GPS在煤矿测量中的应用及发展前景

岳晋平

（阳煤集团寿阳开元矿业有限责任公司， 山西 寿阳 045400）

引言

煤矿的测量工作是煤矿进行后续开发工作的重要前提，但传统的测量方法存在很多缺陷，测量过程受地质条件、环境条件及某些障碍物的影响，测量程序复杂、测量所需的时间较长、各测量点之间需要通视等，导致测量的效率及测量数据准确性受到影响。GPS（全球卫星定位系统）具有定位精度高、测量周期短及操作简单、测点之间不需通视等特点，目前GPS技术已经逐渐应用于地表沉降、地震、滑坡及地表裂缝等地质灾害监测方面，已有研究表明，GPS静态测量精度能够有效满足目前煤矿的形变精度需求[1]。

1 GPS概述

GPS技术（全球卫星定位系统）始于1958年，最初大多应用于军工领域，主要用于为海陆空军提供及时的连续导航服务，有时还会用于应急通讯及情报搜集等方向[2]。近年来，GPS已被逐渐用于煤矿测量工作。GPS进行导航工作时，首先需要测量出目的物与已知卫星的距离，并通过多组卫星返回的数据进行综合分析，最终得出目标物的准确位置[3]。GPS设备与传统导线测量相比，能够达到厘米精度，同时其测量的效率是普通导线测量的2～4倍，操作效率明显提高。GPS技术还能够在野外测量过程中进行现场数据校核，同时测量目标与基站之间不需要形成通视，能够达到更长的观测距离，同时实现不间断作业。GPS相对于传统测量技术更加智能化，仅需一人即可完成全部测量工作，有效提高了测量的工作，提高了测量精度。

2 GPS在煤矿测量中的应用

2.1 GPS在矿井控制网布置中的应用

与其他巷道相比，煤矿在矿井运输中由于采出的煤需要经过巷道运输至井筒，因此对于各巷道之间的准确贯通具有较高的精度的要求。为有效提高巷道贯通工作的准确性，即保证井下各巷道能与主副井之间准确贯通，而贯通之间首先需要在地表设置一个距地表距离较近的控制系统，此时地面控制系统的布设就需要通过GPS技术实现，根据相关的行业规程制定适合矿井生产的巷道开掘方案，最后布设矿井巷道。

2.2 GPS在煤矿地面沉陷监测中的应用

地表沉陷问题是在煤矿生产过程中不可避免的，对地表沉陷程度的及时监测并采取相应的控制措施是保证煤矿安全高效生产的重要因素之一。对于地表沉陷的及时监测与预防能够有效避免矿井出现坍塌等危险现象，避免对工作人员的人身安全造成损害，最终保证煤矿的高效、经济、安全运营。利用GPS对矿井的沉陷情况进行及时监测时，能够使作业人员及时掌握矿井沉陷区的位移情况，从而采取相应的措施保证矿区的安全开采区域，预测分析矿井可采储量，选择适合开采地质情况的开采方式，保障安全高效生产。

在矿井地表沉陷的监测过程中，首先需要设定判定沉陷量的安全基点，基点的选择应当选择在沉陷区范围以外的安全区域内。随后布设沉陷区域监测点，监测点的布设应当参考滑坡的变形监测方式，选取的监测点作为独立的坐标，主要用于评估地面的沉陷情况，记录的数据传送至GPS接收机进行长期的观测。观测得到的数据通过专用的分析处理软件进行分析汇总，对比不同时期监测值的变化可以发现地表的沉陷变化情况，对地表的沉陷速度进行计算评估，最终得出该沉陷区的安全值[4]。

2.3 GPS在煤矿垂直形变监测中的应用

关于煤矿的垂直形变的监测，传统方法主要为水准测量法，在测得煤矿的高程变化后利用导线法、三角网法及视准线法等对经纬平面进行测量，通过经纬平面的变化情况分析煤矿的垂直形变程度。但传统测量方法容易受到地理环境的影响，最终导致测量的速度及精度很难满足煤矿实际生产的需要。同时，在对离散点进行监测时，监测范围受外部环境的影响程度更为显著。GPS技术相比于传统测量技术具有精度高、智能化程度高等特点，能够实现测量工作的连续化及三维监测，根据目前煤矿测量工作的精度要求，GPS测量技术能够满足其测量精度及速度要求。

在监测过程中，主要的观测设备为GPS接收器，根据测定区域的大地高度及经纬高度等相关因素，编制适合该地区地质情况的卫星几何强度因子预报表及可见性预报表，编制矿区观测计划[5]。架设的GPS接收机需要严格进行对中及调平，对天线的高度进行精确测量，选取三个距离为120°的测量方向各进行一次测量，将测量数据取平均值记录；对于各点在观测前、观测中及观测后各进行一次观测，取三次观测值的平均值作为仪器的高度观测值。GPS监测网的连接方式采用边连式，将监测网布设人员及观测人员划分为不同的小组，每组安排两位工作人员，其中GSP接收机的观测工作由专门的工作人员进行负责，每次的观测大致划分为五个观测时段，每个时段观测时间为1.5 h，静态数据采集完毕后对采集得到的数据进行分析汇总，得出监测地区的大地高度值，根据分析得到的数据回执该地区的沉降值曲线图，曲线图可以较为直观的反映出该地区的垂直变形情况。

3 GPS在煤矿测量中的发展前景

煤矿测量工作对实现煤矿的安全生产具有重要的意义，随着GPS技术的持续发展，其在煤矿生产中的应用也越来越广泛。其中，GPS静态监测及快速监测方法为矿区地形图绘制、矿区巷道及相关线路的勘测、采区整体控制测量等奠定了坚实的基础，为实现矿区的高效、高精度测量工作提供了强有力的技术支持。目前，传统的煤矿测量方法已经逐渐被GPS技术所取代并被广泛应用。

随着经济的持续高速发展，对于矿产资源的需求量逐渐增加，同时，在矿山的建设过程中，矿区各项工作都需要以测量数据作为主要依据。只有通过向相关建设部门提供精确的测量数据才能为后续的图纸绘制及巷道的开掘提供根本性指导，但矿区的测量工作大多在山地等较为复杂的区域进行，这些地区的植被覆盖率高，可控制的测点数量较少，通视条件较差，给测量工作造成了不同程度的影响。因此，利用传统的测量技术很难满足目前的高精度测量需求，GPS作为一种新型测量技术在一定程度上能够有效弥补传统测量技术精度不足及效率较低的问题。通过对GPS技术的原理及应用分析，我们可以看到GPS技术在矿山的工程测量工作中具有很强的适应性。随着GPS技术的不断进步，GPS技术在矿山测量中的应用将会越来越广泛。

4 结语

针对较为复杂的地形、天然环境及通视等条件，利用GPS技术进行相关测量工作时具有操作程序简便及测量精度高等特点，但在实际的测量工作中，由于GPS卫星信号需要穿越非真空状态的岩层，因此在获得信号的过程中极易受到外界环境的干扰，最终会对测量的精度造成一定程度的影响。需要相关研究人员进一步深入研究。