GPS在测绘小煤窑采掘现状中的应用
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摘 要：通过引进和使用gps定位技术，为测绘成庄矿井田范围内和周边小煤窑采掘现状提供起始和基准控制，大大提高了测量的效率和精度，取得的可靠的测绘资料，保障了煤矿的安全生产。
关键词： GPS 小煤窑 控制 应用
作者简介：牛军平（1970.1--），男，山西晋城人，大学本科学历，山西晋煤集团泽州天安晋瑞煤业有限公司工程师，主要研究方向：测量工程
1 引进GPS的背景和必要性
1.1 引进背景
晋城煤业集团公司成庄矿位于东经112°40′，北纬35°36′，是晋煤集团高产高效主力矿井之一，井田面积75平方公里，原煤生产能力800万吨/年。2009年煤炭资源整合之前，矿区周围分布着大大小小近二十多个小煤窑，总面积约150平方公里。这些小煤窑大多没有准确的测绘资料，开采的随意意很大，极易造成重大安全事故。为了保证矿井安全生产，同时快速掌握小煤窑采掘情况，决定引进GPS快速定位系统。
1.2 引进的必要性
成庄矿采用的坐标系为1954年北京坐标系，中央子午线为112°30′，高程为1956年黄海高程系。而矿区周边小煤窑用的是国家6°带，中央中央子午线为111°，与成庄矿的坐标不统一，存在换带问题。成庄矿区过去建立的地面控制网有二等点5个，四等点25个，这些控制点绝大部分点的觇标都被破坏，有的点位甚至也被挖毁。矿井测量工具主要是全站仪、经纬仪和水准仪，在原始控制点破坏严重的情况下，给井上测量（在小煤窑井口建立测量控制起始资料和测定小煤窑井口人材）带来相当大的难度，有时甚至无法进行测量工作，而且常规测量仪器在进行长距离测量时，尤其在山区，精度会变得很低。所以引进新的测量仪器迫在眉睫。
为了解决测绘小煤窑起始和基准控制资料精度不高的问题，又能提高测绘效率，必须将GPS定位技术引入到此次的小煤窑测绘工作中来。
2 地面GPS组网
成庄矿投资18万元引进美国天宝静态GPS接收机三台和GPS静态定位技术，对矿区周围进行统一布网和统一测量，将晋城矿区坐标从东庄、南庄、大尖山、西岭、马头山五个四等点上引到各个小窑矿区和成庄矿的3个风井，考虑到小煤窑地理位置与实际开采情况，按重点监测对象重点控制的原则，共布设控制点30个，并按E级GPS测量的规范要求进行施工测量，在各小煤窑附近建立了控制网（图1）；同时对GPS测量成果进行了平面坐标复测检查和水准闭合检查，从而为今后测量小煤窑时可直接使用晋城矿区坐标系统打下了基础，保证了测量资料与我矿所用图纸的一致性，只要实测了小窑井下巷道就可以准确掌握小煤窑的采掘范围，从而保证矿井安全生产。
图1 GPS控制网略图
3 外业作业要求
3.1本次GPS外业观测技术指标要求如下：
卫星高度角：≥15°；
有效观测卫星总数：≥4颗；
时段中任一卫星有效观测时间：≥20分钟；
观测时间：≥60分钟（框架网观测≥300分钟）；
数据采样间隔：15秒；
PDOP值：≤6；
3.2内业计算采用美国天宝公司研制的后处理软件Trimble Geomatics Office1.6进行数据处理。
无约束平差中，基线向量的改正数（Vx、Vy、Vz）绝对值必须满足：
Vx≤3б
Vy≤3б
Vz≤3б
在三维约束平差中，基线向量的改正数与剔除粗差后的无约束平差结果的较差绝对值必须满足：
dx≤2б
dy≤2б
dz≤2б
其中：σ=√a2+（b.d）2
σ--标准差，mm；a=5mm；b=0.5ppm；d--相邻点间距离，km。
如10km长的基线，其σ=7mm。
4 测绘成果精度分析
4.1通过对测绘成进行分析，所有成果满足外业作业要求，同时从本次GPS测量的平差结果分析：30个控制点的成果完全满足E级GPS网的精度要求，完全可作为煤矿测量四等控制点使用。
4.2 GPS测量成果的检验
为了保证测绘成果的正确性，我们对GPS成果进行了检验，主要是对GPS平面坐标和高程两方面进行了检验测量。采用的仪器主要是2”全站仪和N3水准仪，分别从众多环路中抽检了两个做闭合导线测量和水准闭合环观测。
4.2.1 平面坐标抽检结果
平面抽检主要是对静态GPS测量的E级网的控制点进行了抽检。
E级网成果检验的抽检路线是E7-E8-南庄-E8-E7，采用的测量方法为方向观测法，检查数据通过内业平差后，结果如
4.2.2 水准抽检结果
水准联测完全按照四等水准测量的要求观测，即每公里水准测量的偶然中误差M和每公里水准测量的全中误差MW均不得超过以下标准，否则予以重测：
M≤5；
MW≤10；
E级网水准检验的抽检路线是E7-E8-南庄-E8-E7，检查数据通过内业整理、平差后，结果如下
高程成果检查表 检查时间：
5 应用结论
5.1 GPS测量技术可以提供精度较高的测量控制资料
GPS静态测量的主要优点是控制点间不需要通视，基线长也从几百米到几十公里不等均可进行，点之间的精度均匀，不会发生累积误差，而且测量精度能随着观测时间的延长而不断增加。不存在误差积累，精度可靠程度较高，误差与流动站至基准站的距离成正比；能够实时地提供测量成果，不需要分级布网，可以大大减少wtog成本，减轻作业员的劳动强度，提高测量效率。
5.2 GPS测量技术带来的经济效益
GPS测量技术与三角控制测量和全站仪导线测量相比，完成100平方公里范围的控制测量，前者所用时间是后者的1/10（若在地形复杂的山区，可能是后者的1/20），内业处理难度仅相当于后者的5%，而所能达到的精度则比后者高出一个数量级。高精度的测绘成果能为矿井开采提供安全保障，可推广至地面开采沉陷、地面需保护的建（构）筑物、输气管线等提供准确位置，同时给小煤窑的测量提供准确的起始和控制资料，为掌握小煤窑的采掘现状防止越界开采提供技术支持。
参考文献：
1 詹长根 现代地籍技术（第三讲） GPS技术在地籍中的应用[J]；测绘信息与工程；2004.03
2 摆杰 GPS技术在煤矿资源勘查中的应用[J]；测绘技术装备2011.04