劉 鵬 段崇軍 葉吉磊

（山東能源魯西礦業(yè)王樓煤礦，山東 濟(jì)寧 272063）

1 工程概況

王樓煤礦位于山東省濟(jì)寧市任城區(qū)喻屯鎮(zhèn)，行政區(qū)劃歸濟(jì)寧市管轄。設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力90 萬t/a，設(shè)計(jì)2 個(gè)立井井筒。主井位于工業(yè)廣場內(nèi)，主要承擔(dān)煤炭提升任務(wù)；副井位于工業(yè)廣場內(nèi)，主要承擔(dān)人員、設(shè)備的提升任務(wù)。礦井由于受工業(yè)廣場沉降等因素影響，基礎(chǔ)測量點(diǎn)精度已經(jīng)不能滿足礦井正常監(jiān)測需要，且多數(shù)已經(jīng)破壞，無法正常使用。為保證井上、井下提升坐標(biāo)系統(tǒng)的嚴(yán)格統(tǒng)一，需利用原來起算數(shù)據(jù)重新測出井筒中心，并依據(jù)十字中線設(shè)計(jì)方位，重新測設(shè)十字中線。

2 方案選擇

礦井近井點(diǎn)、高程基點(diǎn)及井筒十字中線點(diǎn)恢復(fù)工作是一項(xiàng)繁瑣、復(fù)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(xiàn)誤差超限，造成反復(fù)測量，所以在方案制定階段要盡量避免出現(xiàn)反復(fù)測量，吸收先前工作的經(jīng)驗(yàn)。因此，在測量工作中盡量選擇精度高、穩(wěn)定性好的儀器。在近井點(diǎn)及一級導(dǎo)線點(diǎn)布設(shè)時(shí)盡量避免出現(xiàn)長短邊及衛(wèi)星信號易受干擾區(qū)域。

關(guān)于現(xiàn)場埋石的選擇，由于廠區(qū)已經(jīng)建成且已大面積硬化，綠化帶植物繁茂影響后續(xù)觀測工作，綜合各種因素分析后，大部分埋石點(diǎn)都在水泥硬化路面及樓頂，傳統(tǒng)的埋石方式在硬化路面不適合，所以采用打孔埋標(biāo)方法直接埋設(shè)近井點(diǎn)及控制點(diǎn)。十字中線點(diǎn)的埋設(shè)在綠化帶及樓頂時(shí)采用傳統(tǒng)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(shè)在硬化路面，并做好標(biāo)記。

3 具體工作方案

本次測量近井點(diǎn)觀測采用GPS 靜態(tài)觀測按GPS D 級控制精度進(jìn)行觀測[1]，采用河北朱莊JQ065、袁莊（二）JQ072 兩個(gè)C 級GPS 控制點(diǎn)，經(jīng)現(xiàn)場踏勘，保存完好，可以作為本項(xiàng)目D 級GPS 控制點(diǎn)平面起算點(diǎn)。礦區(qū)四等平面控制點(diǎn)、變電站近井點(diǎn)，由山東東山王樓煤礦有限公司提供，坐標(biāo)系為1954北京坐標(biāo)系，主要用于坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換及1954 北京坐標(biāo)系成果解算。高程測量采用JQ066 號C 級點(diǎn)Ⅱ周家莊作為高程水準(zhǔn)起算點(diǎn)，經(jīng)現(xiàn)場踏勘，點(diǎn)位保存完好，可以作為四等高程起算點(diǎn)使用。采用四等導(dǎo)線聯(lián)測近井點(diǎn)，十字線點(diǎn)標(biāo)定采用近井點(diǎn)加一級導(dǎo)線點(diǎn)做控制，按煤礦測量規(guī)范進(jìn)行十字線點(diǎn)標(biāo)定。具體工作步驟及要求如下。

3.1 近井點(diǎn)觀測

利用國家3 個(gè)C 級GPS 控制點(diǎn)，采用GPS 靜態(tài)測量的方式加密布設(shè)礦區(qū)近井點(diǎn)5 個(gè)，同時(shí)聯(lián)測原有近井點(diǎn)1 個(gè)。每個(gè)控制點(diǎn)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(jiān)實(shí)穩(wěn)定，易于長久保留。

2）交通應(yīng)便于作業(yè)。

3）應(yīng)遠(yuǎn)離大功率無線電發(fā)射源200 m 和高壓輸電線路50 m，視場內(nèi)障礙物的高度角滿足GPS觀測條件。

4）應(yīng)充分利用符合上述條件的舊有控制點(diǎn)點(diǎn)位及其標(biāo)石。

解算出礦區(qū)原有坐標(biāo)系1954 北京坐標(biāo)系、1980西安坐標(biāo)系、2000 國家大地坐標(biāo)系成果各一套。

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

新布設(shè)近井點(diǎn)的埋設(shè)：

1）近井點(diǎn)埋設(shè)在樓頂時(shí)，采用混凝土標(biāo)石。標(biāo)石上表面為20 cm×20 cm，下表面為30 cm×30 cm，高為30 cm，標(biāo)石中心埋設(shè)控制點(diǎn)標(biāo)志。

2）近井點(diǎn)埋設(shè)在水泥、瀝青等硬化地面時(shí)，可直接將控制點(diǎn)標(biāo)志埋設(shè)于硬化地面上。埋設(shè)在地面上的近井點(diǎn)應(yīng)兼做高程點(diǎn)。

3）位于軟地面時(shí)，可采用現(xiàn)澆混凝土標(biāo)石。

近井點(diǎn)的觀測：

1）采用邊連組網(wǎng)觀測模式，采用4 臺GPS 接收機(jī)進(jìn)行同步觀測，觀測時(shí)間按照D 級精度進(jìn)行觀測[5]?，F(xiàn)場觀測條件不是很好的，要適當(dāng)延長觀測時(shí)間。

2） 架設(shè)天線時(shí)嚴(yán)格對中、整平，并量取測前天線高。各級控制點(diǎn)的天線高量取方式一般為斜距。

3）安置好后進(jìn)行最后檢查，以保證各個(gè)插件穩(wěn)固，確認(rèn)無誤后等待組長通知打開接收機(jī)電源開關(guān)，開始觀測，觀察接收機(jī)指示燈或提示，正常采集時(shí)開始計(jì)時(shí)。

4）觀測結(jié)束，收到觀測結(jié)束命令后關(guān)機(jī)，量取測后天線高。

5）手簿按規(guī)定格式記錄時(shí)間。

GPS 觀測數(shù)據(jù)處理采用中海達(dá)HGO V2.0.5 軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行基線處理，根據(jù)基線的質(zhì)量控制指標(biāo)中誤差Rms、Ratio 和構(gòu)網(wǎng)條件剔除質(zhì)量差的基線，對符合要求的基線進(jìn)行三維網(wǎng)無約束、二維網(wǎng)約束平差。合格后，解算1980 西安坐標(biāo)系、2000 國家大地坐標(biāo)系、1954 年北京坐標(biāo)系各1 套。

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

根據(jù)1954 年北京坐標(biāo)系成果及1980 西安坐標(biāo)系、2000 國家大地坐標(biāo)系成果，分別計(jì)算出平移轉(zhuǎn)換參數(shù)。各點(diǎn)平移轉(zhuǎn)換參數(shù)見表1。

表1 80 和2000 到54 坐標(biāo)平移轉(zhuǎn)換參數(shù)

3.2 高程基點(diǎn)測量

利用國家三等以上水準(zhǔn)控制點(diǎn)，采用附合路線的方式聯(lián)測礦區(qū)地面上的近井點(diǎn)，獲得地面近井點(diǎn)的四等高程。位于樓頂?shù)慕c(diǎn)采用GPS 擬合高程結(jié)合三角高程的方式對高程進(jìn)行測量[6]。

對未聯(lián)測四等水準(zhǔn)的GPS 控制點(diǎn)，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(zhǔn)高程。

在用全站儀進(jìn)行四等水準(zhǔn)測量時(shí)，測量前、后要對i角進(jìn)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(guī)定[7]。

水準(zhǔn)測量按四等水準(zhǔn)測量要求進(jìn)行。水準(zhǔn)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(jìn)行概算。內(nèi)業(yè)平差采用清華山維平差軟件進(jìn)行解算。平差結(jié)果中包含起算數(shù)據(jù)、概算數(shù)據(jù)、計(jì)算過程中必要的中間數(shù)據(jù)、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(shù)據(jù)輸出要求正確可靠[8]。

3.3 井筒十字線點(diǎn)的測設(shè)

井筒中心和井筒十字中線，應(yīng)根據(jù)井筒中心的設(shè)計(jì)平面坐標(biāo)和高程、井筒十字中線的坐標(biāo)方位角,用井口附近的測量控制點(diǎn)標(biāo)定。

立井井筒十字中線點(diǎn)在井筒每側(cè)為2～4 個(gè)，點(diǎn)間距離一般應(yīng)不小于20 m，離井口邊緣最近的十字中線點(diǎn)距井筒以不小于15 m 為宜，用沉井、凍結(jié)法施工時(shí)應(yīng)不小于30 m。部分十字中線點(diǎn)可設(shè)在墻上或其他建筑物上。當(dāng)主中心線在井口與絞車房之間不能設(shè)置3 個(gè)點(diǎn)時(shí)，可以少設(shè)，但須在絞車房后面再設(shè)3 個(gè)，其中至少應(yīng)有1 個(gè)能瞄視井架天輪平臺。原有十字線點(diǎn)保存完好時(shí)，應(yīng)盡量采用原有十字線點(diǎn)。

3.3.1 一級導(dǎo)線的布設(shè)

一級導(dǎo)線采用閉合導(dǎo)線的方式進(jìn)行測量，坐標(biāo)成果為1954 年北京坐標(biāo)系成果。為保證一級導(dǎo)線測量的精度，最終閉合于起算邊，并計(jì)算DSSL、D002 兩個(gè)控制點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行檢核，坐標(biāo)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(jìn)行平差反向分配后，閉合差為0''。導(dǎo)線布設(shè)如圖2。

圖2 一級導(dǎo)線布設(shè)圖

3.3.2 十字基線點(diǎn)恢復(fù)

1）十字基點(diǎn)初步定位及埋設(shè)

① 十字基點(diǎn)定位

使用SDCORS-RTK，利用近井點(diǎn)進(jìn)行單點(diǎn)校正，采用線放樣法沿十字中線進(jìn)行現(xiàn)場放樣，實(shí)地初步標(biāo)定點(diǎn)位。選擇基礎(chǔ)穩(wěn)固、不影響礦井生產(chǎn)、易于保存、便于利用的位置定點(diǎn)[9]。

② 十字基點(diǎn)埋設(shè)

主井埋設(shè)十字基線點(diǎn)12 個(gè)，副井埋設(shè)十字基線點(diǎn)12 個(gè)。十字基點(diǎn)標(biāo)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(shí)，埋設(shè)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(shí)均勻。標(biāo)芯采用“訂書針”形的304 不銹鋼標(biāo)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(shè)標(biāo)新標(biāo)志時(shí)，精度應(yīng)控制在5 cm 之內(nèi)。待十字基樁樁體凝固后，整飾標(biāo)石表面。

位于硬化地面時(shí)，鉆孔后，注入水泥，將不銹鋼標(biāo)志鑲嵌于地面，并用水泥加固好。

建筑物上基樁：按標(biāo)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(biāo)石，標(biāo)芯與位于軟地面時(shí)標(biāo)芯一致。待十字基樁樁體凝固后，整飾標(biāo)石表面。

2）十字基點(diǎn)的精確標(biāo)定

根據(jù)場地現(xiàn)狀，以GNSS D 級控制網(wǎng)近井點(diǎn)宿舍樓-辦公樓及一級導(dǎo)線網(wǎng)為起始定向邊，每條十字中心線至少確定一個(gè)起始基準(zhǔn)點(diǎn)。按一級導(dǎo)線的作業(yè)要求敷設(shè)主、副井筒每側(cè)十字基點(diǎn)[10]。

利用布設(shè)的一級導(dǎo)線控制網(wǎng)，使用全站儀配合棱鏡進(jìn)行施測十字基線點(diǎn)的標(biāo)定工作。具體工作步驟如下：

① 全站儀架設(shè)于近井控制點(diǎn)或一級導(dǎo)線點(diǎn)上，定向并檢查相鄰的控制點(diǎn)，精確測定每條十字基線的一個(gè)起始十字線基點(diǎn)，標(biāo)記中心點(diǎn)，并量取標(biāo)志中心到兩側(cè)短線的距離。

② 全站儀遷站到起始十字線基點(diǎn)上，定向并檢查近井控制點(diǎn)或一級導(dǎo)線點(diǎn)，按設(shè)計(jì)十字中線的坐標(biāo)方位角角度，歸化法標(biāo)定出全站儀視野范圍之內(nèi)的十字基線點(diǎn)，作出臨時(shí)標(biāo)記。按四等導(dǎo)線的作業(yè)要求，精確測定測站至鏡站的方向和平距，計(jì)算各偏離設(shè)計(jì)十字中線的距離，進(jìn)行點(diǎn)位調(diào)整，滿足精度要求后，標(biāo)記標(biāo)志中心，并量取到標(biāo)志兩側(cè)短線的距離。最終標(biāo)定的十字基線方位角及精度見表2。

表2 十字基線坐標(biāo)成果

4 結(jié)語

通過本次工作總結(jié)出了一套工作方法，利用傳統(tǒng)儀器進(jìn)行礦井基礎(chǔ)測量工作，如何在礦井缺少基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的情況下，快速準(zhǔn)確地對數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)定測量，同時(shí)對數(shù)據(jù)進(jìn)行多方位的檢核。通過這項(xiàng)工作還探索了一項(xiàng)全新的十字線埋標(biāo)方式，節(jié)約了大量人力物力，提高了勞動效率，但這種埋標(biāo)方式還要經(jīng)過時(shí)間的檢驗(yàn)，標(biāo)志的穩(wěn)定性、保存年限等問題都需要經(jīng)過后續(xù)工程的檢驗(yàn)。