GPS控制测量技术在煤矿两井间巷道贯通测量中的应用

杨宇霆

(山西焦煤霍州煤电集团 吕梁山煤电有限公司 木瓜煤矿,山西 吕梁 033000)

GPS控制测量技术在煤矿
两井间巷道贯通测量中的应用

杨宇霆

(山西焦煤霍州煤电集团 吕梁山煤电有限公司 木瓜煤矿,山西 吕梁 033000)

基于煤矿开采行业领域的特殊性,对测量工程的数据精确度要求较高。研究GPS技术在巷道贯通测量中的应用,对于保证巷道顺利贯通十分必要。为保证两井间巷道顺利贯通,在贯通测量过程中利用GPS控制测量技术,对地面GPS动态控制测量、井下导线测量、井筒施工测量进行了分析,利用公式对贯通误差进行计算,经贯通结果表明:贯通测量所采用的方法和数据分析方法符合设计和相关规程的各项要求,达到了技术设计的目的,满足贯通需要和巷道的施工质量要求。

贯通测量;GPS技术;误差计算;巷道

矿井巷道贯通主要是指将一条巷道按照最初的设计要求和规范不断挖掘进入指定的范围和另一条煤矿巷道完成连通的过程。中大型的贯通测量是指采用两个或者两个以上完全相同或者互相类似的工作面向同一个巷道进行掘进的过程,掘进过程中要力求掘进终点处于预定计划范围,而且连通的方式和路线要求准确无误[1-2]。大型贯通测量工程一般要经过很长时间才能完成。而基于煤矿开采行业领域的特殊性,对测量工程的数据精确度提出了严格的要求。因此,研究GPS技术在巷道贯通测量中的应用,对于保证巷道顺利贯通十分必要。

1 工程概述

青山回风立井是新义煤矿南六采区的核心工程,主要承担新义煤矿下组煤(8#煤)总回风的任务。该风井井筒中心的坐标为X=4 198 096.000,Y=3 759 375 8.000,高程为H=1 115.4 m。该井的井筒断面形状设计为圆形,挖掘的直径为6 m,沿着立井向下施工,一直到水平716 m处后与已经施工好的下组煤回风大巷回风石门进行贯通。两井口(副斜井至青山回风立井) 地面水平距离为3 823.233 m,井下导线长度为5 511.789 m,实际竖井贯通段距离为394.6 m。贯通类型为两井间地面与井下标定点的立井开凿贯通。

2 贯通方案分析

1)地面方案:通过使用天宝5800 R6 GPS对已知GPS控制点进行点校正和联测,并对镇矿副斜井、青山回风立井进行实地放样,使之与井下导线形成闭合环。

2)井下方案:井下导线测量确定施测7″级基本控制导线,通过导线联测经镇矿副斜井→760水平大巷→760水平东大巷→下组煤上部车场→下组煤材料斜巷→下组煤下部车场→下组煤轨道大巷→经联络巷→下组煤回风大巷→回风石门至相遇点K;另一边从青山回风井GPS近井点通过导线联测至贯通相遇点K。

3 地面GPS动态控制及井下导线测量

3.1地面GPS动态控制测量

测区范围内由山西省工程测绘院于2009年12月实测的西山矿区控制网时布置的GPS点包括:在副斜井一端,附近有办公楼(C级)和福利楼(D级)两个GPS控制点;而在青山回风立井一端附近有青山村、青山东和青山(D级) 三个GPS控制点。控制点成果为1954年北京坐标系,高斯3°度带投影,中央子午线经度为112°。高程为1985国家高程基准,均为华北地区似大地水准面精化高程。控制点目前点位牢靠,保存完好,经实地检测,点位精度良好,可以作为青山回风立井与副斜井间GPS网的起算数据。

GPS控制测量所用的仪器设备为天宝5800 R6 GNSS GPS主机1台、动态接收机2台、PDL电台、TSC2手薄、三角架2台、小钢尺3个,无线电话3台,进行RTK动态观测。

1)基准站安装。a.先在办公楼点(C级GPS点)架设三脚架,对中整平,5800 GPS主机经过基座固定在三角架上。b.鞭状天线经过垫片固定在另一个三角架上。c.GPS数据线小7针Lemo口连接5800主机端口,大5针Lemo口连接PDL电台DATA端口,连接时对准红点推进去,电源线连接12 V电瓶,连接时注意电瓶正负级。d.PDL电台连接座发射电缆一端连接电台的ANTENNA端口,另一端连接发射鞭状天线。e.打开接收机电源,检查各指示灯是否存在不亮现象并及时解决不亮问题。

2)基准站与手薄的启动、配置和连接。a.打开手薄,新建任务,修改好坐标系统。b.对基准站和电台进行配置。c.通过蓝牙连接基准站,并启动基准站接收机,注意要输入电线高。

3)动态流动站的安装。a.在福利楼点(D级GPS点)架设三脚架,对中整平,将天宝 5800接收机固定在测杆上,用锂电池为接收机供电。b.将棒状无线电天线接到接收机上。c.控制器托架接到测杆上。d.控制器固定到控制器托架上。e.打开控制器电源。

4)动态流动站与手薄的启动、配置和连接。a.打开手薄,对流动站和流动站电台进行配置,同时量取流动站天线高并输入手薄。b.点击蓝牙连接流动站接收机,并启动流动站接收机。

5)对已有的GPS控制点进行点校正。a.对已知点进行观测。b.输入控制点坐标。c.匹配点对,对5个已知GPS控制点轮流进行工地校正。

6)使用动态流动站在地面对青山回风立井进行实地放样。由于在井下下组煤回风石门已经给好了坐标位置(X=4 198 096.000,Y=3 759 375 8.000),故可直接使用动态流动站对青山回风立井进行实地放样。

3.2井下导线测量

1)井下巷道中线的标定。标定巷道中线就是按设计给定巷道平面内的方向,标定之前,必须作好准备工作,然后进行中线的标定、延线和检查。

a.标定前的准备工作。b.检查设计图纸,了解巷道的几何关系,确定测量方法。c.确定标定数据。

2)井下巷道腰线的标定。标定巷道腰线就是给定巷道的坡度和倾角。腰线点可成组设置,也可每30 m～40 m设置一个,但须在帮上画出腰线。成组设置腰线时,每组不得少于3个,点间距以不小于5 m为宜。一般倾角小于8°的巷道用水准仪法,倾角大于8°的主要巷道用经纬仪标定。

3)联系测量。一端通过办公楼、福利楼两个GPS近井点与连接点付斜井井口点,将地面平面坐标、方位角及高程传递到井下永久点上,作为井下控制测量的起始数据,井口水准点的高程,按照四等水准测量的精度要求测设。另一端通过青山村、青山东、作为后视点,青山作为仪器站连接转点至青山回风立井中心。

3.3井筒施工测量

1)井筒十字线及井筒中心线的测设。井筒中心位置的标定采用极坐标法[3],仪器选用瑞士徕卡TS06型2″级全站仪。根据井筒中心位置的设计坐标和实地的固定边反算出标定水平角和边长。井筒中心位置独立标定两次。

2)投点及高程导入。青山回风立井采用单重稳定投点,投点采用直径116 mm的高强度碳素弹簧钢丝作为投点钢丝,选择100 kg的重陀,将重陀置于盛满水的大桶中,投点时将手摇绞车固定在井筒外的固定物体上。导入高程分别采用钢尺法和钢丝法两种方法进行导入,导入限差符合《规程》规定。

4 贯通误差预计

1)地面GPS控制测量对井下贯通点K在x方向上的误差影响。由于地面GPS控制测量引起K在x′方向上的贯通误差可按下列公式计算[4]:

.

以上数值可以看出由地面GPS控制测量引起K在x′方向上的贯通误差可不考虑。地面光电测距导线的测角和量边误差引起K在x轴上的误差预计取测角中误差± 5″。

2)由地面导线的测角误差引起K点在x轴方向上的误差为(角度独立测量两次):

式中:Mxβ上为地面导线的测角中误差;ρ为常数206 265;Ryi为各测点作x轴的垂线在y轴上的投影。

3)地面量边误差引起K点在x轴方向上的误差为(边长独立测量两次):

±2.441 m=±0.002 m .

式中:MxL上为地面光电测距的量边误差;α为导线各边与x轴的夹角。

4)定向误差引起K点在x轴上的误差预计:

付斜井立井两井独立两次定向平均值的误差预计引起的K点误差:

2.5×3 121.624=0.027 m .

式中：ma0为两井定向误差,即由定向引起的井下导线起始边坐标方位角中误差;Ry0为井下导线起始点与K点连线在y′方向上的投影长度。

井下光电测距导线的测角和量边误差引起K在x轴上的误差预计取测角中误差±7″。

5)由井下导线的测角误差引起K点在x轴方向上的误差为(角度独立测量两次)：

式中:Mβ下为井下导线的测角中误差;ρ为常数206 265;Ryi为各测点作x轴的垂线在y轴上的投影。

6)井下量边误差引起K点在x轴方向上的误差为(边长独立测量两次):

±8.173 mm=±0.008 m .

式中:mL为地面光电测距的量边误差;α为导线各边与x轴的夹角。

7)贯通相遇点K在水平重要方向x上的总误差:

=±0.230 m .

8)贯通相遇点K在水平重要方向x上的预计总误差:

Μ预X=2Μx′k=±2×0.230=±0.460 m=

±460 mm<±500 mm .

根据以上误差预计可以看出:如果独立施测导线两次,则贯通点在水平重要方向上的预计总误差为±0.460 m,小于±0.500 m,故本次贯通测量方案导线必须独立观测两次。

5 结论

青山回风立井贯通工程导线全长10 098.222 m。本次贯通导孔先用直径为0.311 m钻杆打通,然后刷大断面至6 m。巷道贯通后及时进行了导线闭合连接测量,通过顺利贯通后的误差计算证明,本次贯通测量所采用的方法和数据分析方法符合设计和相关规程的各项要求,达到了技术设计的目的,满足了贯通的需要。导线点测量的平面和高程成果准确可靠,贯通精度符合《煤矿测量规程》的规定,满足了巷道的施工质量要求。

[1] 周行礼，齐俊德.GPS技术在两井间巷道贯通测量中的应用[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] 孙业伟,康亚辉.关于GPS技术在两井间巷道贯通测量中的应用的思考[J].科技视界，2012(19)：277-278.

[3] 王凤莲.立井井筒施工中的测量技术管理[J]矿山测量，2001(3)：53-54.

[4] 王清悦，孙孟杰.矿井巷道贯通测量误差规律的研究及误差参数的确定[J].矿山测量，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

杨宇霆(1986-),男,山西方山人,大学本科,助理工程师,从事矿山测量工作。

TD163

A

(编辑:薄小玲)