楊宇霆

(山西焦煤霍州煤電集團(tuán) 呂梁山煤電有限公司 木瓜煤礦,山西 呂梁 033000)

GPS控制測(cè)量技術(shù)在煤礦
兩井間巷道貫通測(cè)量中的應(yīng)用

楊宇霆

(山西焦煤霍州煤電集團(tuán) 呂梁山煤電有限公司 木瓜煤礦,山西 呂梁 033000)

基于煤礦開采行業(yè)領(lǐng)域的特殊性,對(duì)測(cè)量工程的數(shù)據(jù)精確度要求較高。研究GPS技術(shù)在巷道貫通測(cè)量中的應(yīng)用,對(duì)于保證巷道順利貫通十分必要。為保證兩井間巷道順利貫通,在貫通測(cè)量過程中利用GPS控制測(cè)量技術(shù),對(duì)地面GPS動(dòng)態(tài)控制測(cè)量、井下導(dǎo)線測(cè)量、井筒施工測(cè)量進(jìn)行了分析,利用公式對(duì)貫通誤差進(jìn)行計(jì)算,經(jīng)貫通結(jié)果表明:貫通測(cè)量所采用的方法和數(shù)據(jù)分析方法符合設(shè)計(jì)和相關(guān)規(guī)程的各項(xiàng)要求,達(dá)到了技術(shù)設(shè)計(jì)的目的,滿足貫通需要和巷道的施工質(zhì)量要求。

貫通測(cè)量;GPS技術(shù);誤差計(jì)算;巷道

礦井巷道貫通主要是指將一條巷道按照最初的設(shè)計(jì)要求和規(guī)范不斷挖掘進(jìn)入指定的范圍和另一條煤礦巷道完成連通的過程。中大型的貫通測(cè)量是指采用兩個(gè)或者兩個(gè)以上完全相同或者互相類似的工作面向同一個(gè)巷道進(jìn)行掘進(jìn)的過程,掘進(jìn)過程中要力求掘進(jìn)終點(diǎn)處于預(yù)定計(jì)劃范圍,而且連通的方式和路線要求準(zhǔn)確無誤[1-2]。大型貫通測(cè)量工程一般要經(jīng)過很長(zhǎng)時(shí)間才能完成。而基于煤礦開采行業(yè)領(lǐng)域的特殊性,對(duì)測(cè)量工程的數(shù)據(jù)精確度提出了嚴(yán)格的要求。因此,研究GPS技術(shù)在巷道貫通測(cè)量中的應(yīng)用,對(duì)于保證巷道順利貫通十分必要。

1 工程概述

青山回風(fēng)立井是新義煤礦南六采區(qū)的核心工程,主要承擔(dān)新義煤礦下組煤(8#煤)總回風(fēng)的任務(wù)。該風(fēng)井井筒中心的坐標(biāo)為X=4 198 096.000,Y=3 759 375 8.000,高程為H=1 115.4 m。該井的井筒斷面形狀設(shè)計(jì)為圓形,挖掘的直徑為6 m,沿著立井向下施工,一直到水平716 m處后與已經(jīng)施工好的下組煤回風(fēng)大巷回風(fēng)石門進(jìn)行貫通。兩井口(副斜井至青山回風(fēng)立井) 地面水平距離為3 823.233 m,井下導(dǎo)線長(zhǎng)度為5 511.789 m,實(shí)際豎井貫通段距離為394.6 m。貫通類型為兩井間地面與井下標(biāo)定點(diǎn)的立井開鑿貫通。

2 貫通方案分析

1)地面方案:通過使用天寶5800 R6 GPS對(duì)已知GPS控制點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)校正和聯(lián)測(cè),并對(duì)鎮(zhèn)礦副斜井、青山回風(fēng)立井進(jìn)行實(shí)地放樣,使之與井下導(dǎo)線形成閉合環(huán)。

2)井下方案:井下導(dǎo)線測(cè)量確定施測(cè)7″級(jí)基本控制導(dǎo)線,通過導(dǎo)線聯(lián)測(cè)經(jīng)鎮(zhèn)礦副斜井→760水平大巷→760水平東大巷→下組煤上部車場(chǎng)→下組煤材料斜巷→下組煤下部車場(chǎng)→下組煤軌道大巷→經(jīng)聯(lián)絡(luò)巷→下組煤回風(fēng)大巷→回風(fēng)石門至相遇點(diǎn)K;另一邊從青山回風(fēng)井GPS近井點(diǎn)通過導(dǎo)線聯(lián)測(cè)至貫通相遇點(diǎn)K。

3 地面GPS動(dòng)態(tài)控制及井下導(dǎo)線測(cè)量

3.1地面GPS動(dòng)態(tài)控制測(cè)量

測(cè)區(qū)范圍內(nèi)由山西省工程測(cè)繪院于2009年12月實(shí)測(cè)的西山礦區(qū)控制網(wǎng)時(shí)布置的GPS點(diǎn)包括:在副斜井一端,附近有辦公樓(C級(jí))和福利樓(D級(jí))兩個(gè)GPS控制點(diǎn);而在青山回風(fēng)立井一端附近有青山村、青山東和青山(D級(jí)) 三個(gè)GPS控制點(diǎn)?？刂泣c(diǎn)成果為1954年北京坐標(biāo)系,高斯3°度帶投影,中央子午線經(jīng)度為112°。高程為1985國(guó)家高程基準(zhǔn),均為華北地區(qū)似大地水準(zhǔn)面精化高程。控制點(diǎn)目前點(diǎn)位牢靠,保存完好,經(jīng)實(shí)地檢測(cè),點(diǎn)位精度良好,可以作為青山回風(fēng)立井與副斜井間GPS網(wǎng)的起算數(shù)據(jù)。

GPS控制測(cè)量所用的儀器設(shè)備為天寶5800 R6 GNSS GPS主機(jī)1臺(tái)、動(dòng)態(tài)接收機(jī)2臺(tái)、PDL電臺(tái)、TSC2手薄、三角架2臺(tái)、小鋼尺3個(gè),無線電話3臺(tái),進(jìn)行RTK動(dòng)態(tài)觀測(cè)。

1)基準(zhǔn)站安裝。a.先在辦公樓點(diǎn)(C級(jí)GPS點(diǎn))架設(shè)三腳架,對(duì)中整平,5800 GPS主機(jī)經(jīng)過基座固定在三角架上。b.鞭狀天線經(jīng)過墊片固定在另一個(gè)三角架上。c.GPS數(shù)據(jù)線小7針Lemo口連接5800主機(jī)端口,大5針Lemo口連接PDL電臺(tái)DATA端口,連接時(shí)對(duì)準(zhǔn)紅點(diǎn)推進(jìn)去,電源線連接12 V電瓶,連接時(shí)注意電瓶正負(fù)級(jí)。d.PDL電臺(tái)連接座發(fā)射電纜一端連接電臺(tái)的ANTENNA端口,另一端連接發(fā)射鞭狀天線。e.打開接收機(jī)電源,檢查各指示燈是否存在不亮現(xiàn)象并及時(shí)解決不亮問題。

2)基準(zhǔn)站與手薄的啟動(dòng)、配置和連接。a.打開手薄,新建任務(wù),修改好坐標(biāo)系統(tǒng)。b.對(duì)基準(zhǔn)站和電臺(tái)進(jìn)行配置。c.通過藍(lán)牙連接基準(zhǔn)站,并啟動(dòng)基準(zhǔn)站接收機(jī),注意要輸入電線高。

3)動(dòng)態(tài)流動(dòng)站的安裝。a.在福利樓點(diǎn)(D級(jí)GPS點(diǎn))架設(shè)三腳架,對(duì)中整平,將天寶 5800接收機(jī)固定在測(cè)桿上,用鋰電池為接收機(jī)供電。b.將棒狀無線電天線接到接收機(jī)上。c.控制器托架接到測(cè)桿上。d.控制器固定到控制器托架上。e.打開控制器電源。

4)動(dòng)態(tài)流動(dòng)站與手薄的啟動(dòng)、配置和連接。a.打開手薄,對(duì)流動(dòng)站和流動(dòng)站電臺(tái)進(jìn)行配置,同時(shí)量取流動(dòng)站天線高并輸入手薄。b.點(diǎn)擊藍(lán)牙連接流動(dòng)站接收機(jī),并啟動(dòng)流動(dòng)站接收機(jī)。

5)對(duì)已有的GPS控制點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)校正。a.對(duì)已知點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)。b.輸入控制點(diǎn)坐標(biāo)。c.匹配點(diǎn)對(duì),對(duì)5個(gè)已知GPS控制點(diǎn)輪流進(jìn)行工地校正。

6)使用動(dòng)態(tài)流動(dòng)站在地面對(duì)青山回風(fēng)立井進(jìn)行實(shí)地放樣。由于在井下下組煤回風(fēng)石門已經(jīng)給好了坐標(biāo)位置(X=4 198 096.000,Y=3 759 375 8.000),故可直接使用動(dòng)態(tài)流動(dòng)站對(duì)青山回風(fēng)立井進(jìn)行實(shí)地放樣。

3.2井下導(dǎo)線測(cè)量

1)井下巷道中線的標(biāo)定。標(biāo)定巷道中線就是按設(shè)計(jì)給定巷道平面內(nèi)的方向,標(biāo)定之前,必須作好準(zhǔn)備工作,然后進(jìn)行中線的標(biāo)定、延線和檢查。

a.標(biāo)定前的準(zhǔn)備工作。b.檢查設(shè)計(jì)圖紙,了解巷道的幾何關(guān)系,確定測(cè)量方法。c.確定標(biāo)定數(shù)據(jù)。

2)井下巷道腰線的標(biāo)定。標(biāo)定巷道腰線就是給定巷道的坡度和傾角。腰線點(diǎn)可成組設(shè)置,也可每30 m～40 m設(shè)置一個(gè),但須在幫上畫出腰線。成組設(shè)置腰線時(shí),每組不得少于3個(gè),點(diǎn)間距以不小于5 m為宜。一般傾角小于8°的巷道用水準(zhǔn)儀法,傾角大于8°的主要巷道用經(jīng)緯儀標(biāo)定。

3)聯(lián)系測(cè)量。一端通過辦公樓、福利樓兩個(gè)GPS近井點(diǎn)與連接點(diǎn)付斜井井口點(diǎn),將地面平面坐標(biāo)、方位角及高程傳遞到井下永久點(diǎn)上,作為井下控制測(cè)量的起始數(shù)據(jù),井口水準(zhǔn)點(diǎn)的高程,按照四等水準(zhǔn)測(cè)量的精度要求測(cè)設(shè)。另一端通過青山村、青山東、作為后視點(diǎn),青山作為儀器站連接轉(zhuǎn)點(diǎn)至青山回風(fēng)立井中心。

3.3井筒施工測(cè)量

1)井筒十字線及井筒中心線的測(cè)設(shè)。井筒中心位置的標(biāo)定采用極坐標(biāo)法[3],儀器選用瑞士徠卡TS06型2″級(jí)全站儀。根據(jù)井筒中心位置的設(shè)計(jì)坐標(biāo)和實(shí)地的固定邊反算出標(biāo)定水平角和邊長(zhǎng)。井筒中心位置獨(dú)立標(biāo)定兩次。

2)投點(diǎn)及高程導(dǎo)入。青山回風(fēng)立井采用單重穩(wěn)定投點(diǎn),投點(diǎn)采用直徑116 mm的高強(qiáng)度碳素彈簧鋼絲作為投點(diǎn)鋼絲,選擇100 kg的重陀,將重陀置于盛滿水的大桶中,投點(diǎn)時(shí)將手搖絞車固定在井筒外的固定物體上。導(dǎo)入高程分別采用鋼尺法和鋼絲法兩種方法進(jìn)行導(dǎo)入,導(dǎo)入限差符合《規(guī)程》規(guī)定。

4 貫通誤差預(yù)計(jì)

1)地面GPS控制測(cè)量對(duì)井下貫通點(diǎn)K在x方向上的誤差影響。由于地面GPS控制測(cè)量引起K在x′方向上的貫通誤差可按下列公式計(jì)算[4]:

.

以上數(shù)值可以看出由地面GPS控制測(cè)量引起K在x′方向上的貫通誤差可不考慮。地面光電測(cè)距導(dǎo)線的測(cè)角和量邊誤差引起K在x軸上的誤差預(yù)計(jì)取測(cè)角中誤差± 5″。

2)由地面導(dǎo)線的測(cè)角誤差引起K點(diǎn)在x軸方向上的誤差為(角度獨(dú)立測(cè)量?jī)纱?:

式中:Mxβ上為地面導(dǎo)線的測(cè)角中誤差;ρ為常數(shù)206 265;Ryi為各測(cè)點(diǎn)作x軸的垂線在y軸上的投影。

3)地面量邊誤差引起K點(diǎn)在x軸方向上的誤差為(邊長(zhǎng)獨(dú)立測(cè)量?jī)纱?:

±2.441 m=±0.002 m .

式中:MxL上為地面光電測(cè)距的量邊誤差;α為導(dǎo)線各邊與x軸的夾角。

4)定向誤差引起K點(diǎn)在x軸上的誤差預(yù)計(jì):

付斜井立井兩井獨(dú)立兩次定向平均值的誤差預(yù)計(jì)引起的K點(diǎn)誤差:

2.5×3 121.624=0.027 m .

式中：ma0為兩井定向誤差,即由定向引起的井下導(dǎo)線起始邊坐標(biāo)方位角中誤差;Ry0為井下導(dǎo)線起始點(diǎn)與K點(diǎn)連線在y′方向上的投影長(zhǎng)度。

井下光電測(cè)距導(dǎo)線的測(cè)角和量邊誤差引起K在x軸上的誤差預(yù)計(jì)取測(cè)角中誤差±7″。

5)由井下導(dǎo)線的測(cè)角誤差引起K點(diǎn)在x軸方向上的誤差為(角度獨(dú)立測(cè)量?jī)纱?：

式中:Mβ下為井下導(dǎo)線的測(cè)角中誤差;ρ為常數(shù)206 265;Ryi為各測(cè)點(diǎn)作x軸的垂線在y軸上的投影。

6)井下量邊誤差引起K點(diǎn)在x軸方向上的誤差為(邊長(zhǎng)獨(dú)立測(cè)量?jī)纱?:

±8.173 mm=±0.008 m .

式中:mL為地面光電測(cè)距的量邊誤差;α為導(dǎo)線各邊與x軸的夾角。

7)貫通相遇點(diǎn)K在水平重要方向x上的總誤差:

=±0.230 m .

8)貫通相遇點(diǎn)K在水平重要方向x上的預(yù)計(jì)總誤差:

Μ預(yù)X=2Μx′k=±2×0.230=±0.460 m=

±460 mm<±500 mm .

根據(jù)以上誤差預(yù)計(jì)可以看出:如果獨(dú)立施測(cè)導(dǎo)線兩次,則貫通點(diǎn)在水平重要方向上的預(yù)計(jì)總誤差為±0.460 m,小于±0.500 m,故本次貫通測(cè)量方案導(dǎo)線必須獨(dú)立觀測(cè)兩次。

5 結(jié)論

青山回風(fēng)立井貫通工程導(dǎo)線全長(zhǎng)10 098.222 m。本次貫通導(dǎo)孔先用直徑為0.311 m鉆桿打通,然后刷大斷面至6 m。巷道貫通后及時(shí)進(jìn)行了導(dǎo)線閉合連接測(cè)量,通過順利貫通后的誤差計(jì)算證明,本次貫通測(cè)量所采用的方法和數(shù)據(jù)分析方法符合設(shè)計(jì)和相關(guān)規(guī)程的各項(xiàng)要求,達(dá)到了技術(shù)設(shè)計(jì)的目的,滿足了貫通的需要。導(dǎo)線點(diǎn)測(cè)量的平面和高程成果準(zhǔn)確可靠,貫通精度符合《煤礦測(cè)量規(guī)程》的規(guī)定,滿足了巷道的施工質(zhì)量要求。

[1] 周行禮，齊俊德.GPS技術(shù)在兩井間巷道貫通測(cè)量中的應(yīng)用[J].煤，2009，18(3)：17-19.

ZHOU Xingli,QI Junde.Application of GPS Technoloyon Surveying between Tunnel Break through in Two Wells[J].Coal,2009,18(3):17-19.

[2] 孫業(yè)偉,康亞輝.關(guān)于GPS技術(shù)在兩井間巷道貫通測(cè)量中的應(yīng)用的思考[J].科技視界，2012(19)：277-278.

[3] 王鳳蓮.立井井筒施工中的測(cè)量技術(shù)管理[J]礦山測(cè)量，2001(3)：53-54.

[4] 王清悅，孫孟杰.礦井巷道貫通測(cè)量誤差規(guī)律的研究及誤差參數(shù)的確定[J].礦山測(cè)量，2000(1)：60-61.

ApplicationofGPSControlandMeasurementTechnologyinHoling-throughSurveybetweenTwoMines

YANGYuting

(MuguaMine,LvliangshanCoal&ElectricityCo.,Ltd.,HuozhouCoal&ElectricityGroup,ShanxiCokingCoalGroup,Lvliang033000,China)

According to the specificity of the mining industry,the precision requirement of survey engineering is rather high.The application of GPS technology in survey is necessary to ensure the smooth passing of the roadways.To guarantee the smooth holing-through,the GPS control and measurement technology was used to analyze the surface dynamic survey,underground traverse survey,and shaft construction survey.Formulas were used to calculate the errors.The holing-through results show that the methods and data analysis met the requirements of design,reached the design aim,and satisfied the holing-through and construction requirements.

holing-through survey; GPS technology; error calculation; roadway

1672-5050(2017)04-0022-04

10.3919/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2017.08.007

2017-06-30

楊宇霆(1986-),男,山西方山人,大學(xué)本科,助理工程師,從事礦山測(cè)量工作。

TD163

A

(編輯:薄小玲)