采用GPS控制测量系统圈定西沟煤业保安煤柱

张晋锋

（山西阳城阳泰集团西沟煤业有限公司，山西 阳城 048100）

1 工程概况

山西阳城阳泰集团西沟煤业有限公司为对矿界范围内指定的村庄、水体、道路进行定位测量，并按规定对所测村庄圈定保安煤柱。现通过建立井上E级地面GPS控制网，作为井上下联测，建立井下控制网，作为地面村庄、水体、道路定位测量的起始依据；建立井下7″级主要巷道控制网。

根据矿井的具体情况，拟定以E级GPS控制测量作为地面首级控制测量，全站仪闭合导线、复测支导线、附合导线作为图根控制测量的工作方案，选择7″级复测支导线作为井下首级控制，对井田范围内的9个自然村庄（原崔凹矿区一个），矿区内一条高速公路，一条一级公路，分别进行野外测量作业，以进行保安煤柱计算和留设作业，具体工艺流程图、地面E级GPS控制网见图1。

图1 保安煤柱圈定工艺流程及GPS控制网

2 GPS控制测量作业

2.1 控制测量的选择及精度要求

本次圈定保安煤柱的GPS控制测量采用E级GPS控制测量，观测方法为GPS静态相对定位测量。GPS网的布设边数为每次4边，相邻点间距最大为14.2 km。采用国家80坐标系坐标作为控制点，控制测量所得的数据采用中海达专用数据处理软件进行解算。

井下平面控制测量采用7″级复测支导线，相对闭合差不大于1/6000，方位角闭合差不大于；（矿井一翼长度小于5 km）；井下高程控制测量与井下平面控制测量同步进行，选择一级三角高程测量。相邻两点往返测高差，互差不大于10 mm+0.3 mm×L（导线水平边长）；三角高程闭合差不大于（导线长度）。

由于西沟煤业井田范围内的村庄和高速公路较多，现仅以上李村和高速公路为例，阐述保安煤柱圈定测量过程。

2.2 地面及图根控制测量

（1）地面控制测量：以JCD3159、JCD3158、JCD3156三个80坐标系国家GPS控制点坐标成果作为GPS近井点控制测量起始依据，布置测设GPS近井点16个，具体控制网见图1。

（2）图根测量：以首级GPS控制点为起始点，布设图根闭合导线、图根附合导线和复测支导线控制网见图3。测回数为一测回，导线长度均小于1000 m。本次图根测量作业得出的上李村和高速公路的坐标成果见表1。

图根测量作业进行完毕后，进行碎部测量作业，具体碎部点测量成果不一一列出。

表1 上李村和高速公路图根点坐标成果

图2 图根控制网

2.3 井下控制测量

根据施工方案，井下平面采用7″级复测支导线，并建立固定控制点。本次共测导线长2689.124 m，采用测回法进行测量作业，测角中误差为7″；井下高程控制测量选择电磁波三角高程测量与平面控制同步进行。测量结果得出井下导线固定点坐标，见表2。

表2 井下导线固定点坐标数据

3 保安煤柱的圈定与成图

3.1 保安煤柱设计

（1）保安煤柱的设计原理：保护对象的边界在表土层内按表土移动角，在基岩内按移动角，向下作保护面与煤层相交，交线围成的部分即为保护煤柱。

（2）受护边界方法的确定：在平面图上各边作平行于受护对象总轮廓的多边形；在各边多边形外侧作围护带，该围护带外边界即为受护边界。

（3）围护带宽度的确定：本次受护的建筑绝大部分为两层以上房屋，围护带的宽度确定为15 m；高速公路按规定，围护带的宽度为20 m。

（4）保安煤柱设计方法的选择：建筑物采用垂直断面法进行；高速公路、一级公路（延伸形构筑物）采用垂线法进行。

（5）移动角值及地表变形计算参数的确定：该矿未建立过地表观察站，按类比方法进行参数确定。根据地质资料可知，3号煤层的上覆岩层多为砂岩、泥岩及少部分砾岩；表土松散层为20 m；煤层倾角为3°～7°，煤层厚度平均4.32 m；采煤方法为长壁采煤法；顶板管理为全陷落法。以此为依据选择晋城矿区的移动参数作为本次保护煤柱的计算参数，即δ=γ=72°，β=72°-0.5α=68.5°，ψ=45°。

（6）用垂直断面法与煤层走向斜交的受护对象保护煤柱的设计原则：在松散层内用ψ角划直线；在基岩内分别以斜交剖面移动角β′、γ′代替β、γ角划直线，直线与煤层底板的交点即为保护煤柱在煤层该斜交剖面上的上下边界。β′、γ′角按下式计算：

（7）其它参数的确定：煤的密度：1.45 g/cm3；村庄、水体、公路的外围线现场实际采集；煤层厚度由实际采集的地面标高与西沟煤业采掘工程平面图上等高线，按标高内插法求取的底板高程相减得到；与走向线所夹锐角θ，在图上实际量取；上下山方向在采掘工程平面图上求得。

3.2 保安煤柱的确定与成图

根据上述保安煤柱设计流程及各项参数，采用垂直断面法与煤层走向斜交的受护对象保护煤柱的设计，得出上李村及高速公路的保安煤柱范围。

（1）上李村保安煤柱：上李村外围线实测坐标、煤柱设计参数见表3，保安煤柱拐点坐标见表4，具体图形见图3。

表3 上李村外围线实测坐标、煤柱设计参数

表4 上李村保安煤柱拐点坐标

图3 井田范围内小李村保安煤柱留设范围

（2）高速公路保护煤柱：高速公路保护煤柱，选取矿界范围内埋深最大且有代表性的三个点进行设计，取最大保护距离作为高速公路的保护线，测量计算得出高速公路边线坐标。具体高速公路的边线实测坐标、煤柱设计参数如表4所示。并从上坐标点中选取1号点（全站仪点号5）、60号点（全站仪点号74）、39号点（全站仪点号52）三个剖面计算保护煤柱，见表5。

表5 高速公路垂线法求取高速公路保护煤柱边界参数

高速公路不同剖面点的保安煤柱见图4。根据三个剖面的计算，选取110.5 m作为该段高速公路保护线的偏移距离。

图4 高速公路不同全站仪点高速公路剖面

4 结语

根据西沟煤业井田范围内现有的村庄、水体和道路情况，采用GPS控制测量系统，进行地面测量、图根测量、碎部测量和井下控制测量的方式，得出井下导线控制点的坐标值，再根据保安煤柱的设计原理、设计方法及参数选取原则，进行保安煤柱的设计与成图作业。本文以井田内小李村和高速公路为例，给出了这两处保安煤柱的范围。