采用GPS控制測量系統圈定西溝煤業保安煤柱

張晉鋒

（山西陽城陽泰集團西溝煤業有限公司，山西 陽城 048100）

1 工程概況

山西陽城陽泰集團西溝煤業有限公司為對礦界范圍內指定的村莊、水體、道路進行定位測量，并按規定對所測村莊圈定保安煤柱?，F通過建立井上E級地面GPS控制網，作為井上下聯測，建立井下控制網，作為地面村莊、水體、道路定位測量的起始依據；建立井下7″級主要巷道控制網。

根據礦井的具體情況，擬定以E級GPS控制測量作為地面首級控制測量，全站儀閉合導線、復測支導線、附合導線作為圖根控制測量的工作方案，選擇7″級復測支導線作為井下首級控制，對井田范圍內的9個自然村莊（原崔凹礦區一個），礦區內一條高速公路，一條一級公路，分別進行野外測量作業，以進行保安煤柱計算和留設作業，具體工藝流程圖、地面E級GPS控制網見圖1。

圖1 保安煤柱圈定工藝流程及GPS控制網

2 GPS控制測量作業

2.1 控制測量的選擇及精度要求

本次圈定保安煤柱的GPS控制測量采用E級GPS控制測量，觀測方法為GPS靜態相對定位測量。GPS網的布設邊數為每次4邊，相鄰點間距最大為14.2 km。采用國家80坐標系坐標作為控制點，控制測量所得的數據采用中海達專用數據處理軟件進行解算。

井下平面控制測量采用7″級復測支導線，相對閉合差不大于1/6000，方位角閉合差不大于；（礦井一翼長度小于5 km）；井下高程控制測量與井下平面控制測量同步進行，選擇一級三角高程測量。相鄰兩點往返測高差，互差不大于10 mm+0.3 mm×L（導線水平邊長）；三角高程閉合差不大于（導線長度）。

由于西溝煤業井田范圍內的村莊和高速公路較多，現僅以上李村和高速公路為例，闡述保安煤柱圈定測量過程。

2.2 地面及圖根控制測量

（1）地面控制測量：以JCD3159、JCD3158、JCD3156三個80坐標系國家GPS控制點坐標成果作為GPS近井點控制測量起始依據，布置測設GPS近井點16個，具體控制網見圖1。

（2）圖根測量：以首級GPS控制點為起始點，布設圖根閉合導線、圖根附合導線和復測支導線控制網見圖3。測回數為一測回，導線長度均小于1000 m。本次圖根測量作業得出的上李村和高速公路的坐標成果見表1。

圖根測量作業進行完畢后，進行碎部測量作業，具體碎部點測量成果不一一列出。

表1 上李村和高速公路圖根點坐標成果

圖2 圖根控制網

2.3 井下控制測量

根據施工方案，井下平面采用7″級復測支導線，并建立固定控制點。本次共測導線長2689.124 m，采用測回法進行測量作業，測角中誤差為7″；井下高程控制測量選擇電磁波三角高程測量與平面控制同步進行。測量結果得出井下導線固定點坐標，見表2。

表2 井下導線固定點坐標數據

3 保安煤柱的圈定與成圖

3.1 保安煤柱設計

（1）保安煤柱的設計原理：保護對象的邊界在表土層內按表土移動角，在基巖內按移動角，向下作保護面與煤層相交，交線圍成的部分即為保護煤柱。

（2）受護邊界方法的確定：在平面圖上各邊作平行于受護對象總輪廓的多邊形；在各邊多邊形外側作圍護帶，該圍護帶外邊界即為受護邊界。

（3）圍護帶寬度的確定：本次受護的建筑絕大部分為兩層以上房屋，圍護帶的寬度確定為15 m；高速公路按規定，圍護帶的寬度為20 m。

（4）保安煤柱設計方法的選擇：建筑物采用垂直斷面法進行；高速公路、一級公路（延伸形構筑物）采用垂線法進行。

（5）移動角值及地表變形計算參數的確定：該礦未建立過地表觀察站，按類比方法進行參數確定。根據地質資料可知，3號煤層的上覆巖層多為砂巖、泥巖及少部分礫巖；表土松散層為20 m；煤層傾角為3°～7°，煤層厚度平均4.32 m；采煤方法為長壁采煤法；頂板管理為全陷落法。以此為依據選擇晉城礦區的移動參數作為本次保護煤柱的計算參數，即δ=γ=72°，β=72°-0.5α=68.5°，ψ=45°。

（6）用垂直斷面法與煤層走向斜交的受護對象保護煤柱的設計原則：在松散層內用ψ角劃直線；在基巖內分別以斜交剖面移動角β′、γ′代替β、γ角劃直線，直線與煤層底板的交點即為保護煤柱在煤層該斜交剖面上的上下邊界。β′、γ′角按下式計算：

（7）其它參數的確定：煤的密度：1.45 g/cm3；村莊、水體、公路的外圍線現場實際采集；煤層厚度由實際采集的地面標高與西溝煤業采掘工程平面圖上等高線，按標高內插法求取的底板高程相減得到；與走向線所夾銳角θ，在圖上實際量??；上下山方向在采掘工程平面圖上求得。

3.2 保安煤柱的確定與成圖

根據上述保安煤柱設計流程及各項參數，采用垂直斷面法與煤層走向斜交的受護對象保護煤柱的設計，得出上李村及高速公路的保安煤柱范圍。

（1）上李村保安煤柱：上李村外圍線實測坐標、煤柱設計參數見表3，保安煤柱拐點坐標見表4，具體圖形見圖3。

表3 上李村外圍線實測坐標、煤柱設計參數

表4 上李村保安煤柱拐點坐標

圖3 井田范圍內小李村保安煤柱留設范圍

（2）高速公路保護煤柱：高速公路保護煤柱，選取礦界范圍內埋深最大且有代表性的三個點進行設計，取最大保護距離作為高速公路的保護線，測量計算得出高速公路邊線坐標。具體高速公路的邊線實測坐標、煤柱設計參數如表4所示。并從上坐標點中選取1號點（全站儀點號5）、60號點（全站儀點號74）、39號點（全站儀點號52）三個剖面計算保護煤柱，見表5。

表5 高速公路垂線法求取高速公路保護煤柱邊界參數

高速公路不同剖面點的保安煤柱見圖4。根據三個剖面的計算，選取110.5 m作為該段高速公路保護線的偏移距離。

圖4 高速公路不同全站儀點高速公路剖面

4 結語

根據西溝煤業井田范圍內現有的村莊、水體和道路情況，采用GPS控制測量系統，進行地面測量、圖根測量、碎部測量和井下控制測量的方式，得出井下導線控制點的坐標值，再根據保安煤柱的設計原理、設計方法及參數選取原則，進行保安煤柱的設計與成圖作業。本文以井田內小李村和高速公路為例，給出了這兩處保安煤柱的范圍。