「簡易地表移動(dòng)觀測站建站及測量方法探討」

1、簡易地表移動(dòng)觀測站建站及測量方法探討丁萬根1,徐劍鋒2,趙剛剛1,屈國棟I1.河南能源化工集團(tuán)耿村煤礦 河南濯池 4 7 24 3 1; 2 .河南陜縣觀音堂煤業(yè)河南陜縣4721 2 3摘要：耿村煤礦現(xiàn)開采地區(qū)屬于沖擊地壓危險(xiǎn)區(qū)域 ,為了解地表沉降和沖擊地壓的相關(guān)性, 需建立簡易的 地表移動(dòng)觀測站.傳統(tǒng)的建站及觀測方法要求嚴(yán)格,觀測周期長,費(fèi)用大,本文提出用手持GPSffi合全站儀建站,用全站儀三角高程代替水準(zhǔn)測量進(jìn)行日常測量,能直接獲得觀測點(diǎn)的三維坐標(biāo),實(shí)現(xiàn)建站的目的,并且節(jié)約了費(fèi)用.通過建站實(shí)例總結(jié)了該種方法的優(yōu)缺點(diǎn)及操作中的考前須知. 關(guān)鍵詞：簡易觀測站；全站儀；地表移動(dòng)變形；三維坐標(biāo)；

2、沖擊地壓1問題的提出河南能源耿村煤礦于19 7 5年12月開始建井,1 9 82年1 2月投產(chǎn),1 9 9 2年12月技改成功,生產(chǎn)水平為 2.4Mt/ a0經(jīng)過30多年的開采,目前開采深 度已達(dá)50 0m以上,且煤層上覆有巨厚礫巖層.近年來,耿村煤礦沖擊地壓事件 頻發(fā),給礦井的平安生產(chǎn)帶來很大的隱患.為了掌握沖擊地壓事件與地表沉降 的相關(guān)性,需建立專門地表移動(dòng)觀測站.然而傳統(tǒng)的建站方法比擬復(fù)雜,需要 用GP野級(jí)點(diǎn)或全站儀根據(jù)5 導(dǎo)線的精度進(jìn)行閉合導(dǎo)線測量,由于礦區(qū)地表變化較大,原有的地面限制點(diǎn)多已遭到不同程度的破壞,導(dǎo)致限制測量的工程 量過大.對于地表為丘陵山區(qū)的地區(qū)來說,日常觀測方法采用水

3、準(zhǔn)測量,根據(jù)四等精度的技術(shù)要求進(jìn)行,工作量很大,測站多 ,測量精度也會(huì)受到一定的影 響.傳統(tǒng)的建站方法要求在主斷面上建立觀測線的方式,水平移動(dòng)采用支距法和用鋼尺測量觀測點(diǎn)間距獲得變形數(shù)據(jù) ,精度不高.觀測點(diǎn)布置有一定的局限 性,不能完全反映地表的變形情況.基于以上原因,本文以耿村煤礦1 3180工作面地表移動(dòng)觀測站為例, 對簡 易地表移動(dòng)觀測站建站和測量方法進(jìn)行了探討,提出用手持 GPS配合全站儀進(jìn) 行建站,用全站儀進(jìn)行日常測量的設(shè)想.2 1 31 8 0工作面概況該工作面地表上方沿走向方向距切眼190 m為上東村,東北側(cè)為駱駝脖村,東南為康洼村.地表地形呈北高南低、東高西低的緩坡狀地形,大局

4、部為農(nóng)田、丘陵地區(qū),地面標(biāo)高為 62 165 6mo開采煤層為2-3煤,煤厚1 1 .81 8 . 4 m,平均煤厚1 5. 8 1m,含煤系數(shù) 98%,屬較穩(wěn)定普遍可采特厚煤層,普遍可采.該工作面位于東三采區(qū)西翼,2-3煤軌道下山西側(cè),北部為已回采的1316 0工作面,西至采區(qū)邊界,南部為未開采的 2-3煤實(shí)體,東部為已回采結(jié)束的 1321 0工作面.該面地質(zhì)構(gòu)造情況簡單,煤層整體呈一向南東傾斜的單斜構(gòu)造.工作面走向長898m,傾向?qū)?86m,煤層傾角91 3 ° ,開采深度54 0-61 7 m,第四紀(jì)松散層厚度為78 m.該工作面煤層上覆巖層從下到上依次為：泥巖、細(xì)砂巖、中粒砂

5、巖、礫巖、泥巖、第四系黃土.其中礫巖層厚度在24 0 30 0 m之間,硬度大,強(qiáng)度高,回采過程中不易彎曲垮落,是造成沖擊地壓事件的主要原因.3 13180工作面建站3.1 觀測點(diǎn)的布置根據(jù)?煤礦測量規(guī)程?的要求,采用觀測線法,觀測線應(yīng)設(shè)在移動(dòng)主斷面 上,觀測點(diǎn)間距應(yīng)在3035 m之間.根據(jù)該工作面的實(shí)際情況, 布設(shè)一條走向 觀測線和兩條傾向觀測線.但該工作面的建站目的簡單,僅是研究地表沉降和沖擊地壓事件的相關(guān)性,故采用了較為靈活的布點(diǎn)方式,根據(jù)該區(qū)地形,將觀測 點(diǎn)布設(shè)在易于觀測的田境上或道路邊 ,盡量不布置在農(nóng)田里,解決了工農(nóng)關(guān)系 的問題.觀測點(diǎn)具體布置見圖 1,基準(zhǔn)限制點(diǎn)布置見圖 2.圖1

6、:13180觀測點(diǎn)布置圖W7；Jr ,!ElW8基2、一 一 一' «4 基 3一一一圖2:基準(zhǔn)限制點(diǎn)布置圖3. 2限制點(diǎn)及觀測點(diǎn)的埋設(shè)首先在井上下對照圖cad圖上量取設(shè)計(jì)的限制點(diǎn)及觀測點(diǎn)的坐標(biāo),做好記錄,現(xiàn)場用手持 GP S進(jìn)行定位、埋點(diǎn).為不影響田地耕作,減少不必要的 工農(nóng)關(guān)系發(fā)生,可根據(jù)現(xiàn)場情況做適當(dāng)調(diào)整.需要注意的是：手持GPS必須按照說明進(jìn)行正確的參數(shù)設(shè)置,現(xiàn)場定位應(yīng)與地形圖相比擬,看是否存在錯(cuò)誤,GPS的定位坐標(biāo)要分不同時(shí)段進(jìn)行,衛(wèi)星信號(hào)必須良好,尤其是限制基點(diǎn)的坐標(biāo) 必須準(zhǔn)確.4測量方法4.1限制點(diǎn)及全面觀測因現(xiàn)場沒有原始的等級(jí)限制點(diǎn),手持GPS的高程精度低等原

7、因,采用兩個(gè)限制基準(zhǔn)點(diǎn)的GPS標(biāo)進(jìn)行定位,高程系統(tǒng)以一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)的地形圖上的高 程作為基準(zhǔn)高程,采用相對獨(dú)立的限制系統(tǒng).全立儀的測角精度應(yīng)不低于2級(jí),測距精度不低于2 m m+2 Dppm我們采用的是Nik o n DTM-5 3 2的全站 儀,觀測點(diǎn)照準(zhǔn)標(biāo)志采用蘇一光生產(chǎn)的D-04對中桿腳架.具體步驟如下：1、限制點(diǎn)埋設(shè)在工作面南側(cè)受采動(dòng)影響范圍之外且視野開闊的地點(diǎn),將全站儀安設(shè)在基2點(diǎn),建站,以GPSW得的平面坐標(biāo)和地形高程作為測站點(diǎn)的 三維坐標(biāo),后視基1點(diǎn),用基1點(diǎn)的 GPS標(biāo)作為后視點(diǎn)的坐標(biāo).2、全站儀測量模式兩測回測定基 1的三維坐標(biāo),記錄存儲(chǔ)于全站儀內(nèi), 取其平均值作為基1的三維坐標(biāo)

8、, 然后照準(zhǔn)遠(yuǎn)處的不少于三個(gè)固定目標(biāo)作為檢 查方向,也是以后測量觀測點(diǎn)的基準(zhǔn)方向.3、依次兩個(gè)測回測量基 3點(diǎn)和基4點(diǎn)的三維坐標(biāo),作為觀測點(diǎn)的基準(zhǔn)點(diǎn).4、將儀器安設(shè)在基準(zhǔn)點(diǎn)上,依次測量各觀測點(diǎn)兩個(gè)測回,測得各觀測點(diǎn)的 三維坐標(biāo),存儲(chǔ)于全站儀內(nèi),備用.取平均值作為各觀測點(diǎn)的初始值.4. 2日常周期測量因該觀測站屬于專門觀測站,因此具有觀測周期短、精度相對要求不高的特點(diǎn).根據(jù)文獻(xiàn)2的結(jié)論,用全站儀三角高程可以代替四等水準(zhǔn)測量,所以 可以用全站儀來進(jìn)行日常測量觀測點(diǎn)的變形情況.具體步驟如下：1、將全站儀安置在基準(zhǔn)限制點(diǎn)上 ,建站,后視照準(zhǔn)方向,首先檢查基準(zhǔn)點(diǎn) 是否變動(dòng),如果沒有變動(dòng)時(shí)方可進(jìn)行下一步測量工作.2、將對中桿腳架依次架設(shè)在各觀測點(diǎn)上,精確整平,棱鏡置于架頭固定孔內(nèi)鎖緊棱鏡,精確讀出觀測點(diǎn)視高,報(bào)給儀器測量員,測量員以兩個(gè)測回測 出觀測點(diǎn)的三維坐標(biāo),存儲(chǔ)于儀器內(nèi),備用.3、重復(fù)第二步,直至完成一個(gè)測站的全部觀測工