gps技术在两井间巷道贯通测量中的应用分析

1、GPS 技术在两井间巷道贯通测量中的应用分析 耿高峰 西山煤电股份有限公司镇城底煤矿 摘 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, 针对地面 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。关键词： 贯通测量; GPS 技术; 误差计算; 巷道; 作者简介：耿高峰 (1981-) , 男, 山西古交人, 测量工程师, 在山西省西山煤电股份有限公司镇城底矿地质测绘中心工作。收稿日期：2017-7-24The GPS technology in the analysis of application of roadway expedite measurement between two WellsGeng Gao-feng Xishan coal and electricity co., LTD.End of town city coal mine; Abstract： In order t

2、o ensure the two wells tunnel smoothly through the use of GPS control technology in the process of measurement through measurement, dynamic control for ground GPS measurement, analysis of underground traverse survey, shaft construction measurement, the through error was calculated by using the formula, the results show that the penetrating through the method of measurement and data analysis methods in accordance with the design and the requirements of related regulations, reach the purpose of de

3、sign, to meet the needs through.Keyword： Through survey; GPS technology; Error calculation; roadway; Received： 2017-7-24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 2 个或者 2 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。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 工程概述八字山回风立井是镇城底矿南六采区的核心工程, 主要承担镇城底矿下组煤 (8号煤) 总回风的任务。该风井井筒中心的坐标为 X=4198096.000, Y=37593758.000, 高程为 H=1115.4m。井筒断面形状设计为圆形, 挖掘的直径为 6m,

4、沿着立井向下施工, 一直到水平 716m 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 (副斜井至八字山回风立井) 地面水平距离为3823.233m, 井下导线长度为 5511.789m, 实际竖井贯通段距离为 394.6m。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2.1 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、八字山回风立井进行实地放样, 使之与井下导线形成闭合环。2.2 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;另一边从八字山回风井 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) 2 个 GP

5、S控制点;而在八字山回风立井一端附近有八字山村、八字山东和八字山 (D 级) 3 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, 可以作为八字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 R6GNSS 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。3.1.1 基准站安装(1) 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; (2) 鞭状天线经过垫片固定在另一个三角架上; (3) 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 12V 电瓶, 连接时注意电瓶正负级; (4) PDL 电

6、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; (5) 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。3.1.2 基准站与手薄的启动、配置和连接(1) 打开手薄, 新建任务, 修改好坐标系统; (2) 对基准站和电台进行配置; (3) 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。3.1.3 动态流动站的安装(1) 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; (2) 将棒状无线电天线接到接收机上; (3) 控制器托架接到测杆上; (4) 控制器固定到控制器托架上; (5) 打开控制器电源。3.1.4 动态流动站与手薄的启动、配置和连接(1) 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; (2) 点击蓝牙连接流动站接收机, 并启动流动站接收机。3.1.5 对已有的 GPS 控制点进行点校正(1) 对已知点进行观测; (2) 输入控制点坐标; (3) 匹配点对, 对 5 个已知GPS 控制点轮流进行工地校正。

7、3.1.6 对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=4198096.000, Y=37593758.000) , 故可直接使用动态流动站对八字山回风立井进行实地放样。3.2 井下导线测量3.2.1 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。 (1) 标定前的准备工作; (2) 检查设计图纸, 了解巷道的几何关系, 确定测量方法; (3) 确定标定数据。3.2.2 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 3040m设置 1 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 5m 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。3.2.3 联系测量一端通过办公楼、福利楼 2 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。另一端通过八字山村、八

8、字山东、作为后视点, 八字山 1 作为仪器站连接转点至八字山回风立井中心。3.3 井筒施工测量3.3.1 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, 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 2 次。3.3.2 投点及高程导入八字山回风立井采用单重稳定投点, 投点采用直径 116mm 的高强度碳素弹簧钢丝作为投点钢丝, 选择 100kg 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4.1 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:式中 Ms AB 表示近井点办公大楼和福利楼之间的边长中误差两近井点连线与贯通重要方向 X 轴上的夹角, 所以 Mx上 =Ms ABCOSAB=0.0030.587=0.002m。以上数值可以看出由地面 GPS 控制测量引起 K 在 X方

9、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。4.2 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 2次) 式中:M 上 为地面导线的测角中误差; 为常数 206265; 为各测点作x 轴的垂线在 y 轴上的投影。4.3 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 2 次) mx L为地面光电测距的量边误差;2mm+2ppm D;为导线各边与 x 轴的夹角。4.4 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 2 次定向平均值的误差预计引起的 K 点误差: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74.5 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 2次) 式中:M 下 为井下导线的测角中误差; 为常数 206265; 为各测点作x 轴的垂线在 y 轴上的投影。4.6 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 2 次) 式中:m x L为地面光电测距的量边误差, 2mm+2ppm D;为导线各边与 x 轴的夹角。4.7 贯通相遇点 K 在水平重要方向 X 上的总误差4.8 贯通相遇点 K 在水平重要方向 X 上的预计总误差根据以上误差预计可以看出:如果独立施测导线 2 次, 则贯通点在水平重要方向上的预计总误差为0.460m, 小于0.500m, 故本次贯通测量方案导线必须独立观测 2 次。5 结论八字山回风立井贯通工程导线全长 10098.222m。本次贯通导孔先用直径为0.311m 钻杆打通, 然后刷大断面至 6m。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

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