近井點、高程基點及井筒十字中線點恢復研究

劉 鵬 段崇軍 葉吉磊

（山東能源魯西礦業王樓煤礦，山東 濟寧 272063）

1 工程概況

王樓煤礦位于山東省濟寧市任城區喻屯鎮，行政區劃歸濟寧市管轄。設計生產能力90 萬t/a，設計2 個立井井筒。主井位于工業廣場內，主要承擔煤炭提升任務；副井位于工業廣場內，主要承擔人員、設備的提升任務。礦井由于受工業廣場沉降等因素影響，基礎測量點精度已經不能滿足礦井正常監測需要，且多數已經破壞，無法正常使用。為保證井上、井下提升坐標系統的嚴格統一，需利用原來起算數據重新測出井筒中心，并依據十字中線設計方位，重新測設十字中線。

2 方案選擇

礦井近井點、高程基點及井筒十字中線點恢復工作是一項繁瑣、復雜的精密測量工作。測量過程中的工作很多不能一次成功，容易出現誤差超限，造成反復測量，所以在方案制定階段要盡量避免出現反復測量，吸收先前工作的經驗。因此，在測量工作中盡量選擇精度高、穩定性好的儀器。在近井點及一級導線點布設時盡量避免出現長短邊及衛星信號易受干擾區域。

關于現場埋石的選擇，由于廠區已經建成且已大面積硬化，綠化帶植物繁茂影響后續觀測工作，綜合各種因素分析后，大部分埋石點都在水泥硬化路面及樓頂，傳統的埋石方式在硬化路面不適合，所以采用打孔埋標方法直接埋設近井點及控制點。十字中線點的埋設在綠化帶及樓頂時采用傳統埋石方式，而在厚度較厚的硬化路面采用5 mm 厚條形不銹鋼打孔代替鋼軌埋設在硬化路面，并做好標記。

3 具體工作方案

本次測量近井點觀測采用GPS 靜態觀測按GPS D 級控制精度進行觀測[1]，采用河北朱莊JQ065、袁莊（二）JQ072 兩個C 級GPS 控制點，經現場踏勘，保存完好，可以作為本項目D 級GPS 控制點平面起算點。礦區四等平面控制點、變電站近井點，由山東東山王樓煤礦有限公司提供，坐標系為1954北京坐標系，主要用于坐標系轉換及1954 北京坐標系成果解算。高程測量采用JQ066 號C 級點Ⅱ周家莊作為高程水準起算點，經現場踏勘，點位保存完好，可以作為四等高程起算點使用。采用四等導線聯測近井點，十字線點標定采用近井點加一級導線點做控制，按煤礦測量規范進行十字線點標定。具體工作步驟及要求如下。

3.1 近井點觀測

利用國家3 個C 級GPS 控制點，采用GPS 靜態測量的方式加密布設礦區近井點5 個，同時聯測原有近井點1 個。每個控制點需要兩兩通視并符合以下要求：

1）視野開闊，通視條件好。地基堅實穩定，易于長久保留。

2）交通應便于作業。

3）應遠離大功率無線電發射源200 m 和高壓輸電線路50 m，視場內障礙物的高度角滿足GPS觀測條件。

4）應充分利用符合上述條件的舊有控制點點位及其標石。

解算出礦區原有坐標系1954 北京坐標系、1980西安坐標系、2000 國家大地坐標系成果各一套。

新布設5 個近井點，點號為D001、D002、D006、DSSL、DJCF。利用原變電站近井點1 個，點號為DBDZ。其中DSSL、DJCF、DBDZ 四個點位于樓頂[2-4]，其他控制點位于地面。具體布置如圖1。

新布設近井點的埋設：

1）近井點埋設在樓頂時，采用混凝土標石。標石上表面為20 cm×20 cm，下表面為30 cm×30 cm，高為30 cm，標石中心埋設控制點標志。

2）近井點埋設在水泥、瀝青等硬化地面時，可直接將控制點標志埋設于硬化地面上。埋設在地面上的近井點應兼做高程點。

3）位于軟地面時，可采用現澆混凝土標石。

近井點的觀測：

1）采用邊連組網觀測模式，采用4 臺GPS 接收機進行同步觀測，觀測時間按照D 級精度進行觀測[5]?，F場觀測條件不是很好的，要適當延長觀測時間。

2） 架設天線時嚴格對中、整平，并量取測前天線高。各級控制點的天線高量取方式一般為斜距。

3）安置好后進行最后檢查，以保證各個插件穩固，確認無誤后等待組長通知打開接收機電源開關，開始觀測，觀察接收機指示燈或提示，正常采集時開始計時。

4）觀測結束，收到觀測結束命令后關機，量取測后天線高。

5）手簿按規定格式記錄時間。

GPS 觀測數據處理采用中海達HGO V2.0.5 軟件對數據進行基線處理，根據基線的質量控制指標中誤差Rms、Ratio 和構網條件剔除質量差的基線，對符合要求的基線進行三維網無約束、二維網約束平差。合格后，解算1980 西安坐標系、2000 國家大地坐標系、1954 年北京坐標系各1 套。

根據袁莊（二）、河北朱莊兩個C 級GPS 控制點，分別解算出1980 西安坐標系、2000 國家大地坐標系坐標成果各1 套。根據原王樓煤礦變電站近井點（DBDZ）采用單點三維約束平差的方式進行解算，解算出1954 年北京坐標系成果1 套。

根據1954 年北京坐標系成果及1980 西安坐標系、2000 國家大地坐標系成果，分別計算出平移轉換參數。各點平移轉換參數見表1。

表1 80 和2000 到54 坐標平移轉換參數

3.2 高程基點測量

利用國家三等以上水準控制點，采用附合路線的方式聯測礦區地面上的近井點，獲得地面近井點的四等高程。位于樓頂的近井點采用GPS 擬合高程結合三角高程的方式對高程進行測量[6]。

對未聯測四等水準的GPS 控制點，通過高程擬合的方法獲得擬合高程及全站儀三角測量獲得四等水準高程。

在用全站儀進行四等水準測量時，測量前、后要對i角進行檢查，本工程中測量前、后i角分別為12''、7''，滿足不超過20''的規定[7]。

水準測量按四等水準測量要求進行。水準測量中一定注意視線長度、視距差、視線高度要求。

記錄手簿采用電子手簿記錄，先進行概算。內業平差采用清華山維平差軟件進行解算。平差結果中包含起算數據、概算數據、計算過程中必要的中間數據、平差后的高程及其中誤差、平差后每千米觀測高差中誤差等。觀測值數據輸出要求正確可靠[8]。

3.3 井筒十字線點的測設

井筒中心和井筒十字中線，應根據井筒中心的設計平面坐標和高程、井筒十字中線的坐標方位角,用井口附近的測量控制點標定。

立井井筒十字中線點在井筒每側為2～4 個，點間距離一般應不小于20 m，離井口邊緣最近的十字中線點距井筒以不小于15 m 為宜，用沉井、凍結法施工時應不小于30 m。部分十字中線點可設在墻上或其他建筑物上。當主中心線在井口與絞車房之間不能設置3 個點時，可以少設，但須在絞車房后面再設3 個，其中至少應有1 個能瞄視井架天輪平臺。原有十字線點保存完好時，應盡量采用原有十字線點。

3.3.1 一級導線的布設

一級導線采用閉合導線的方式進行測量，坐標成果為1954 年北京坐標系成果。為保證一級導線測量的精度，最終閉合于起算邊，并計算DSSL、D002 兩個控制點坐標進行檢核，坐標分量校差最大為2 mm，精度符合要求，方位角閉合差為9"，限差為22.3''，將角度進行平差反向分配后，閉合差為0''。導線布設如圖2。

圖2 一級導線布設圖

3.3.2 十字基線點恢復

1）十字基點初步定位及埋設

① 十字基點定位

使用SDCORS-RTK，利用近井點進行單點校正，采用線放樣法沿十字中線進行現場放樣，實地初步標定點位。選擇基礎穩固、不影響礦井生產、易于保存、便于利用的位置定點[9]。

② 十字基點埋設

主井埋設十字基線點12 個，副井埋設十字基線點12 個。十字基點標石分為兩類：一種為地面基樁，另一種為建筑物上基樁。

位于軟地面時，埋設地面基樁：基坑（長×寬×深，300 mm×300 mm×400 mm），用混凝土澆筑，澆筑過程中，分層振搗，使混凝土密實均勻。標芯采用“訂書針”形的304 不銹鋼標志，寬度為20 mm，上表面長度為150 mm，高度為100 mm，厚度為5 mm，上表面刻畫1 mm 橫線，兩邊刻垂直于橫線的短線。后更加牢固，埋設標新標志時，精度應控制在5 cm 之內。待十字基樁樁體凝固后，整飾標石表面。

位于硬化地面時，鉆孔后，注入水泥，將不銹鋼標志鑲嵌于地面，并用水泥加固好。

建筑物上基樁：按標定十字基樁位置制作（長×寬，上200 mm×200 mm，下300 mm×300 mm，高200 mm）的混凝土標石，標芯與位于軟地面時標芯一致。待十字基樁樁體凝固后，整飾標石表面。

2）十字基點的精確標定

根據場地現狀，以GNSS D 級控制網近井點宿舍樓-辦公樓及一級導線網為起始定向邊，每條十字中心線至少確定一個起始基準點。按一級導線的作業要求敷設主、副井筒每側十字基點[10]。

利用布設的一級導線控制網，使用全站儀配合棱鏡進行施測十字基線點的標定工作。具體工作步驟如下：

① 全站儀架設于近井控制點或一級導線點上，定向并檢查相鄰的控制點，精確測定每條十字基線的一個起始十字線基點，標記中心點，并量取標志中心到兩側短線的距離。

② 全站儀遷站到起始十字線基點上，定向并檢查近井控制點或一級導線點，按設計十字中線的坐標方位角角度，歸化法標定出全站儀視野范圍之內的十字基線點，作出臨時標記。按四等導線的作業要求，精確測定測站至鏡站的方向和平距，計算各偏離設計十字中線的距離，進行點位調整，滿足精度要求后，標記標志中心，并量取到標志兩側短線的距離。最終標定的十字基線方位角及精度見表2。

表2 十字基線坐標成果

4 結語

通過本次工作總結出了一套工作方法，利用傳統儀器進行礦井基礎測量工作，如何在礦井缺少基礎數據的情況下，快速準確地對數據進行標定測量，同時對數據進行多方位的檢核。通過這項工作還探索了一項全新的十字線埋標方式，節約了大量人力物力，提高了勞動效率，但這種埋標方式還要經過時間的檢驗，標志的穩定性、保存年限等問題都需要經過后續工程的檢驗。