煤礦井下貫通測量方案的優(yōu)化研究

王振宇

（大同煤礦集團有限公司煤峪口礦測量科，山西 大同037001）

貫通測量是坑道施工中和貫通后的測量，包括平面貫通測量和高程貫通測量。是為獲取實際的貫通誤差值，作為下一步調(diào)整施工中線的依據(jù)。對確保巷道貫通的精度和掘進作業(yè)安全、效率等均具有十分重要的意義，傳統(tǒng)依靠經(jīng)緯儀進行貫通測量的方案在應(yīng)用中雖然精度不足，操作步驟也相對繁瑣，但由于貫通測量的距離短，因此能夠基本滿足測量需求。隨著巷道掘進技術(shù)的不斷提升，井下貫通測量的距離和精度要求不斷提升，現(xiàn)有貫通測量方案已經(jīng)無法滿足新形勢下的測繪需求，因此本文提出了一種新的貫通測量方案，通過采用對測量過程中的陀螺定向邊測量方案精度進行預(yù)測和補償，消除了測量過程中的旁折光和水平角累積誤差，有效地提升了巷道貫通測量精度，同時通過采用全站儀進行貫通測量，簡化了測量流程，有效地提升了貫通測量的效率，據(jù)在井下實際應(yīng)用表明該新的貫通測量方案在長距離貫通測繪中能夠?qū)⒕缺ＷC在0.117 m以內(nèi)，且優(yōu)化了測量流程，使測量效率提升14%以上，顯著提升了井下貫通測量精度和效率，具有極大的應(yīng)用推廣價值。

1 新型貫通測量方案

某礦井井下主運輸巷道需進行貫通測量，其臨近的輔運輸巷道已施工完成，主運輸巷道的綜采面切眼也已同步完成，預(yù)計將在距離巷道中部切眼約100 m處完成貫通，目前兩側(cè)巷道的施工距離達1 594 m，在綜采巷道共設(shè)置了29個導(dǎo)線點，要求巷道貫通時的誤差保證在0.2 m以內(nèi)，貫通巷的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 煤礦井下巷道貫通巷結(jié)構(gòu)示意圖

由于傳統(tǒng)的經(jīng)緯儀測量技術(shù)方案測量效率低、精度差，無法滿足長距離井下巷道貫通測量的需求，因此本文提出了一種基于全站儀的巷道貫通測量方案。結(jié)合本次貫通測量需求，在測量時需滿足對高程測量需求和對導(dǎo)線測量需求，為了便于進行測量觀測，將導(dǎo)線設(shè)置到巷道的內(nèi)側(cè)，同時導(dǎo)線的各個邊長盡量保持一致，為了提升測量精度，測量時采用兩測回方案，實現(xiàn)單程測回間的誤差不超過±20 mm。

由于井下測量過程中的旁折光和水平角累積誤差[1]會對全站儀的測量精度產(chǎn)生極大的影響，因此在本測量方案中提出了加測陀螺定向邊精度的方案，用于降低測量誤差對全站儀測量精度的影響。在全站儀測量的過程中，根據(jù)導(dǎo)線點的布置位置，在導(dǎo)線點的前側(cè)和后側(cè)設(shè)置反射棱鏡，實現(xiàn)對導(dǎo)線點的測量。在對其進行水平角觀測時，需要瞄準(zhǔn)吊掛的線繩，待測量結(jié)束以后，再將測點對準(zhǔn)棱鏡進行垂直角觀測和測量距離觀測。為了降低煤礦井下巷道內(nèi)的氣流流動對觀測棱鏡穩(wěn)定性的影響，特別對棱鏡的固定花桿進行了優(yōu)化，增加下側(cè)承重機構(gòu)，提升穩(wěn)定性，優(yōu)化后的花桿結(jié)構(gòu)如下頁圖2所示[2]。

為了進一步提升測量效率，在對導(dǎo)線的短邊進行測量時，可以不設(shè)置導(dǎo)線測量點，直接采用三架法進行觀察，將短邊的測量坐標(biāo)點和方位角傳遞到導(dǎo)線的長邊上，滿足全站儀快速測量需求。

圖2 棱鏡花桿優(yōu)化結(jié)構(gòu)示意圖

2 井下貫通測量誤差分析

通過對煤礦所用全站儀在實際使用過程中產(chǎn)生誤差的原因分析，可知要提升實際測量精度需要降低在測量過程中的對中偏心差，同時需要規(guī)范測量人員的測量方法，優(yōu)化測量工藝，因此針對性的提出了對應(yīng)的優(yōu)化方案，并在井下巷道貫通測量過程中進行了實際驗證和總結(jié)，主要包括以下幾個方面[3]。

輔助偏心測量儀，為了降低全站儀在使用過程中的對中偏心差，采用在全站儀上增加偏心儀輔助測量的方案，將偏心儀設(shè)置到全站儀的測量手柄上。偏心儀上設(shè)置有刻度盤，刻度盤上均勻分布著120個刻度，在測量過程中當(dāng)全站儀出現(xiàn)對中誤差時，偏心儀能夠顯示并記錄測量過程中的偏心角度，然后通過計算修正誤差即可計算出修正值，從而消除在測量過程中的對中偏心差，提升測量精度。

在測量過程中為了提升測量一致性，進一步降低對中偏心差對測量結(jié)果的影響，在進行修正的基礎(chǔ)上，測量組又提出了利用全站儀三腳架法進行測量施工的方案，在測量起始的位置首先對前視點、后視點和觀測點進行測量，當(dāng)對第一個測量點測定完成后，直接將后視點的棱鏡轉(zhuǎn)移到下一個前視點位置，利用前一個測點作為后一個測點的測量后視點，進而逐次完成對整個掘進過程中的測量控制，在測量過程中該方案只需對測量設(shè)備進行一次對中調(diào)整即可，能夠顯著提升在測量過程中的測量精度，降低測量時間，通過實際測量，采用新的一次定位測量方案能夠?qū)y量效率提升14%以上，其測量原理如圖3所示[4]。

圖3 一次定位測量方案原理示意圖

由實際應(yīng)用可知，該全站儀測量方案的綜合測量誤差約為0.117 m，滿足測量誤差不超過0.2 m的測量需求，而且由于采用了三架法短邊測量方案，將整個測試過程的測試效率提升了14%以上，由此可知該新的煤礦井下貫通測量方案完全能夠滿足長距離井下貫通測量時的精度和效率需求，對于提升井下巷道掘進效率和質(zhì)量具有十分重要的意義。

3 結(jié)論

針對現(xiàn)有的貫通測量方案測量效率低、精度不足的情況，本文提出了一種新的巷道貫通測量方案，對測量過程中的陀螺定向邊測量方案精度進行預(yù)測和補償，根據(jù)在井下實際應(yīng)用表明：

1）基于全站儀的巷道貫通測量方案，將導(dǎo)線設(shè)置到巷道的內(nèi)側(cè)，同時導(dǎo)線的各個邊長盡量保持一致，測量時采用兩測回方案，提升了單程測回的測量精度。

2）加測陀螺定向邊精度的方案，能夠有效地降低測量過程中的旁折光和水平角累積誤差影響。

3）全站儀測量方案的綜合測量誤差約為0.117 m，滿足測量誤差不超過0.2 m的測量需求，而且由于采用了三架法短邊測量方案，將整個測試過程的測試效率提升了14%以上，極大地提升了煤礦井下巷道掘進速度和精度。