GPS矿区地面近井网的建立实践与分析＊

周克清，温德华

（中煤大屯公司地测部，江苏 沛县221600）

0 引 言

GPS定位技术在生产实践中已得到广泛应用，特别其以全天候、高精度、无需点间通视等优点，成为建立测量控制网的主要技术手段[1－6]。大量的实践表明：GPS在矿山近井网建设方面起到了重要作用，发挥着传统控制网所无法具备的优势。鉴于不同矿山对地面控制网的不同要求，在建立矿山GPS近井网时会有针对性的做法，如控制网的精度、等级、网型、分级等，许多学者或技术工作者尝试采用不同的方案建立GPS控制网，得到了许多有益的成果[7－9]。在一个较大区域内，多对矿井存在，既考虑每对矿井的需求，又针对某一对矿井开展工作，GPS控制的任务特殊、艰巨而又颇具特点，且具有示范作用和实际意义[7－15]。为此，结合某GPS矿区地面近井网，探讨矿区GPS近井网建立的若干问题。

1 工程概况

控制区为某省主要的煤炭生产基地之一，所辖600多平方公里煤田区域，拥有四处生产矿井，年产原煤1 000万多吨。测区成狭长的滨湖地带，沟壑纵横，交通便利，整个测区的控制面积约360 km2.测区资料显示，测区先后布测过国家三、四等传统平面控制网和GPS控制网，测区和邻区存有更高等级的传统控制点和GPS控制点。由于多年受矿山开采和环境变迁的影响，许多点遭受破坏，无法使用。

为提高煤炭产量，挖掘深部资源，某矿需要实施一项由主井到混合井的大型井下贯通工程，该工程贯通距离长达12km，深度从－330～－1 100m，跨越多个水平，条件非常复杂。该工程被集团公司列为2009－2011年间重点实施工程，是重中之重的工程，受到从集团公司领导到各部门领导的广泛关注，任务重，要求高。为此，需要在地面建立GPS高等级控制网，它既要兼顾其它三对矿井的GPS平面控制，又要针对某一矿井和该大型贯通工程使用。

2 GPS近井网建设

根据精度预计，为确保12km甚至稍长些的大型贯通工程的贯通精度，需要在地面布测D级或D级以上等级的GPS控制网。考虑测区或邻区尚保存有完好的C级点2个，决定布测D级GPS矿区地面近井网。

2.1 布网思路

布网要求：1）由于地面水系发达，矿区沉降变形严重、持续性长，点位应布设在不受开采影响，便于长期保存，易于恢复和维护；2）考虑矿区其它矿井的应用和针对某矿井下大型贯通工程应用；3）大坝监测及多种对象监测需求，监测精度要求高。

根据以上要求，提出以下布网思路：1）整个网分级布设，应分为整体基准网和局部应用网。2）整体基准网，网点可长期保存，便于维护，起到矿区平面控制作用；局部应用网建立于整体基准网，网点在较长的时间段内应保持稳定，便于维护、恢复和直接应用于工程。3）网型结构坚强，精度高。

2.2 GPS网布测

2.2.1 点位布设及观测时特殊要求

根据测区现有资料和分析结论，在确保已知点等级高、保存完好，且坐标系统统一的情况下，在建立近井网时仍然要以马寺和大挖工庄点作为起算点（两点均为C级GPS点）。

1）在副井井塔上选孔主井点，混合井近井点选埋于井筒西地面稳定处命名为混合井，两点符合近井点要求。

2）利用6个矿区旧点大挖工庄、徐庄矿、二居委、孔风办、马寺、姚新副，标石稳定，符合要求。利用旧点主要为坐标系统的统一性检查。

3）在GPS外业测量调度时，使孔主井和混合井两点形成一个基线，并与临近点形成坚强图形，该基线与C级点连测观测时间延长一倍，观测时段长约2h，两个时段观测。

4）在布测近井网的同时，按D级GPS点技术要求在矿工业广场内不受开采影响处连测4个已有5秒点，其分别为1、2、3、4、混0点，作为陀螺定向的地面已知边，其命名原点相同。

最终GPS控制网由13个控制点组成，2个C级GPS点，11个D级GPS点。采用边网联合式构网。4、混0点分别为副井和混合井的落地点，在进行联系测量时使用。

2.2.2 观测及数据处理

采用经典静态相对定位模式，高精度的Trimble5800GPS接收机，采样频率15s，观测时段60 min.

作业组在进入测区前，根据网型和观测时间的特殊要求编制好观测计划表，并在实际作业时按照该表进行作业调度。统一按照D级GPS技术要求进行观测；为确保某矿大型贯通工程的精度，必须要求局部应用网的内部精度较高，为此进行了分级解算。

整体基准网网型如图1所示，固定孔主井—马寺下的平差计算结果如表1～4所示。

图1 GPS整体基准网

表1 GPS网约束（采用已知点孔主井和马寺）平差结果

表2 平差结果与旧坐标值比较

表3 最弱点及最大X、Y误差统计

局部应用网型如图1所示，固定孔主井—混合井下的平差计算结果如表4所示。

表4 GPS近井网坐标成果

图2 GPS局部应用网

2.3 GPS网的检测

为了万无一失地确保GPS网的精度和贯通工程的高精度，在建立近井网后，专门利用ZEISS 1s全站仪对网中的混合井—孔主井—2点水平角和混合井—孔主井、孔主井—2点两条边进行独立检测。在进行孔庄矿大型贯通项目实施前，项目组对局部应用网进行了测量和检测，两次结果互差很小，如表5所示，符合相关《规范》和《技术设计书》的要求。确保了测量成果的高精度和可靠性。

表5 两次观测结果互差

3 结 论

结合GPS矿区地面近井网建立实例，针对具体工程实践，探讨了建立该类GPS控制网的思路、方案、建立过程和数据处理等问题。突出表现在以下几个方面：1）根据大型贯通工程需要，确定建立近井网的等级；2）根据近井网需求和应用的针对性，确定了网型、分级及网点布测的特殊思路；3）在观测方案方面，制定了某些基线特殊延长观测时间的措施，确保了局部应用网的内符合精度；4）为万无一失，确保特殊工程需要，专门进行了网的独立性检测。

该网已为某个12km长的大型贯通工程所应用，最后工程贯通平面方向误差为1.7cm，远小于工程贯通平面方向限差20cm.实践证明：该做法对类似工程具有现实的指导作用。

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