm+l×10^-6D)。這一精度已經完成能夠達到建井前期的技術要求。在樁點保護完好的前提下，可以一直使用到井架準備建立前期。

1.2 加密十字線點當礦建和土建安裝工程大規模準備開工，前期的十字線點已達不到礦井技術使用要求時，必須在原有點位的基礎上增加主、副、風三井十字線方向的點位個數，在每個方向上至少布置3個點，點間距離一般不小于20m，且距井口邊緣最低的那個點到井口距離不小于30m，并聯系設計單位提供的工廣平面圖，選取通視條件較好且保存時間長的點位。

在基點點型設計上，根據土質、含水量、凍結深度、工廣地面的設計高程和實際高程之差來選之。由于施工條件復雜，工廣內建筑物和構筑物、管道、道路密集，又多為機械施工，因此，基點的保護十分困難。為了便于使用和長期保存，基點盡可能避開地面臨時和永久建、構筑物，并且設在受采動影響較小的區域內，設置保護圍欄或建立保護標志。

1.2.1 由于礦井還處于預開工階段，因此礦內的建筑物并不多，通視條件較好。新埋設的十字線點，通過之前已做好的臨近控制點，采用GPS快速靜態的方法，在每條十字線上的兩端定出兩點，并刻在基點樁的鋼軌上，再利用這每條十字線兩端的點，通過全站儀穿線的方法，加刻出線上其他各點。注意的是，每個基點樁鋼軌上的孔不能刻得太深，以便接下來的改刻不受影響。

1.2.2 待刻點全都刻好后，利用附近的控制點，選取工廣內適當的點位進行加密控制，在礦內選取合適的點位(根據實際圖紙，選取2、3個工廣內的點位，以便經后聯測使用)，進行D級GPS控制網的施測，方案如圖2。

由于D級GPS控制網所涉及到的點，在技術要求上存在點對點之間距離較遠的情況，對于工廣內比較密集的十字線點來說不宜參與其中，因此必須再次加密控制網。并嚴格按照四等三角控制網的測量要求，利用全站儀觀測出數據，內業使用平差軟件計算出坐標結果，最大點位誤差[AEl]=0.0034(m)，最大點問誤差=0.0055(m)，平面網驗后單位權中誤差=2.17(S)。

1.2.3 控制點加密之后，由于工廣附近的控制點數目的增加，按照一級導線的測量要求，分別聯系測量出各十字線點的觀測值。

1.2.4 為了提高各十字線點的方位準確精度，實地根據內業計算的數據改刻各點。待改刻好后，再通過導線測量得出各點的坐標，并檢查結果，最終達到十字線點的設計要求。

1.3 十字線點的維護礦井基建過程中，由于井筒施工采用的是凍結技術，因此地表位移再所難免，再加上地面施工條件復雜，高等建筑物的不斷增加，十字線點可能會造成點位位移，因此，在十字線點完全刻好后，維護工作相當重要，在日常的測量活動中，應當經常檢查十字線點的點位情況，如若發現點位之間的距離偏差較大，或方位角偏差較大，就應當采取維護措施，以免影響礦井工程施工放樣。

出現問題的點位較少，可根據附近的控制點和其他情況較到的十字線點進行導線測量，通過內業平差計算出偏移量，并重新改刻出問題的點，再次導線測量出新的點位坐標，錄入礦井十字線資料中。由于大范圍的工程施工影響，出問題的點較多時，選取情況較好的十字線點和外圍控制點重新進行一次聯系測量，根據實際情況制定聯測方案，一方面保證十字線點的數據質量，另一方面保證與之前的坐標系統達到吻合，對礦井井架施工、絞車房提升中心線施工等項目工程不造成前后影響。

2 結束語

由于GPS技術在十字線測量中的運用，我們相對于以往的常規測量，在保證測量精度的同時，最大限度地減少外業工作量，從而使整個施測工期達到最短，并且維護工作也相對方便了。最終依靠這一技術，完成了口孜東礦的十字線的設定。

D級GPS網布設方案合理，圖形結構堅強，點位密度分布符合要求，能較好的滿足下一級發展和工程施工的需要。點位選址恰當，易于保存；標石制作符合規定，標石埋設穩固；觀測記錄認真，觀測方法正確，觀測精度可靠；平差計算正確，各項精度指標滿足規范和技術設計的要求。