摘 要：隨著我國礦山測量技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，在兩井貫通測量中應(yīng)用GPS技術(shù)替代傳統(tǒng)的測量方法成為歷史發(fā)展的必然趨勢。GPS技術(shù)在很大程度上提高了礦井在貫通時(shí)的準(zhǔn)確度，有效消除了誤差因素。簡而言之，GPS技術(shù)是一種能夠被廣泛應(yīng)用的技術(shù)。就目前的相關(guān)研究水平來看，GPS技術(shù)主要被廣泛應(yīng)用于工程測量領(lǐng)域中。作者將根據(jù)相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合相關(guān)實(shí)例研究分析GPS技術(shù)在井下采用全站儀導(dǎo)線測量，詳細(xì)介紹GPS技術(shù)在兩井貫通測量中的具體應(yīng)用，以期能夠?yàn)閺V大相關(guān)工作者提供科學(xué)的數(shù)據(jù)參考。

關(guān)鍵詞：GPS技術(shù)；全站儀；兩井貫通；測量中應(yīng)用

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及社會經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，在國土資源合理利用的基礎(chǔ)上利用數(shù)字化管理系統(tǒng)以及礦山信息化系統(tǒng)對測繪的精確度越來越高[1]。隨著測繪儀器的進(jìn)步與更新，GPS技術(shù)和全球儀在礦山測量中的推廣與應(yīng)用越來越廣泛，數(shù)字化的測圖精確度越來越高。另外一個(gè)角度來看，數(shù)字化測圖技術(shù)擁有數(shù)據(jù)采集快以及產(chǎn)品維護(hù)使用方便等優(yōu)勢，所以在測繪生產(chǎn)以及兩井貫通測量中的應(yīng)用比較廣泛。聯(lián)合應(yīng)用GPS技術(shù)和全球儀保證了礦山的安全貫通，促進(jìn)了測繪行業(yè)的現(xiàn)代化以及智能化，減少了煤礦企業(yè)人力與物力資源的浪費(fèi)現(xiàn)象[2]。

煤礦生產(chǎn)建設(shè)中重要組成部分之一是對礦山進(jìn)行測量，其中貫通測量是礦山測量中最重要的部分，貫通測量的數(shù)字化精確與否關(guān)系到生產(chǎn)推進(jìn)以及礦井建設(shè)[3]。在貫通測量時(shí)，相關(guān)工作人員主要是保證設(shè)計(jì)位置以及巷道掘進(jìn)位置保持高度一致，按照設(shè)計(jì)的方向進(jìn)行掘進(jìn)，繼而使得巷道貫通后的偏差在規(guī)定范圍之內(nèi)。上述要求給煤炭礦山測量人員的相關(guān)工作提出了更高的要求，使其在共走中能夠做到極致。

1 GPS技術(shù)以及全站儀技術(shù)的內(nèi)涵分析

1.1 GPS技術(shù)的內(nèi)涵分析

GPS技術(shù)也被稱為全球定位系統(tǒng)，GPS技術(shù)主要是由以下三個(gè)方面組成的：（1）空間部分-GPS衛(wèi)星星座；（2）地面控制部分-地面監(jiān)控系統(tǒng)；（3）用戶設(shè)備部分-GPS信號接收機(jī)。從理論的角度來看，GPS技術(shù)主要是以科技信息為基礎(chǔ)核心，在此基礎(chǔ)上提供精確的測量物體的三維坐標(biāo)[4]。GPS技術(shù)在測繪領(lǐng)域以及工程測量作業(yè)方法發(fā)生了一系列的變革，GPS技術(shù)擁有以下五個(gè)方面的功能：（1）全球性；（2）全天候；（3）全能性；（4）實(shí)時(shí)性；（5）連續(xù)性。從上述特點(diǎn)來看，GPS技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛[5]。簡而言之，GPS測量技術(shù)能夠被廣泛應(yīng)用于大地測量、野外考察探險(xiǎn)以及農(nóng)業(yè)的精確利用等不同領(lǐng)域中，現(xiàn)階段將GPS技術(shù)與現(xiàn)代通信技術(shù)相互結(jié)合，讓地球表面的測量方法變得更為精確。另外一個(gè)角度來看，GPS全站儀的發(fā)展與進(jìn)步在土地測量以及地形測量等方面得到廣泛應(yīng)用，尤其是在精確度以及高效率等方面有著巨大的優(yōu)勢。

1.2 全站儀技術(shù)以及GPS技術(shù)比較分析

一般情況下，全站儀的測量精度高于GPS技術(shù)的相關(guān)測量。但是，如果使用靜態(tài)測量的GPS技術(shù)，全站儀的測量就不一定比GPS技術(shù)更精確，出現(xiàn)上述現(xiàn)象的主要原因是靜態(tài)測量的時(shí)間比較久，一般情況下都用作控制點(diǎn)的測量。從GPS技術(shù)測量點(diǎn)的操作以及控制點(diǎn)的精確點(diǎn)操作來看，操作人員在每次測量之前所使用的對點(diǎn)方式也不一致，而移動站的擺動因素對測量的準(zhǔn)確度有一定的影響。除此之外，操作人員在第一次使用相關(guān)坐標(biāo)網(wǎng)得到的控制點(diǎn)數(shù)據(jù)也是影響后續(xù)工作的重要關(guān)鍵。從上述情況來看，除了靜態(tài)測量之外GPS技術(shù)的測量一般會比全站儀差1.1cm～2.8cm。從GPS技術(shù)本身來看，其操作比較簡單，數(shù)據(jù)采集的過程比較快，不容易受到通視因素的影響。全站儀卻沒有具備上述功能，在地形測量中以及橋梁工作中利用GPS技術(shù)取得的效果更佳。另外，在采用GPSRTK技術(shù)進(jìn)行測量時(shí)，不受到以下三個(gè)方面的因素影響：（1）全天候作業(yè)；（2）通視；（3）常規(guī)技術(shù)，使用GPSRTK技術(shù)只需要一個(gè)人背著1臺以期在已經(jīng)確定好的檢測點(diǎn)進(jìn)行幾秒鐘的停留就可以輸入編碼。使用便攜機(jī)進(jìn)行相關(guān)記錄，既能夠滿足定位精確的要求，又能夠?qū)⒛骋粋€(gè)區(qū)域內(nèi)的地貌特點(diǎn)以及地形特點(diǎn)進(jìn)行精確測定，在此基礎(chǔ)上使用專業(yè)的軟件進(jìn)行繪圖。簡而言之，采用GPSRTK技術(shù)能夠節(jié)省人力物力財(cái)力，使得資源的利用能夠最大化，在很大程度上提高了測圖工作效率。

2 GPS技術(shù)在兩井間貫通測量中應(yīng)用的重要性

2.1 GPS技術(shù)能夠有效擴(kuò)寬兩井間貫通測量的范圍

GPS技術(shù)在測量的過程中由于其具有基本的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，所以在測量的過程中可以有效擴(kuò)寬兩井間貫通測量的范圍不受到任何限制。在確保數(shù)據(jù)精確度的過程中，GPS技術(shù)可以能夠在最大范圍內(nèi)進(jìn)行有效測量。

2.2 GPS技術(shù)能夠隨時(shí)掌握數(shù)據(jù)的動態(tài)變化

GPS技術(shù)在兩井間貫通測量中在很大程度上可以通過有效通過掌握數(shù)據(jù)的動態(tài)變化，繼而起到幫助礦井建設(shè)的作用。GPS技術(shù)通過與現(xiàn)代信息技術(shù)相互結(jié)合的作用可以隨時(shí)掌握測量數(shù)據(jù)的動態(tài)變化，幫助兩井間貫通測量工作的順利開展。

2.3 GPS技術(shù)能夠確保兩井間貫通測量數(shù)據(jù)的精確性

GPS技術(shù)在兩井間貫通測量數(shù)據(jù)過程中能夠在很大程度上保證數(shù)據(jù)測量的精確性，主要原因是因?yàn)镚PS技術(shù)具有新一代的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，所以在測量的過程中能夠提供兩井間貫通測量的精確數(shù)據(jù)。

3 GPS布網(wǎng)的設(shè)計(jì)與觀測

3.1 GPS布網(wǎng)的設(shè)計(jì)

某煤炭集團(tuán)地測公司鐵礦井筒設(shè)計(jì)斷面形狀為圓形，掘進(jìn)直徑為4.5m，設(shè)計(jì)井筒標(biāo)高為48.2m，井筒深為164.2m，井底標(biāo)高為-118m。井筒中心坐標(biāo)X=3646515.145，Y=46541654.564，H=1254.656煤炭集團(tuán)地測公司鐵礦副井井筒設(shè)計(jì)斷面形狀為圓形，掘進(jìn)直徑為4.5m，設(shè)計(jì)井筒標(biāo)高為-318.2m，井筒深為-365.3m。井筒中心坐標(biāo)X=4648947.265，Y=36981452.412，H=2101.325由建井隊(duì)從副井-118m開始掘進(jìn)，方位角度為75°，在水平掘進(jìn)11.5m后停止，剩余過程將副井與獨(dú)頭掘進(jìn)相互貫通。為了提高GPS布網(wǎng)的可靠性以及精確性，將GPS布網(wǎng)設(shè)計(jì)成三角形網(wǎng)（由獨(dú)立觀測表組成），此種設(shè)計(jì)的GPS布網(wǎng)具有幾何結(jié)構(gòu)強(qiáng)以及自檢能力強(qiáng)等特點(diǎn)，繼而有效觀測到檢測結(jié)果數(shù)據(jù)的優(yōu)良，最終保證GPS布網(wǎng)的安全性與可靠性。從另外一個(gè)角度來看，在經(jīng)平差后網(wǎng)中相鄰點(diǎn)間基線向量的經(jīng)度均勻分布，是一種比較理想的GPS設(shè)計(jì)網(wǎng)形。按照上述要求，GPS布網(wǎng)有12點(diǎn)組成，22條基線，平均邊長為1.23km。除此之外，GPS網(wǎng)點(diǎn)間至少有3個(gè)通視方向。并且由中國人民解放軍總參謀部測繪局1988年航拍，在1989年調(diào)繪以及1990年成圖的1：100000比例尺的地形圖。

3.2 GPS布網(wǎng)的觀測

針對E級GPS布網(wǎng)采用S455GPS接收機(jī)進(jìn)行有效觀測，精確度為6.3mm+1×11-6Dmm，其中D為測距；在觀測前根據(jù)星歷預(yù)報(bào)表進(jìn)行觀測計(jì)劃，繼而有效保證基線的模糊倍率因子在2.2倍以上；與此同時(shí)觀測前后的數(shù)量值誤差精確到0.88mm。在實(shí)際的外業(yè)觀測過程中，可以使用5臺或者5臺以上的GPS接收機(jī)，在5個(gè)GPS點(diǎn)上進(jìn)行高效觀測，每次觀測的時(shí)間都超過65min，部分觀測時(shí)間超過95min，出現(xiàn)上述不一致的觀察時(shí)間段的主要原因是觀察時(shí)間的長短之間影響到GPS網(wǎng)的精確度。在丈量天線高度時(shí)，需要將觀察前1d以及后1d的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，數(shù)據(jù)值精確到每mm，另外需要注意兩次取值的天線差不應(yīng)該超過2.5mm.，最后取其平均值作為最后的天線高度。

GPS布網(wǎng)的觀測也是其中重要的內(nèi)容，在GPS布網(wǎng)基礎(chǔ)之上相關(guān)工作人員需要認(rèn)真的核對GPS的歷元數(shù)，繼而判斷是否能夠滿足兩井間貫通測量的相關(guān)要求。在測量的過程中，一旦GPS的歷元數(shù)不符合兩井間貫通測量的相關(guān)要求，需要延長檢測過程中的時(shí)間，繼而有效確保測量的精確度，與此同時(shí)需要注意做好數(shù)據(jù)記錄，確保精確的掌握好動態(tài)數(shù)據(jù)。

3.3 數(shù)據(jù)處理

E級GPS布網(wǎng)的相關(guān)計(jì)算應(yīng)用使用GPS數(shù)據(jù)處理軟件?；€結(jié)算采用的歷元間隔為14"，根據(jù)觀測條件的不同取16°～20°。同步環(huán)全長相對閉合差的限差為W≤6×10-6，異步環(huán)全長相對閉合差的限差為W≤2√3n，E級GPS布網(wǎng)的閉合環(huán)情況如表1所示。

E級GPS布網(wǎng)的平差計(jì)算：在EOIYH-74坐標(biāo)系內(nèi)進(jìn)行無約束平差，在1987年北京坐標(biāo)系內(nèi)進(jìn)行二維約束平差繼而進(jìn)行平面約束，平差后的精確度情況如表2所示。

4 選取貫通方案

選取科學(xué)化的貫通方案在兩井間貫通測量中的作用非常大，筆者認(rèn)為根據(jù)文章所涉及的相關(guān)案例主要選擇以下方案：在沿風(fēng)井井筒敷設(shè)四級復(fù)測支導(dǎo)線，繼而進(jìn)行二次復(fù)測，最后計(jì)算平差。全站儀選取尼康DTM-352C系列中文全站儀-高精度進(jìn)口全站儀，為了提高井筒短的測量精度，加入5個(gè)8"級導(dǎo)線點(diǎn)以檢核并消除井筒段的測量粗差。在回風(fēng)巷測設(shè)8級閉合導(dǎo)線，并且對測量結(jié)果進(jìn)行平差檢測。上述行為既能夠加快測量速度，也能夠保證測算精度，其主要優(yōu)勢是既能夠有效減少施工系列影響，也能夠降低勞動強(qiáng)度。按照相關(guān)規(guī)定要求，1000m～2000m貫通工程屬于比較大型的貫通工程，導(dǎo)線等級需要8"級，繼而開拓貫通工程接合點(diǎn)中線允許偏差為0.28m，腰線允許偏差為0.08m；兩立巷道貫通在各類工程中腰線以及工程中線的允許偏差分貝增加0.08m、0.15m。

5 井筒施工期間的數(shù)據(jù)測量

5.1 檢測井筒施工中標(biāo)高

根據(jù)井口近井點(diǎn)的標(biāo)高，并且在二等水準(zhǔn)儀的精度要求之下測量出井筒10字基點(diǎn)的標(biāo)高技術(shù)，繼而以此為井筒施工中標(biāo)高的傳遞基準(zhǔn)。在施工到井筒期間，將標(biāo)高導(dǎo)入封口盤，繼而在封口盤放下檢定過的長鋼尺，與此同時(shí)加上以下四種改正措施：（1）自重改正措施；（2）拉力改正措施；（3）比長改正措施；（4）溫度改正措施。上述四種改正措施需要將標(biāo)高傳遞至相關(guān)處，繼而有效控制施工標(biāo)高。

5.2 測設(shè)井筒十字中線以及井筒中心線

根據(jù)井口近井點(diǎn)，按照7"級導(dǎo)線的精度要求來設(shè)置相關(guān)導(dǎo)線，與此同時(shí)按照井筒標(biāo)高來設(shè)置十字線，建立10字基點(diǎn)，測出坐標(biāo)各個(gè)點(diǎn)。按照10字基點(diǎn)設(shè)置井筒中心線，繼而計(jì)算出進(jìn)口標(biāo)高以及井筒的中心位置。按照井筒中心線的相關(guān)指示進(jìn)行挖掘，在下線中心的孔牌子處焊接在風(fēng)口盤處，在中線采用D2.32mm手搖絞車，在中心線位置采用懸掛重錘并且置于油桶中，繼而有效減少擺動誤差。在找準(zhǔn)中線位置線前，需要校正井筒中心線，按照井筒施工的具體要求在10字基線點(diǎn)下3～4根鋼絲到井底處。

5.3 貫通方案實(shí)施后分析精度

兩井間貫通測量方案全面實(shí)施后經(jīng)過相關(guān)檢測后得出以下相關(guān)結(jié)論：導(dǎo)線總長度中包括28個(gè)測點(diǎn)，地面總計(jì)1554m。在預(yù)計(jì)貫通之后，2中線差為0.28m，高程之差為0.22m；在實(shí)際貫通方案實(shí)施后，2中線之差為0.014m，高程之差為0.05m。預(yù)計(jì)貫通之后，導(dǎo)線相對閉合差1/7500，實(shí)際閉合差為1/12253。從上述相關(guān)數(shù)據(jù)來看，本次貫通測量精確度的各項(xiàng)誤差符合相關(guān)規(guī)定要求。

5.4 井底硐室的施工測量

按照文章中所研究的貫通方案，組織一支由10個(gè)人組成的技術(shù)隊(duì)伍，按照尼康DTM-352C系列中文全站儀-高精度進(jìn)口全站儀，為了有效保證尼康DTM-352C系列中文全站儀-高精度進(jìn)口全站儀儀器的精度，在使用前對儀器進(jìn)行校驗(yàn)，在實(shí)踐檢測過程中測定被檢測地區(qū)的溫度以及氣壓，在基礎(chǔ)參數(shù)上保證邊長測定的精確度。文章中主要利用礦井停產(chǎn)檢修期間，先沿著風(fēng)井筒方向敷設(shè)8級導(dǎo)線。在檢測過程中，由于會受到風(fēng)流的影響，所以需要在-118m車場處分別向回風(fēng)巷敷設(shè)8級閉合導(dǎo)線。為了滿足礦井生產(chǎn)的相關(guān)需要，點(diǎn)位均設(shè)置在巷道處繼而滿足礦井生產(chǎn)需要。所有外業(yè)測量需要嚴(yán)格按照煤礦測量規(guī)程井下8級導(dǎo)線的測量要求，在水平角以及高差出觀測邊長2測回，在邊長處5測回，在邊長以及高差處進(jìn)行來回觀測，在觀測開始以及結(jié)束前分別占標(biāo)高。在全站儀觀測結(jié)束后，在不垂直與橫軸產(chǎn)生的視準(zhǔn)誤差下計(jì)算數(shù)值，測回邊長互差以及高差互差。

6 結(jié)束語

GPS技術(shù)能夠在不通視的情況下能夠準(zhǔn)確的測量到坐標(biāo)位置，具有以下測量人員少以及精度高等優(yōu)勢；全站儀集測距以及測角為一體，再由微處理計(jì)算機(jī)來控制住測距以及測角，實(shí)現(xiàn)自動化計(jì)算水平距離以及坐標(biāo)。作為一名全站儀的工作人員，能夠通過相關(guān)實(shí)踐工作來掌握兩井間貫通測量技術(shù)，聯(lián)合使用GPS技術(shù)與全站儀能夠設(shè)計(jì)出可靠度較強(qiáng)的地面控制網(wǎng)，繼而作為貫通工程的統(tǒng)一數(shù)據(jù)來進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。

GPS技術(shù)在兩井間貫通測量中有著極其重要的影響和作用，在文章的相關(guān)研究中主要從以下四個(gè)方面來進(jìn)行：（1）GPS布網(wǎng)的布設(shè)；（2）GPS的觀測；（3）GPS方案的選??；（4）GPS施工技術(shù)期間的相關(guān)測量?？偠灾?，GPS技術(shù)的相關(guān)應(yīng)用對兩井間貫通測量中的數(shù)據(jù)精確度有著重要的提升作用，在今后的相關(guān)中需要廣泛推廣GPS技術(shù)以及全站儀在兩井間貫通測量中的作用，繼而進(jìn)一步提高精確度，推動相關(guān)工作的順利開展。

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作者簡介：江亞明（1985-），男，漢族，江西省余干縣人，本科，工作單位：神華神東煤炭集團(tuán)地測公司，研究方向：礦山測量。