GPS在煤礦測量中的應(yīng)用及發(fā)展前景

岳晉平

（陽煤集團壽陽開元礦業(yè)有限責任公司， 山西 壽陽 045400）

引言

煤礦的測量工作是煤礦進行后續(xù)開發(fā)工作的重要前提，但傳統(tǒng)的測量方法存在很多缺陷，測量過程受地質(zhì)條件、環(huán)境條件及某些障礙物的影響，測量程序復(fù)雜、測量所需的時間較長、各測量點之間需要通視等，導(dǎo)致測量的效率及測量數(shù)據(jù)準確性受到影響。GPS（全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)）具有定位精度高、測量周期短及操作簡單、測點之間不需通視等特點，目前GPS技術(shù)已經(jīng)逐漸應(yīng)用于地表沉降、地震、滑坡及地表裂縫等地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測方面，已有研究表明，GPS靜態(tài)測量精度能夠有效滿足目前煤礦的形變精度需求[1]。

1 GPS概述

GPS技術(shù)（全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)）始于1958年，最初大多應(yīng)用于軍工領(lǐng)域，主要用于為海陸空軍提供及時的連續(xù)導(dǎo)航服務(wù)，有時還會用于應(yīng)急通訊及情報搜集等方向[2]。近年來，GPS已被逐漸用于煤礦測量工作。GPS進行導(dǎo)航工作時，首先需要測量出目的物與已知衛(wèi)星的距離，并通過多組衛(wèi)星返回的數(shù)據(jù)進行綜合分析，最終得出目標物的準確位置[3]。GPS設(shè)備與傳統(tǒng)導(dǎo)線測量相比，能夠達到厘米精度，同時其測量的效率是普通導(dǎo)線測量的2～4倍，操作效率明顯提高。GPS技術(shù)還能夠在野外測量過程中進行現(xiàn)場數(shù)據(jù)校核，同時測量目標與基站之間不需要形成通視，能夠達到更長的觀測距離，同時實現(xiàn)不間斷作業(yè)。GPS相對于傳統(tǒng)測量技術(shù)更加智能化，僅需一人即可完成全部測量工作，有效提高了測量的工作，提高了測量精度。

2 GPS在煤礦測量中的應(yīng)用

2.1 GPS在礦井控制網(wǎng)布置中的應(yīng)用

與其他巷道相比，煤礦在礦井運輸中由于采出的煤需要經(jīng)過巷道運輸至井筒，因此對于各巷道之間的準確貫通具有較高的精度的要求。為有效提高巷道貫通工作的準確性，即保證井下各巷道能與主副井之間準確貫通，而貫通之間首先需要在地表設(shè)置一個距地表距離較近的控制系統(tǒng)，此時地面控制系統(tǒng)的布設(shè)就需要通過GPS技術(shù)實現(xiàn)，根據(jù)相關(guān)的行業(yè)規(guī)程制定適合礦井生產(chǎn)的巷道開掘方案，最后布設(shè)礦井巷道。

2.2 GPS在煤礦地面沉陷監(jiān)測中的應(yīng)用

地表沉陷問題是在煤礦生產(chǎn)過程中不可避免的，對地表沉陷程度的及時監(jiān)測并采取相應(yīng)的控制措施是保證煤礦安全高效生產(chǎn)的重要因素之一。對于地表沉陷的及時監(jiān)測與預(yù)防能夠有效避免礦井出現(xiàn)坍塌等危險現(xiàn)象，避免對工作人員的人身安全造成損害，最終保證煤礦的高效、經(jīng)濟、安全運營。利用GPS對礦井的沉陷情況進行及時監(jiān)測時，能夠使作業(yè)人員及時掌握礦井沉陷區(qū)的位移情況，從而采取相應(yīng)的措施保證礦區(qū)的安全開采區(qū)域，預(yù)測分析礦井可采儲量，選擇適合開采地質(zhì)情況的開采方式，保障安全高效生產(chǎn)。

在礦井地表沉陷的監(jiān)測過程中，首先需要設(shè)定判定沉陷量的安全基點，基點的選擇應(yīng)當選擇在沉陷區(qū)范圍以外的安全區(qū)域內(nèi)。隨后布設(shè)沉陷區(qū)域監(jiān)測點，監(jiān)測點的布設(shè)應(yīng)當參考滑坡的變形監(jiān)測方式，選取的監(jiān)測點作為獨立的坐標，主要用于評估地面的沉陷情況，記錄的數(shù)據(jù)傳送至GPS接收機進行長期的觀測。觀測得到的數(shù)據(jù)通過專用的分析處理軟件進行分析匯總，對比不同時期監(jiān)測值的變化可以發(fā)現(xiàn)地表的沉陷變化情況，對地表的沉陷速度進行計算評估，最終得出該沉陷區(qū)的安全值[4]。

2.3 GPS在煤礦垂直形變監(jiān)測中的應(yīng)用

關(guān)于煤礦的垂直形變的監(jiān)測，傳統(tǒng)方法主要為水準測量法，在測得煤礦的高程變化后利用導(dǎo)線法、三角網(wǎng)法及視準線法等對經(jīng)緯平面進行測量，通過經(jīng)緯平面的變化情況分析煤礦的垂直形變程度。但傳統(tǒng)測量方法容易受到地理環(huán)境的影響，最終導(dǎo)致測量的速度及精度很難滿足煤礦實際生產(chǎn)的需要。同時，在對離散點進行監(jiān)測時，監(jiān)測范圍受外部環(huán)境的影響程度更為顯著。GPS技術(shù)相比于傳統(tǒng)測量技術(shù)具有精度高、智能化程度高等特點，能夠?qū)崿F(xiàn)測量工作的連續(xù)化及三維監(jiān)測，根據(jù)目前煤礦測量工作的精度要求，GPS測量技術(shù)能夠滿足其測量精度及速度要求。

在監(jiān)測過程中，主要的觀測設(shè)備為GPS接收器，根據(jù)測定區(qū)域的大地高度及經(jīng)緯高度等相關(guān)因素，編制適合該地區(qū)地質(zhì)情況的衛(wèi)星幾何強度因子預(yù)報表及可見性預(yù)報表，編制礦區(qū)觀測計劃[5]。架設(shè)的GPS接收機需要嚴格進行對中及調(diào)平，對天線的高度進行精確測量，選取三個距離為120°的測量方向各進行一次測量，將測量數(shù)據(jù)取平均值記錄；對于各點在觀測前、觀測中及觀測后各進行一次觀測，取三次觀測值的平均值作為儀器的高度觀測值。GPS監(jiān)測網(wǎng)的連接方式采用邊連式，將監(jiān)測網(wǎng)布設(shè)人員及觀測人員劃分為不同的小組，每組安排兩位工作人員，其中GSP接收機的觀測工作由專門的工作人員進行負責，每次的觀測大致劃分為五個觀測時段，每個時段觀測時間為1.5 h，靜態(tài)數(shù)據(jù)采集完畢后對采集得到的數(shù)據(jù)進行分析匯總，得出監(jiān)測地區(qū)的大地高度值，根據(jù)分析得到的數(shù)據(jù)回執(zhí)該地區(qū)的沉降值曲線圖，曲線圖可以較為直觀的反映出該地區(qū)的垂直變形情況。

3 GPS在煤礦測量中的發(fā)展前景

煤礦測量工作對實現(xiàn)煤礦的安全生產(chǎn)具有重要的意義，隨著GPS技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，其在煤礦生產(chǎn)中的應(yīng)用也越來越廣泛。其中，GPS靜態(tài)監(jiān)測及快速監(jiān)測方法為礦區(qū)地形圖繪制、礦區(qū)巷道及相關(guān)線路的勘測、采區(qū)整體控制測量等奠定了堅實的基礎(chǔ)，為實現(xiàn)礦區(qū)的高效、高精度測量工作提供了強有力的技術(shù)支持。目前，傳統(tǒng)的煤礦測量方法已經(jīng)逐漸被GPS技術(shù)所取代并被廣泛應(yīng)用。

隨著經(jīng)濟的持續(xù)高速發(fā)展，對于礦產(chǎn)資源的需求量逐漸增加，同時，在礦山的建設(shè)過程中，礦區(qū)各項工作都需要以測量數(shù)據(jù)作為主要依據(jù)。只有通過向相關(guān)建設(shè)部門提供精確的測量數(shù)據(jù)才能為后續(xù)的圖紙繪制及巷道的開掘提供根本性指導(dǎo)，但礦區(qū)的測量工作大多在山地等較為復(fù)雜的區(qū)域進行，這些地區(qū)的植被覆蓋率高，可控制的測點數(shù)量較少，通視條件較差，給測量工作造成了不同程度的影響。因此，利用傳統(tǒng)的測量技術(shù)很難滿足目前的高精度測量需求，GPS作為一種新型測量技術(shù)在一定程度上能夠有效彌補傳統(tǒng)測量技術(shù)精度不足及效率較低的問題。通過對GPS技術(shù)的原理及應(yīng)用分析，我們可以看到GPS技術(shù)在礦山的工程測量工作中具有很強的適應(yīng)性。隨著GPS技術(shù)的不斷進步，GPS技術(shù)在礦山測量中的應(yīng)用將會越來越廣泛。

4 結(jié)語

針對較為復(fù)雜的地形、天然環(huán)境及通視等條件，利用GPS技術(shù)進行相關(guān)測量工作時具有操作程序簡便及測量精度高等特點，但在實際的測量工作中，由于GPS衛(wèi)星信號需要穿越非真空狀態(tài)的巖層，因此在獲得信號的過程中極易受到外界環(huán)境的干擾，最終會對測量的精度造成一定程度的影響。需要相關(guān)研究人員進一步深入研究。