「简易地表移动观测站建站及测量方法探讨」

1、简易地表移动观测站建站及测量方法探讨丁万根1,徐剑锋2,赵刚刚1,屈国栋I1.河南能源化工集团耿村煤矿 河南濯池 4 7 24 3 1; 2 .河南陕县观音堂煤业河南陕县4721 2 3摘要：耿村煤矿现开采地区属于冲击地压危险区域 ,为了解地表沉降和冲击地压的相关性, 需建立简易的 地表移动观测站.传统的建站及观测方法要求严格,观测周期长,费用大,本文提出用手持GPSffi合全站仪建站,用全站仪三角高程代替水准测量进行日常测量,能直接获得观测点的三维坐标,实现建站的目的,并且节约了费用.通过建站实例总结了该种方法的优缺点及操作中的考前须知. 关键词：简易观测站；全站仪；地表移动变形；三维坐标；

2、冲击地压1问题的提出河南能源耿村煤矿于19 7 5年12月开始建井,1 9 82年1 2月投产,1 9 9 2年12月技改成功,生产水平为 2.4Mt/ a0经过30多年的开采,目前开采深 度已达50 0m以上,且煤层上覆有巨厚砾岩层.近年来,耿村煤矿冲击地压事件 频发,给矿井的平安生产带来很大的隐患.为了掌握冲击地压事件与地表沉降 的相关性,需建立专门地表移动观测站.然而传统的建站方法比拟复杂,需要 用GP野级点或全站仪根据5 导线的精度进行闭合导线测量,由于矿区地表变化较大,原有的地面限制点多已遭到不同程度的破坏,导致限制测量的工程 量过大.对于地表为丘陵山区的地区来说,日常观测方法采用水

3、准测量,根据四等精度的技术要求进行,工作量很大,测站多 ,测量精度也会受到一定的影 响.传统的建站方法要求在主断面上建立观测线的方式,水平移动采用支距法和用钢尺测量观测点间距获得变形数据 ,精度不高.观测点布置有一定的局限 性,不能完全反映地表的变形情况.基于以上原因,本文以耿村煤矿1 3180工作面地表移动观测站为例, 对简 易地表移动观测站建站和测量方法进行了探讨,提出用手持 GPS配合全站仪进 行建站,用全站仪进行日常测量的设想.2 1 31 8 0工作面概况该工作面地表上方沿走向方向距切眼190 m为上东村,东北侧为骆驼脖村,东南为康洼村.地表地形呈北高南低、东高西低的缓坡状地形,大局

4、部为农田、丘陵地区,地面标高为 62 165 6mo开采煤层为2-3煤,煤厚1 1 .81 8 . 4 m,平均煤厚1 5. 8 1m,含煤系数 98%,属较稳定普遍可采特厚煤层,普遍可采.该工作面位于东三采区西翼,2-3煤轨道下山西侧,北部为已回采的1316 0工作面,西至采区边界,南部为未开采的 2-3煤实体,东部为已回采结束的 1321 0工作面.该面地质构造情况简单,煤层整体呈一向南东倾斜的单斜构造.工作面走向长898m,倾向宽186m,煤层倾角91 3 ° ,开采深度54 0-61 7 m,第四纪松散层厚度为78 m.该工作面煤层上覆岩层从下到上依次为：泥岩、细砂岩、中粒砂

5、岩、砾岩、泥岩、第四系黄土.其中砾岩层厚度在24 0 30 0 m之间,硬度大,强度高,回采过程中不易弯曲垮落,是造成冲击地压事件的主要原因.3 13180工作面建站3.1 观测点的布置根据?煤矿测量规程?的要求,采用观测线法,观测线应设在移动主断面 上,观测点间距应在3035 m之间.根据该工作面的实际情况, 布设一条走向 观测线和两条倾向观测线.但该工作面的建站目的简单,仅是研究地表沉降和冲击地压事件的相关性,故采用了较为灵活的布点方式,根据该区地形,将观测 点布设在易于观测的田境上或道路边 ,尽量不布置在农田里,解决了工农关系 的问题.观测点具体布置见图 1,基准限制点布置见图 2.图1

6、:13180观测点布置图W7；Jr ,!ElW8基2、一 一 一' «4 基 3一一一图2:基准限制点布置图3. 2限制点及观测点的埋设首先在井上下对照图cad图上量取设计的限制点及观测点的坐标,做好记录,现场用手持 GP S进行定位、埋点.为不影响田地耕作,减少不必要的 工农关系发生,可根据现场情况做适当调整.需要注意的是：手持GPS必须按照说明进行正确的参数设置,现场定位应与地形图相比拟,看是否存在错误,GPS的定位坐标要分不同时段进行,卫星信号必须良好,尤其是限制基点的坐标 必须准确.4测量方法4.1限制点及全面观测因现场没有原始的等级限制点,手持GPS的高程精度低等原

7、因,采用两个限制基准点的GPS标进行定位,高程系统以一个基准点的地形图上的高 程作为基准高程,采用相对独立的限制系统.全立仪的测角精度应不低于2级,测距精度不低于2 m m+2 Dppm我们采用的是Nik o n DTM-5 3 2的全站 仪,观测点照准标志采用苏一光生产的D-04对中杆脚架.具体步骤如下：1、限制点埋设在工作面南侧受采动影响范围之外且视野开阔的地点,将全站仪安设在基2点,建站,以GPSW得的平面坐标和地形高程作为测站点的 三维坐标,后视基1点,用基1点的 GPS标作为后视点的坐标.2、全站仪测量模式两测回测定基 1的三维坐标,记录存储于全站仪内, 取其平均值作为基1的三维坐标

8、, 然后照准远处的不少于三个固定目标作为检 查方向,也是以后测量观测点的基准方向.3、依次两个测回测量基 3点和基4点的三维坐标,作为观测点的基准点.4、将仪器安设在基准点上,依次测量各观测点两个测回,测得各观测点的 三维坐标,存储于全站仪内,备用.取平均值作为各观测点的初始值.4. 2日常周期测量因该观测站属于专门观测站,因此具有观测周期短、精度相对要求不高的特点.根据文献2的结论,用全站仪三角高程可以代替四等水准测量,所以 可以用全站仪来进行日常测量观测点的变形情况.具体步骤如下：1、将全站仪安置在基准限制点上 ,建站,后视照准方向,首先检查基准点 是否变动,如果没有变动时方可进行下一步测量工作.2、将对中杆脚架依次架设在各观测点上,精确整平,棱镜置于架头固定孔内锁紧棱镜,精确读出观测点视高,报给仪器测量员,测量员以两个测回测 出观测点的三维坐标,存储于仪器内,备用.3、重复第二步,直至完成一个测站的全部观测工