GPS控制測量技術在煤礦兩井間巷道貫通測量中的應用

楊宇霆

(山西焦煤霍州煤電集團 呂梁山煤電有限公司 木瓜煤礦,山西 呂梁 033000)

GPS控制測量技術在煤礦
兩井間巷道貫通測量中的應用

楊宇霆

(山西焦煤霍州煤電集團 呂梁山煤電有限公司 木瓜煤礦,山西 呂梁 033000)

基于煤礦開采行業領域的特殊性,對測量工程的數據精確度要求較高。研究GPS技術在巷道貫通測量中的應用,對于保證巷道順利貫通十分必要。為保證兩井間巷道順利貫通,在貫通測量過程中利用GPS控制測量技術,對地面GPS動態控制測量、井下導線測量、井筒施工測量進行了分析,利用公式對貫通誤差進行計算,經貫通結果表明:貫通測量所采用的方法和數據分析方法符合設計和相關規程的各項要求,達到了技術設計的目的,滿足貫通需要和巷道的施工質量要求。

貫通測量;GPS技術;誤差計算;巷道

礦井巷道貫通主要是指將一條巷道按照最初的設計要求和規范不斷挖掘進入指定的范圍和另一條煤礦巷道完成連通的過程。中大型的貫通測量是指采用兩個或者兩個以上完全相同或者互相類似的工作面向同一個巷道進行掘進的過程,掘進過程中要力求掘進終點處于預定計劃范圍,而且連通的方式和路線要求準確無誤[1-2]。大型貫通測量工程一般要經過很長時間才能完成。而基于煤礦開采行業領域的特殊性,對測量工程的數據精確度提出了嚴格的要求。因此,研究GPS技術在巷道貫通測量中的應用,對于保證巷道順利貫通十分必要。

1 工程概述

青山回風立井是新義煤礦南六采區的核心工程,主要承擔新義煤礦下組煤(8#煤)總回風的任務。該風井井筒中心的坐標為X=4 198 096.000,Y=3 759 375 8.000,高程為H=1 115.4 m。該井的井筒斷面形狀設計為圓形,挖掘的直徑為6 m,沿著立井向下施工,一直到水平716 m處后與已經施工好的下組煤回風大巷回風石門進行貫通。兩井口(副斜井至青山回風立井) 地面水平距離為3 823.233 m,井下導線長度為5 511.789 m,實際豎井貫通段距離為394.6 m。貫通類型為兩井間地面與井下標定點的立井開鑿貫通。

2 貫通方案分析

1)地面方案:通過使用天寶5800 R6 GPS對已知GPS控制點進行點校正和聯測,并對鎮礦副斜井、青山回風立井進行實地放樣,使之與井下導線形成閉合環。

2)井下方案:井下導線測量確定施測7″級基本控制導線,通過導線聯測經鎮礦副斜井→760水平大巷→760水平東大巷→下組煤上部車場→下組煤材料斜巷→下組煤下部車場→下組煤軌道大巷→經聯絡巷→下組煤回風大巷→回風石門至相遇點K;另一邊從青山回風井GPS近井點通過導線聯測至貫通相遇點K。

3 地面GPS動態控制及井下導線測量

3.1地面GPS動態控制測量

測區范圍內由山西省工程測繪院于2009年12月實測的西山礦區控制網時布置的GPS點包括:在副斜井一端,附近有辦公樓(C級)和福利樓(D級)兩個GPS控制點;而在青山回風立井一端附近有青山村、青山東和青山(D級) 三個GPS控制點。控制點成果為1954年北京坐標系,高斯3°度帶投影,中央子午線經度為112°。高程為1985國家高程基準,均為華北地區似大地水準面精化高程。控制點目前點位牢靠,保存完好,經實地檢測,點位精度良好,可以作為青山回風立井與副斜井間GPS網的起算數據。

GPS控制測量所用的儀器設備為天寶5800 R6 GNSS GPS主機1臺、動態接收機2臺、PDL電臺、TSC2手薄、三角架2臺、小鋼尺3個,無線電話3臺,進行RTK動態觀測。

1)基準站安裝。a.先在辦公樓點(C級GPS點)架設三腳架,對中整平,5800 GPS主機經過基座固定在三角架上。b.鞭狀天線經過墊片固定在另一個三角架上。c.GPS數據線小7針Lemo口連接5800主機端口,大5針Lemo口連接PDL電臺DATA端口,連接時對準紅點推進去,電源線連接12 V電瓶,連接時注意電瓶正負級。d.PDL電臺連接座發射電纜一端連接電臺的ANTENNA端口,另一端連接發射鞭狀天線。e.打開接收機電源,檢查各指示燈是否存在不亮現象并及時解決不亮問題。

2)基準站與手薄的啟動、配置和連接。a.打開手薄,新建任務,修改好坐標系統。b.對基準站和電臺進行配置。c.通過藍牙連接基準站,并啟動基準站接收機,注意要輸入電線高。

3)動態流動站的安裝。a.在福利樓點(D級GPS點)架設三腳架,對中整平,將天寶 5800接收機固定在測桿上,用鋰電池為接收機供電。b.將棒狀無線電天線接到接收機上。c.控制器托架接到測桿上。d.控制器固定到控制器托架上。e.打開控制器電源。

4)動態流動站與手薄的啟動、配置和連接。a.打開手薄,對流動站和流動站電臺進行配置,同時量取流動站天線高并輸入手薄。b.點擊藍牙連接流動站接收機,并啟動流動站接收機。

5)對已有的GPS控制點進行點校正。a.對已知點進行觀測。b.輸入控制點坐標。c.匹配點對,對5個已知GPS控制點輪流進行工地校正。

6)使用動態流動站在地面對青山回風立井進行實地放樣。由于在井下下組煤回風石門已經給好了坐標位置(X=4 198 096.000,Y=3 759 375 8.000),故可直接使用動態流動站對青山回風立井進行實地放樣。

3.2井下導線測量

1)井下巷道中線的標定。標定巷道中線就是按設計給定巷道平面內的方向,標定之前,必須作好準備工作,然后進行中線的標定、延線和檢查。

a.標定前的準備工作。b.檢查設計圖紙,了解巷道的幾何關系,確定測量方法。c.確定標定數據。

2)井下巷道腰線的標定。標定巷道腰線就是給定巷道的坡度和傾角。腰線點可成組設置,也可每30 m～40 m設置一個,但須在幫上畫出腰線。成組設置腰線時,每組不得少于3個,點間距以不小于5 m為宜。一般傾角小于8°的巷道用水準儀法,傾角大于8°的主要巷道用經緯儀標定。

3)聯系測量。一端通過辦公樓、福利樓兩個GPS近井點與連接點付斜井井口點,將地面平面坐標、方位角及高程傳遞到井下永久點上,作為井下控制測量的起始數據,井口水準點的高程,按照四等水準測量的精度要求測設。另一端通過青山村、青山東、作為后視點,青山作為儀器站連接轉點至青山回風立井中心。

3.3井筒施工測量

1)井筒十字線及井筒中心線的測設。井筒中心位置的標定采用極坐標法[3],儀器選用瑞士徠卡TS06型2″級全站儀。根據井筒中心位置的設計坐標和實地的固定邊反算出標定水平角和邊長。井筒中心位置獨立標定兩次。

2)投點及高程導入。青山回風立井采用單重穩定投點,投點采用直徑116 mm的高強度碳素彈簧鋼絲作為投點鋼絲,選擇100 kg的重陀,將重陀置于盛滿水的大桶中,投點時將手搖絞車固定在井筒外的固定物體上。導入高程分別采用鋼尺法和鋼絲法兩種方法進行導入,導入限差符合《規程》規定。

4 貫通誤差預計

1)地面GPS控制測量對井下貫通點K在x方向上的誤差影響。由于地面GPS控制測量引起K在x′方向上的貫通誤差可按下列公式計算[4]:

.

以上數值可以看出由地面GPS控制測量引起K在x′方向上的貫通誤差可不考慮。地面光電測距導線的測角和量邊誤差引起K在x軸上的誤差預計取測角中誤差± 5″。

2)由地面導線的測角誤差引起K點在x軸方向上的誤差為(角度獨立測量兩次):

式中:Mxβ上為地面導線的測角中誤差;ρ為常數206 265;Ryi為各測點作x軸的垂線在y軸上的投影。

3)地面量邊誤差引起K點在x軸方向上的誤差為(邊長獨立測量兩次):

±2.441 m=±0.002 m .

式中:MxL上為地面光電測距的量邊誤差;α為導線各邊與x軸的夾角。

4)定向誤差引起K點在x軸上的誤差預計:

付斜井立井兩井獨立兩次定向平均值的誤差預計引起的K點誤差:

2.5×3 121.624=0.027 m .

式中：ma0為兩井定向誤差,即由定向引起的井下導線起始邊坐標方位角中誤差;Ry0為井下導線起始點與K點連線在y′方向上的投影長度。

井下光電測距導線的測角和量邊誤差引起K在x軸上的誤差預計取測角中誤差±7″。

5)由井下導線的測角誤差引起K點在x軸方向上的誤差為(角度獨立測量兩次)：

式中:Mβ下為井下導線的測角中誤差;ρ為常數206 265;Ryi為各測點作x軸的垂線在y軸上的投影。

6)井下量邊誤差引起K點在x軸方向上的誤差為(邊長獨立測量兩次):

±8.173 mm=±0.008 m .

式中:mL為地面光電測距的量邊誤差;α為導線各邊與x軸的夾角。

7)貫通相遇點K在水平重要方向x上的總誤差:

=±0.230 m .

8)貫通相遇點K在水平重要方向x上的預計總誤差:

Μ預X=2Μx′k=±2×0.230=±0.460 m=

±460 mm<±500 mm .

根據以上誤差預計可以看出:如果獨立施測導線兩次,則貫通點在水平重要方向上的預計總誤差為±0.460 m,小于±0.500 m,故本次貫通測量方案導線必須獨立觀測兩次。

5 結論

青山回風立井貫通工程導線全長10 098.222 m。本次貫通導孔先用直徑為0.311 m鉆桿打通,然后刷大斷面至6 m。巷道貫通后及時進行了導線閉合連接測量,通過順利貫通后的誤差計算證明,本次貫通測量所采用的方法和數據分析方法符合設計和相關規程的各項要求,達到了技術設計的目的,滿足了貫通的需要。導線點測量的平面和高程成果準確可靠,貫通精度符合《煤礦測量規程》的規定,滿足了巷道的施工質量要求。

[1] 周行禮，齊俊德.GPS技術在兩井間巷道貫通測量中的應用[J].煤，2009，18(3)：17-19.

ZHOU Xingli,QI Junde.Application of GPS Technoloyon Surveying between Tunnel Break through in Two Wells[J].Coal,2009,18(3):17-19.

[2] 孫業偉,康亞輝.關于GPS技術在兩井間巷道貫通測量中的應用的思考[J].科技視界，2012(19)：277-278.

[3] 王鳳蓮.立井井筒施工中的測量技術管理[J]礦山測量，2001(3)：53-54.

[4] 王清悅，孫孟杰.礦井巷道貫通測量誤差規律的研究及誤差參數的確定[J].礦山測量，2000(1)：60-61.

ApplicationofGPSControlandMeasurementTechnologyinHoling-throughSurveybetweenTwoMines

YANGYuting

(MuguaMine,LvliangshanCoal&ElectricityCo.,Ltd.,HuozhouCoal&ElectricityGroup,ShanxiCokingCoalGroup,Lvliang033000,China)

According to the specificity of the mining industry,the precision requirement of survey engineering is rather high.The application of GPS technology in survey is necessary to ensure the smooth passing of the roadways.To guarantee the smooth holing-through,the GPS control and measurement technology was used to analyze the surface dynamic survey,underground traverse survey,and shaft construction survey.Formulas were used to calculate the errors.The holing-through results show that the methods and data analysis met the requirements of design,reached the design aim,and satisfied the holing-through and construction requirements.

holing-through survey; GPS technology; error calculation; roadway

1672-5050(2017)04-0022-04

10.3919/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2017.08.007

2017-06-30

楊宇霆(1986-),男,山西方山人,大學本科,助理工程師,從事礦山測量工作。

TD163

A

(編輯:薄小玲)