两井贯通中地面D级GNSS网控制测量设计研究

齐跃波

(晋煤集团寺河矿地测科 山西 晋城 048205)

1 概述

寺河矿属生产矿井，随着集约化生产和矿井向深部发展，采区和采煤工作面的瓦斯涌出量剧增，要求采区和采煤工作面的通风能力迅速增大。为了满足矿井的安全生产，提高矿井的通风能力和抗灾能力从而建立常店风井。为保证常店风井尽快投入使用，决定对常店风井与东六盘区大巷进行对接贯通。

为提高井下巷道的掘进速度，确保常店风井尽快投入使用，决定在东六盘区与常店风井之间，采用相向掘进西翼北回风巷，预计在东井区东胶带运输大巷800 m（K点）处贯通。常店风井与副斜井之间的距离约8.2 km，井下导线长度约13 km。常店风井垂深约370 m，副斜井长度550 m，坡度19°。

根据《煤矿测量规程》规定，结合寺河矿工程需要，确定贯通测量地面控制测量部分，采用GNSS-D级控制网进行技术设计。

2 地面控制测量方案设计

目前，GPS近井网的建立手段已经逐渐得到测绘业内人士的认可，传统的地面导线控制网对通视条件要求较高，操作程序较复杂，而GNSS网则大大加快了建网速度，且对点位直接的通视性没有要求，这对矿山测量的山区地形是非常适用的。目前，霍州煤电等集团公司已经采用此方法，探析结果表明：GPS近井网的建立可以作为矿山井下大型巷道贯通工程以及后续工程的定向边的基准的参考，GPS矿区地面近井网的建设有利于某矿山的地面及井下长度和方向基准的获取。实际上，此网比工程贯通平面方向限差要小20 cm左右[1]。

为了确保该项重大贯通工程的顺利实施，决定采用GNSS定位仪按D级精度静态测量方法建立地面平面控制网[2]。

2.1 已有控制点资料情况及其利用

本测区现有中国矿业大学2006年施测的《晋城矿区GNSS（C级）控制网成果》和山西省煤炭地质物探测绘院2007年施测的《晋城煤业集团寺河扩区GNSS（D级）控制网成果》（包括高程控制）等成果资料，井下现有晋城泽祥勘探测绘有限公司2008年施测的《寺河矿井下7″基本控制导线成果》，完全能满足项目需要。

根据《全球定位系统（GPS）测量规范》和《工程测量规范》要求，结合寺河矿实际情况，对寺河井田内原有进行了实地勘测，对原有控制点进行了认真的审核，最后认定“寺河矿(C级)”、“刘庄(D级)”、“秦庄(D级)”、“前岭(D级)”、“下河(D级)”、“许村(D级)”、“东木圪堆(D级)”、“任家庄(D级)”、“常店(D级)”和“马交岭(D级)”十个点作为平面控制网的已知点。并实际对已知起算点进行检查，符合精度要求才可以使用。

2.2 GNSS平面控制网的布设及观测方案

选择常店风井的“CD1”、“CD2”、“CD3”和“CD4”四个点作为地面待定点，与“寺河矿(C级)”、“刘庄(D级)”、“秦庄(D 级)”、“前岭(D级)”、“下河(D 级)”、“许村(D 级)”、“东木圪堆(D 级)”、“任家庄(D 级)”、“常店(D级)”和“马交岭(D级)”十个已知点，共计14个点，构成地面GNSS控制网，使地面坐标系统成为整体。

GNSS平面控制网观测方案[3-6]：

（1）平面观测采用静态相对定位作业模式。同步环之间采用边连构网方式施测。利用11台GNSS接收机进行同步观测。

（2）本次控制网观测按D级网精度要求实施14个控制网点，设计观测2个时段，卫星高度角15°，有效观测卫星总数≥4颗，观测时段长度≥60分钟，观测中任一卫星有效观测时间≥15分钟，数据采样间隔20秒，点位几何图形强度因子PDOP＜6；采用点边混合连接的闭合路线，重复基线比例应大于0.1，网中平均独立设站次数应大于1.6。

（3）GNSS网基线解算及观测数据检验，采用随机配备的Trimble Geomatics Office GPS软件完成。基线解算按同步观测时段为单位进行，外业数据质量应以同一时段观测值的数据剔除率、同步观测环闭合差、独立闭合环或附合路线坐标闭合差、同一基线不同时段的较差等进行检验，并满足规范D级精度的要求。

（4）GNSS外业采集数据检验完成以后，采用随机配备的Trimble Geomatics Office GNSS数据处理软件进行GNSS网平差。进行WGS—84系下的无约束平差，以反映GNSS网的内部符合精度，确保基线分量的改正数绝对值小于规定值。

（5）利用无约束平差的可靠观测量，在1954年北京坐标系下进行三维或二维约束平差，并对起算数据进行检验，确保GNSS成果精度。

（6）采用GNSS网周边及中央等级水准点做为高程起算数据，拟合似大地水准面，推算GNSS点高程。

GNSS接收机：Trimble 5800

水平5 mm+0.5 ppm 垂直 5 mm+1 ppm

中海达F61 GNSS

水平2.5 mm+1 ppm 垂直 5 mm+1 ppm

基线处理结果如下：

2.3 高程控制

常店风井和副斜井的高程控制测量按《国家水准测量规范》有关四等水准测量规定进行。

常店风井的高程控制点是利用《寺河矿区四等水准点成果表》中的“常店”作为起算数据，用Trimble-DiNi12精密水准仪往返测量至常店风井的井口基点；副斜井的高程控制点利用《寺河矿区四等水准点成果表》中的“副井口”作为起算数据。

2.4 矿井联系测量

矿井联系测量，分别在常店进风立井、回风立井(两个立井)进行投点、定向、导入标高。

为了提高联系测量的精度，采用悬挂钢丝的方法向井下传递平面坐标；陀螺定向方法向井下传递方向；用千米长钢尺向下传递高程。

3 各种误差参数的确定

地面GNSS选用D级精度测设，D级GNSS网的a≤10 ㎜，b≤10×10-6。

3.1 误差预计

（1）地面GNSS测量引起K点在上的误差：

式中：Ms—为近井点之间边长SⅠⅡ的误差；

a′—SⅠⅡ边与贯通重要方向x′之间的夹角。式中：a—固定误差，D、E级GNSS网的a≤10 mm；

b—比例误差系数，D级GNSS网的b≤10×10-6，E级b≤20×10-6。

4 精度评定

此次常店风井与东六盘区大巷进行对接贯通要求在水平重要方向上的允许偏差不得超过0.05 m，在高程上的允许偏差不得超过0.03 m。

根据所采用的测量方案和仪器（测角2″级，测距精度为±3 mm+2×10-6D mm），计算获得理论上的水平方向误差为Mx限=±0.368 m，高程上的误差为MH限=±0.262 m。常店风井与东六盘区大巷进行对接贯通后，经现场实测贯通点误差为：平面Mx=-0.105 m，高程MH=-0.092 m，贯通误差小于预计误差，完全符合《煤矿测量规程》要求，并以较高的精度完成了副斜井贯通测量工作。

5 结论

（1）通过对地面基线数据结算，求得此GNSS控制网单位权中误差0.002 297 m，符合设计书和相关规程的各项要求，达到了技术设计的目的，满足了贯通工程的地面控制测量需要。

（2）平面控制网测量的平面成果点位中误差均在1 mm误差内，准确可靠，符合各项技术要求，达到了两井贯通中地面D级GNSS网控制测量设计要求。