测绘发展现状及在煤矿测量中的应用.pdf

2 0 0 5 年6月 矿 业安全 与环保 第3 2 卷增刊 测绘发展现状及在煤矿测量中的应用 贺英魁 重庆工程 职业技术 学院 ， 重庆 4 ．0 0 0 3 7 摘 要 当前世界科技发展最活跃的三大领域是生物工程、 纳米技术与测绘科学。以三 S特别是 G P S为 中心的测绘 科学的发展突飞猛进， 一日千里。科技的发展又反过来对测绘观念造成猛烈冲击， 经典的测绘手段甚至理论迅速被 三S 技术及相关理论所取代。针对测绘科学的发展现状及其在矿山测量中的应用经过调查与思考， 提 出看法， 供同仁参考。 关键词 测绘发展； G P S ； 矿山测量 中图分类 号 T D 1 文献标识 码 A 文章编 号 1 0 0 8 4 4 9 5 2 0 0 5 S O一0 0 9 8 0 1 1 G P S的发展现状 自从 1 9 7 3年美国海陆空三军联合建立 G P S全球定位系 统， 特别是 1 9 8 3年 G P S 提供民用以来， 全球定位系统的理论 与应用及大地测量的相关课题迅猛发展， 主要表现在 以下几 个方面 。 1 ． 1 精密单 点定位 P P P 1 9 8 3年美 国将 G P S C ／ A码 及 两个 载 波 的相 关 参数 对 世 界公布， 提供民用， 但精密定位的 P码严格保密， 预计民用动 态单点定位精度为 1 5 0 m。民用的第一个领域就是测绘行 业。民用单点定位的精度远高于美国的预想。为保障 自身 安全 ， 美国采用了 S A技术 ， 对 G P S卫星星历及 C ／ A码进行干 扰 ， 人为降低精度。2 0 O 0年因国内就业及世界竞争的压力， 美国取消了 S A限制， 单点定位的精度约 5 0 m。2 0 0 6年美国 还将在 波段上增加 C ／ A码 ， 使民用码相位观测 由单频变 为双 频 ， 大 大地提 高了 G P S定位 的精 度 。 与此 同时 ， 世界 各 国对 G P S卫 星 的运 行轨 道 、 卫 星 钟差 及电离层和对流层折射等方 面的课题进行了大量的研究并 取得了惊人的成果。目前加拿大、 中国等国使用 G P S进行动 态单点定位已达到了 1 d m的精度。即只需一个历元的单机 动态观测 ， 便可达到如此精度。如将此技术应用于交通管 理， 在交通管理中心就可看到任何车辆的违规行驶； 如应用 于地形图测绘， 测绘一个地形点的位置 ， 只需 1 ％秒的时间便 可达 到 1 ／ 1 0 0 0大 比例尺测 图的精度 。 1 ． 2 室 内 C P S接收机 此前的 G P S接收机用于定位， 其必要条件之一就是必须 与空间的卫星通视。在大厦林立的城市， 其使用受到了极大 的限制。经研究， 采用扩频技术可使卫星信号的信噪比提高 一 千倍 ， 从而实现 G P S接收机的室内定位。目前此项技术已 通过论证 ， 可望在一两年 内问世。不久就可用 G P S接收机在 大厦林立的城市甚至室内进行快速精密定位， 取代传统的测 量方 法 。 1 ． 3 大 地水 准面精化 我国2 0 O 0年似大地水准面已公布， 东部地区可达 0 ． 2一 收稿 日期 ．“ 2 0 0 5 0 21 8 作者简介 贺英魁 1 9 5 7一 ， 男， 陕西户县人， 高级讲师， 1 9 8 2年 毕业于西安矿 业 学 院矿 山测量 专业 ， 现 从事 控制 测 量 与 G P S教 学工作。 9 8 0 ． 3 m的精 度 ， 西 部 地 区 可达 0 ． 60 ． 7 m 的精 度 。我 国深 圳 、 江苏、 青岛等省市已建立了区域大地水准面模型， 其中青 岛市的大地水 准 面模 型达 到 了 1 7 m ien的精度 。其 它省市 也 将陆续建成相应的区域大地水准面模型， 其精度可望更高。 有 了精 密大地水准 面模 型 ， 长期 以来 困扰 测绘 界 的 G P S 测高程的问题得到了解决 ， 目前可代替三等水准测量 ， 且其 精 度还将 进一 步提高 。 1 ． 4 网络 R T K 目前我国深圳、 北京等市已建成网络 R T K系统， 成都、 福 州等市正在建立。此系统是在城市建立若干连续运行的基 准站 ， 将基准站观测的数据通过手机频道发送给用户 ， 用户 使用单机接收 G P S卫星信号， 同时接收基准站的信号 ， 便可 实现快速相对定位。精度可达 e m甚至更高。可满足一般工 程施 工测量 的精 度要求 。 1 ． 5 其它全球定位 系统 1 GL 0NA S S 前苏联紧 随美国之 后 ， 建 立 了 G L O N A S S全球 定位 系统 ， 但因经济及技术原因， 只有约 8颗卫星能正常工作 ， 远未达 到定位所需 的 2 4 颗 卫星 的要求 。 2 伽利略 欧洲正在建立伽利略全球卫星定位 系统， 卫星高度为 2 6 0 0 0 k m。 比G P S卫星运行轨道高出6 0 0 0 k m， 预计动态单点 定位的精度可达 e m， 于2 0 0 5年发射试验卫星， 2 0 0 6年发射第 一 批工作卫星， 2 0 0 8年达到 2 4颗卫星。中国对此系统拥有 一 个 基准站 的权 益 。 3 北斗星二代 我国也将建立北斗星二代被动式全球定位系统， 于 2 O O 8 年 开始 发射卫 星。 1 ． 6 G P S的应用 领域 目前 G P S不仅 应 用 于 地 面测 绘 ， 而 且 还 应 用 于海 洋 研 究、 地壳运动 、 地球物理研究、 航空及空间技术等诸多领域， 如测绘海面地形 、 反演地震源及地壳地幔物质密度分布、 地 下岩浆流动、 各种卫星定轨、 月球测绘、 精密定时等。G P S的 应用将带动国民经济及诸多科研领域迅速发展。 2 测绘技术在煤矿测量 中的应用 2 ． 1 测 绘井 田区域地 形 图 利用网络R T K技术 ， 只需1 台接收机 ， 便可在1 s 之 内测 下转第 1 0 0页 维普资讯 2 0 0 5 年6月 矿 业安 全 与环保 第3 2 卷增刊 续 表 1 4 ． 1 注 骨科方法 1 砾石 用清 水通过管 路泵人 钻孔 内把砾 石经 漏 斗 由泵 人孔 内水 流产生 的负 压将 骨料 带人 孔 内 见 图 1 ， 砾 石粒 径 要根 据孔 径 及地 层情 况选 择 ， 砾石 一 般应 由细 到粗 ， 由粗 到 细 的原则 。 水 流 图 1 注骨料 示意图 真空表 2 尾矿 砂黄土 通过 压水 试 验 及施 工 经验 ， 确 定钻 孔 浆 液浓 度 ， 砂 土 比在 3 1 一 2 1 ， 水料 比为 1 1 上下 ， 经搅 浆 机搅拌均匀泵人。注浆时先用低一级浓度 ， 如不升压， 吸浆 量也不 下降 ， 可改变 浓度 。此种 充填 法 曾用 于 充填郭 二庄 煤 矿二坑零采 区 大范 围采 空 冒 落区 和郭 二庄 煤 矿洪 煤 巷 的注 浆堵水 ， 替代 水泥浆 液 ， 节 省 了大量 资金 。 4 ． 2注水泥浆 水泥 、 水玻璃 ； 水 泥、 粉 煤灰 从 钻进至含 水地层 开始 ， 采 用下行式 分段 注浆 的方法 ， 即钻一段孔 ， 注一 段浆 。反 复交 替 ， 直至 全深 。其 优 点是 ， 下 段 高压注浆 时 ， 可 避免 串浆 ， 返 回钻孔造 成堵塞 。 5 控制好 注浆压力与泵量 。 确保注浆效果 注浆压 力对浆液 的扩散影 响很 大 ， 正确选 择 注浆 压 力及 合理应用注浆压力是注浆的关键。注浆压力过高会造 成浆 液流失 ； 压力过 低 ， 浆 液难 于 进人 裂 隙 ， 扩散 范 围 过小 ， 达不 到堵 水效果 ， 要视 各孔实 际情 况 ， 灵 活掌 握 。一般 情 况 ， 随着 扩散半径 的增 大 ， 注浆 压力 逐 渐 升 高 ， 浆 液充 塞 裂隙 逐 渐压 实， 当压力达到静水压的2倍时即可， 特殊情况， 地下水流速 较大， 应设法增加浆液流动阻力 ， 控制扩散范围， 需降低注浆 压力 。 6 存在问题及处理方法 动水注浆 常遇 到浆 液 流 失 问题 ， 为 防止 浆 液 流失 ， 通 常 采用如下方法 1 采用水 泥 、 水玻璃双 液浆 。 ‘ 2 加大水 泥浆浓度 ， 但水 灰 比不 能小 于 0 ． 5 可 加 5 ro o ---- 乙醇胺 ， 5 ％食 盐 。 3 定量 间歇注浆 。对某一 注浆段 不能 一次 注浆 太多 ， 要 分几次 注浆 。 4 单位时间给浆量要大 ， 这可使岩石过水通道中的地下 水流大部分被浆液代替， 减少浆液被稀释带走的可能性。 注浆过 程 中经 常 发生 注浆 段 与受 注 地层 之 间裂 隙 不通 畅或被浆液堵塞 ， 不能注浆。在羊二煤矿试用“ 酸洗法” 导通 注浆通 道 ， 再行 注浆 ， 取得 了明显效 果 。 责任编辑 吴 自立 上接 第 9 8页 出一个碎部点点位 ， 使测图的效率提高数十倍 。但网络 R T K 技术需要用户给服务中心提供密码， 实行有偿服务。在未来 几年内， 应用精密单点定位技术， 将使井 田区域地形图的测 绘更 加便利 。 2 ． 2 工 业广 场施 工测量 此前 ， 因使用 e P s 接收机进行施工放样， 由于工地各种 临时搭建物体及施工对象对卫星信号的遮挡， 使用不便。当 室内接收机 同世以后， 进行煤矿工业广场建筑物、 构筑物的 施工测量， 再也不需考虑工地各种障碍物对卫星信号 的遮 挡， 可实现快速、 精确、 实时定位及放样 ， 极大地提高工程质 量及工作效率。 2 ． 3 矿 区控 制测量 用 G P S 相对定位技术建立矿区控制网， 在我国已有数年 实践。这种建立矿区控制网的方法与经典测量技术相 比较 ， 不仅效率高， 而且大大降低了成本。笔者曾于2 0 0 3 年为贵州 省盘县响水矿区建立四等 G P S网， 该网控制面积约 1 0 0 k I n 2 ， 只使用了3台 A s I T r E C H单频接收机， 仅用了 1 0 d时间， 就完 成该网的建网工作 ， 其精度远高于三角测量 。 用 G P S相对定位技术测定井口近井点 和水准基点的平 面位置和高程 ， 不仅可提高工作效率， 而且也为 日后的井筒 问的贯通测量和井下施工测量提供了坚实的地面技术保障。 确保贯通 与巷道施 工的安全 。 2 ． 4 矿 区地 表沉 陷观测 采用连续运行的 G P S接收机及网络通信技术 ， 可连续监 l 0 0 测煤 矿沉 陷 区 的 地表 移 动 情 况 ， 实现 实 时 连 续 的 监测 。 不 过， 此项技术 目前用于煤矿， 成本偏高。 3 煤矿测量技术发展瓶颈 G P S已在除煤矿、 地下工程等以外的其它领域得到了迅 速发展 ， 但在煤 矿测 量 中， 因大 量的 日常测 量工 作是 在 井下 进行的， 而井下无法接收 G P S卫 星信号， 使 G P S的应用受到 极大限制。要将 G P S 卫星发射的信息用于井下测量中， 需解 决岩层中的通信问题。可以采用的通信手段是 以超声波作 为载波， 将信号通过岩层传到井下， 实现井下 的实时定位。 要傲到这一点， 目前还有大量的研究工作需要傲， 其中最难， 工作量最大的是分析超声 波在各种岩性的岩石中传播 的特 性， 以及准确及时的岩性物探方法。岩层通信技术如能研究 成功， 对井下安全保障将会极大改善， 亦可及时掌握矿井灾 害情况， 为灾害救援及时提供信息。 4 结束语 测绘技术的快速发展 ， 特别是三 S 技术的发展 ， 为煤矿 测量提供了广阔的前景。结合计算机技术， 有望实现煤矿测 量的数字化 、 信息化和实时化 ， 但是 ， 机遇和挑战并存， 要达 此目的， 还需测量研究人员艰苦努力， 解决岩层通信等诸 多 技术问题 。 责任编辑 吴 自立 维普资讯