近井点、高程基点及井筒十字中线点恢复研究

刘 鹏 段崇军 叶吉磊

（山东能源鲁西矿业王楼煤矿，山东 济宁 272063）

1 工程概况

王楼煤矿位于山东省济宁市任城区喻屯镇，行政区划归济宁市管辖。设计生产能力90 万t/a，设计2 个立井井筒。主井位于工业广场内，主要承担煤炭提升任务；副井位于工业广场内，主要承担人员、设备的提升任务。矿井由于受工业广场沉降等因素影响，基础测量点精度已经不能满足矿井正常监测需要，且多数已经破坏，无法正常使用。为保证井上、井下提升坐标系统的严格统一，需利用原来起算数据重新测出井筒中心，并依据十字中线设计方位，重新测设十字中线。

2 方案选择

矿井近井点、高程基点及井筒十字中线点恢复工作是一项繁琐、复杂的精密测量工作。测量过程中的工作很多不能一次成功，容易出现误差超限，造成反复测量，所以在方案制定阶段要尽量避免出现反复测量，吸收先前工作的经验。因此，在测量工作中尽量选择精度高、稳定性好的仪器。在近井点及一级导线点布设时尽量避免出现长短边及卫星信号易受干扰区域。

关于现场埋石的选择，由于厂区已经建成且已大面积硬化，绿化带植物繁茂影响后续观测工作，综合各种因素分析后，大部分埋石点都在水泥硬化路面及楼顶，传统的埋石方式在硬化路面不适合，所以采用打孔埋标方法直接埋设近井点及控制点。十字中线点的埋设在绿化带及楼顶时采用传统埋石方式，而在厚度较厚的硬化路面采用5 mm 厚条形不锈钢打孔代替钢轨埋设在硬化路面，并做好标记。

3 具体工作方案

本次测量近井点观测采用GPS 静态观测按GPS D 级控制精度进行观测[1]，采用河北朱庄JQ065、袁庄（二）JQ072 两个C 级GPS 控制点，经现场踏勘，保存完好，可以作为本项目D 级GPS 控制点平面起算点。矿区四等平面控制点、变电站近井点，由山东东山王楼煤矿有限公司提供，坐标系为1954北京坐标系，主要用于坐标系转换及1954 北京坐标系成果解算。高程测量采用JQ066 号C 级点Ⅱ周家庄作为高程水准起算点，经现场踏勘，点位保存完好，可以作为四等高程起算点使用。采用四等导线联测近井点，十字线点标定采用近井点加一级导线点做控制，按煤矿测量规范进行十字线点标定。具体工作步骤及要求如下。

3.1 近井点观测

利用国家3 个C 级GPS 控制点，采用GPS 静态测量的方式加密布设矿区近井点5 个，同时联测原有近井点1 个。每个控制点需要两两通视并符合以下要求：

1）视野开阔，通视条件好。地基坚实稳定，易于长久保留。

2）交通应便于作业。

3）应远离大功率无线电发射源200 m 和高压输电线路50 m，视场内障碍物的高度角满足GPS观测条件。

4）应充分利用符合上述条件的旧有控制点点位及其标石。

解算出矿区原有坐标系1954 北京坐标系、1980西安坐标系、2000 国家大地坐标系成果各一套。

新布设5 个近井点，点号为D001、D002、D006、DSSL、DJCF。利用原变电站近井点1 个，点号为DBDZ。其中DSSL、DJCF、DBDZ 四个点位于楼顶[2-4]，其他控制点位于地面。具体布置如图1。

新布设近井点的埋设：

1）近井点埋设在楼顶时，采用混凝土标石。标石上表面为20 cm×20 cm，下表面为30 cm×30 cm，高为30 cm，标石中心埋设控制点标志。

2）近井点埋设在水泥、沥青等硬化地面时，可直接将控制点标志埋设于硬化地面上。埋设在地面上的近井点应兼做高程点。

3）位于软地面时，可采用现浇混凝土标石。

近井点的观测：

1）采用边连组网观测模式，采用4 台GPS 接收机进行同步观测，观测时间按照D 级精度进行观测[5]。现场观测条件不是很好的，要适当延长观测时间。

2） 架设天线时严格对中、整平，并量取测前天线高。各级控制点的天线高量取方式一般为斜距。

3）安置好后进行最后检查，以保证各个插件稳固，确认无误后等待组长通知打开接收机电源开关，开始观测，观察接收机指示灯或提示，正常采集时开始计时。

4）观测结束，收到观测结束命令后关机，量取测后天线高。

5）手簿按规定格式记录时间。

GPS 观测数据处理采用中海达HGO V2.0.5 软件对数据进行基线处理，根据基线的质量控制指标中误差Rms、Ratio 和构网条件剔除质量差的基线，对符合要求的基线进行三维网无约束、二维网约束平差。合格后，解算1980 西安坐标系、2000 国家大地坐标系、1954 年北京坐标系各1 套。

根据袁庄（二）、河北朱庄两个C 级GPS 控制点，分别解算出1980 西安坐标系、2000 国家大地坐标系坐标成果各1 套。根据原王楼煤矿变电站近井点（DBDZ）采用单点三维约束平差的方式进行解算，解算出1954 年北京坐标系成果1 套。

根据1954 年北京坐标系成果及1980 西安坐标系、2000 国家大地坐标系成果，分别计算出平移转换参数。各点平移转换参数见表1。

表1 80 和2000 到54 坐标平移转换参数

3.2 高程基点测量

利用国家三等以上水准控制点，采用附合路线的方式联测矿区地面上的近井点，获得地面近井点的四等高程。位于楼顶的近井点采用GPS 拟合高程结合三角高程的方式对高程进行测量[6]。

对未联测四等水准的GPS 控制点，通过高程拟合的方法获得拟合高程及全站仪三角测量获得四等水准高程。

在用全站仪进行四等水准测量时，测量前、后要对i角进行检查，本工程中测量前、后i角分别为12''、7''，满足不超过20''的规定[7]。

水准测量按四等水准测量要求进行。水准测量中一定注意视线长度、视距差、视线高度要求。

记录手簿采用电子手簿记录，先进行概算。内业平差采用清华山维平差软件进行解算。平差结果中包含起算数据、概算数据、计算过程中必要的中间数据、平差后的高程及其中误差、平差后每千米观测高差中误差等。观测值数据输出要求正确可靠[8]。

3.3 井筒十字线点的测设

井筒中心和井筒十字中线，应根据井筒中心的设计平面坐标和高程、井筒十字中线的坐标方位角,用井口附近的测量控制点标定。

立井井筒十字中线点在井筒每侧为2～4 个，点间距离一般应不小于20 m，离井口边缘最近的十字中线点距井筒以不小于15 m 为宜，用沉井、冻结法施工时应不小于30 m。部分十字中线点可设在墙上或其他建筑物上。当主中心线在井口与绞车房之间不能设置3 个点时，可以少设，但须在绞车房后面再设3 个，其中至少应有1 个能瞄视井架天轮平台。原有十字线点保存完好时，应尽量采用原有十字线点。

3.3.1 一级导线的布设

一级导线采用闭合导线的方式进行测量，坐标成果为1954 年北京坐标系成果。为保证一级导线测量的精度，最终闭合于起算边，并计算DSSL、D002 两个控制点坐标进行检核，坐标分量校差最大为2 mm，精度符合要求，方位角闭合差为9"，限差为22.3''，将角度进行平差反向分配后，闭合差为0''。导线布设如图2。

图2 一级导线布设图

3.3.2 十字基线点恢复

1）十字基点初步定位及埋设

① 十字基点定位

使用SDCORS-RTK，利用近井点进行单点校正，采用线放样法沿十字中线进行现场放样，实地初步标定点位。选择基础稳固、不影响矿井生产、易于保存、便于利用的位置定点[9]。

② 十字基点埋设

主井埋设十字基线点12 个，副井埋设十字基线点12 个。十字基点标石分为两类：一种为地面基桩，另一种为建筑物上基桩。

位于软地面时，埋设地面基桩：基坑（长×宽×深，300 mm×300 mm×400 mm），用混凝土浇筑，浇筑过程中，分层振捣，使混凝土密实均匀。标芯采用“订书针”形的304 不锈钢标志，宽度为20 mm，上表面长度为150 mm，高度为100 mm，厚度为5 mm，上表面刻画1 mm 横线，两边刻垂直于横线的短线。后更加牢固，埋设标新标志时，精度应控制在5 cm 之内。待十字基桩桩体凝固后，整饰标石表面。

位于硬化地面时，钻孔后，注入水泥，将不锈钢标志镶嵌于地面，并用水泥加固好。

建筑物上基桩：按标定十字基桩位置制作（长×宽，上200 mm×200 mm，下300 mm×300 mm，高200 mm）的混凝土标石，标芯与位于软地面时标芯一致。待十字基桩桩体凝固后，整饰标石表面。

2）十字基点的精确标定

根据场地现状，以GNSS D 级控制网近井点宿舍楼-办公楼及一级导线网为起始定向边，每条十字中心线至少确定一个起始基准点。按一级导线的作业要求敷设主、副井筒每侧十字基点[10]。

利用布设的一级导线控制网，使用全站仪配合棱镜进行施测十字基线点的标定工作。具体工作步骤如下：

① 全站仪架设于近井控制点或一级导线点上，定向并检查相邻的控制点，精确测定每条十字基线的一个起始十字线基点，标记中心点，并量取标志中心到两侧短线的距离。

② 全站仪迁站到起始十字线基点上，定向并检查近井控制点或一级导线点，按设计十字中线的坐标方位角角度，归化法标定出全站仪视野范围之内的十字基线点，作出临时标记。按四等导线的作业要求，精确测定测站至镜站的方向和平距，计算各偏离设计十字中线的距离，进行点位调整，满足精度要求后，标记标志中心，并量取到标志两侧短线的距离。最终标定的十字基线方位角及精度见表2。

表2 十字基线坐标成果

4 结语

通过本次工作总结出了一套工作方法，利用传统仪器进行矿井基础测量工作，如何在矿井缺少基础数据的情况下，快速准确地对数据进行标定测量，同时对数据进行多方位的检核。通过这项工作还探索了一项全新的十字线埋标方式，节约了大量人力物力，提高了劳动效率，但这种埋标方式还要经过时间的检验，标志的稳定性、保存年限等问题都需要经过后续工程的检验。