兩井貫通中地面D級GNSS網控制測量設計研究

齊躍波

(晉煤集團寺河礦地測科 山西 晉城 048205)

1 概述

寺河礦屬生產礦井，隨著集約化生產和礦井向深部發展，采區和采煤工作面的瓦斯涌出量劇增，要求采區和采煤工作面的通風能力迅速增大。為了滿足礦井的安全生產，提高礦井的通風能力和抗災能力從而建立常店風井。為保證常店風井盡快投入使用，決定對常店風井與東六盤區大巷進行對接貫通。

為提高井下巷道的掘進速度，確保常店風井盡快投入使用，決定在東六盤區與常店風井之間，采用相向掘進西翼北回風巷，預計在東井區東膠帶運輸大巷800 m（K點）處貫通。常店風井與副斜井之間的距離約8.2 km，井下導線長度約13 km。常店風井垂深約370 m，副斜井長度550 m，坡度19°。

根據《煤礦測量規程》規定，結合寺河礦工程需要，確定貫通測量地面控制測量部分，采用GNSS-D級控制網進行技術設計。

2 地面控制測量方案設計

目前，GPS近井網的建立手段已經逐漸得到測繪業內人士的認可，傳統的地面導線控制網對通視條件要求較高，操作程序較復雜，而GNSS網則大大加快了建網速度，且對點位直接的通視性沒有要求，這對礦山測量的山區地形是非常適用的。目前，霍州煤電等集團公司已經采用此方法，探析結果表明：GPS近井網的建立可以作為礦山井下大型巷道貫通工程以及后續工程的定向邊的基準的參考，GPS礦區地面近井網的建設有利于某礦山的地面及井下長度和方向基準的獲取。實際上，此網比工程貫通平面方向限差要小20 cm左右[1]。

為了確保該項重大貫通工程的順利實施，決定采用GNSS定位儀按D級精度靜態測量方法建立地面平面控制網[2]。

2.1 已有控制點資料情況及其利用

本測區現有中國礦業大學2006年施測的《晉城礦區GNSS（C級）控制網成果》和山西省煤炭地質物探測繪院2007年施測的《晉城煤業集團寺河擴區GNSS（D級）控制網成果》（包括高程控制）等成果資料，井下現有晉城澤祥勘探測繪有限公司2008年施測的《寺河礦井下7″基本控制導線成果》，完全能滿足項目需要。

根據《全球定位系統（GPS）測量規范》和《工程測量規范》要求，結合寺河礦實際情況，對寺河井田內原有進行了實地勘測，對原有控制點進行了認真的審核，最后認定“寺河礦(C級)”、“劉莊(D級)”、“秦莊(D級)”、“前嶺(D級)”、“下河(D級)”、“許村(D級)”、“東木圪堆(D級)”、“任家莊(D級)”、“常店(D級)”和“馬交嶺(D級)”十個點作為平面控制網的已知點。并實際對已知起算點進行檢查，符合精度要求才可以使用。

2.2 GNSS平面控制網的布設及觀測方案

選擇常店風井的“CD1”、“CD2”、“CD3”和“CD4”四個點作為地面待定點，與“寺河礦(C級)”、“劉莊(D級)”、“秦莊(D 級)”、“前嶺(D級)”、“下河(D 級)”、“許村(D 級)”、“東木圪堆(D 級)”、“任家莊(D 級)”、“常店(D級)”和“馬交嶺(D級)”十個已知點，共計14個點，構成地面GNSS控制網，使地面坐標系統成為整體。

GNSS平面控制網觀測方案[3-6]：

（1）平面觀測采用靜態相對定位作業模式。同步環之間采用邊連構網方式施測。利用11臺GNSS接收機進行同步觀測。

（2）本次控制網觀測按D級網精度要求實施14個控制網點，設計觀測2個時段，衛星高度角15°，有效觀測衛星總數≥4顆，觀測時段長度≥60分鐘，觀測中任一衛星有效觀測時間≥15分鐘，數據采樣間隔20秒，點位幾何圖形強度因子PDOP＜6；采用點邊混合連接的閉合路線，重復基線比例應大于0.1，網中平均獨立設站次數應大于1.6。

（3）GNSS網基線解算及觀測數據檢驗，采用隨機配備的Trimble Geomatics Office GPS軟件完成。基線解算按同步觀測時段為單位進行，外業數據質量應以同一時段觀測值的數據剔除率、同步觀測環閉合差、獨立閉合環或附合路線坐標閉合差、同一基線不同時段的較差等進行檢驗，并滿足規范D級精度的要求。

（4）GNSS外業采集數據檢驗完成以后，采用隨機配備的Trimble Geomatics Office GNSS數據處理軟件進行GNSS網平差。進行WGS—84系下的無約束平差，以反映GNSS網的內部符合精度，確保基線分量的改正數絕對值小于規定值。

（5）利用無約束平差的可靠觀測量，在1954年北京坐標系下進行三維或二維約束平差，并對起算數據進行檢驗，確保GNSS成果精度。

（6）采用GNSS網周邊及中央等級水準點做為高程起算數據，擬合似大地水準面，推算GNSS點高程。

GNSS接收機：Trimble 5800

水平5 mm+0.5 ppm 垂直 5 mm+1 ppm

中海達F61 GNSS

水平2.5 mm+1 ppm 垂直 5 mm+1 ppm

基線處理結果如下：

2.3 高程控制

常店風井和副斜井的高程控制測量按《國家水準測量規范》有關四等水準測量規定進行。

常店風井的高程控制點是利用《寺河礦區四等水準點成果表》中的“常店”作為起算數據，用Trimble-DiNi12精密水準儀往返測量至常店風井的井口基點；副斜井的高程控制點利用《寺河礦區四等水準點成果表》中的“副井口”作為起算數據。

2.4 礦井聯系測量

礦井聯系測量，分別在常店進風立井、回風立井(兩個立井)進行投點、定向、導入標高。

為了提高聯系測量的精度，采用懸掛鋼絲的方法向井下傳遞平面坐標；陀螺定向方法向井下傳遞方向；用千米長鋼尺向下傳遞高程。

3 各種誤差參數的確定

地面GNSS選用D級精度測設，D級GNSS網的a≤10 ㎜，b≤10×10-6。

3.1 誤差預計

（1）地面GNSS測量引起K點在上的誤差：

式中：Ms—為近井點之間邊長SⅠⅡ的誤差；

a′—SⅠⅡ邊與貫通重要方向x′之間的夾角。式中：a—固定誤差，D、E級GNSS網的a≤10 mm；

b—比例誤差系數，D級GNSS網的b≤10×10-6，E級b≤20×10-6。

4 精度評定

此次常店風井與東六盤區大巷進行對接貫通要求在水平重要方向上的允許偏差不得超過0.05 m，在高程上的允許偏差不得超過0.03 m。

根據所采用的測量方案和儀器（測角2″級，測距精度為±3 mm+2×10-6D mm），計算獲得理論上的水平方向誤差為Mx限=±0.368 m，高程上的誤差為MH限=±0.262 m。常店風井與東六盤區大巷進行對接貫通后，經現場實測貫通點誤差為：平面Mx=-0.105 m，高程MH=-0.092 m，貫通誤差小于預計誤差，完全符合《煤礦測量規程》要求，并以較高的精度完成了副斜井貫通測量工作。

5 結論

（1）通過對地面基線數據結算，求得此GNSS控制網單位權中誤差0.002 297 m，符合設計書和相關規程的各項要求，達到了技術設計的目的，滿足了貫通工程的地面控制測量需要。

（2）平面控制網測量的平面成果點位中誤差均在1 mm誤差內，準確可靠，符合各項技術要求，達到了兩井貫通中地面D級GNSS網控制測量設計要求。