大型礦井巷道貫通測(cè)量方法與誤差分析

范鵬凱

（潞安集團(tuán)古城煤礦，山西 長(zhǎng)治046100）

大型礦井的存在為我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和區(qū)域民生的穩(wěn)固保障提供了重要作用，而礦井巷道貫通測(cè)量方法作為大型礦井巷道測(cè)量的重要類別，貫通測(cè)量方法的科學(xué)性、合理性與精確度直接關(guān)系到大型礦井的合理開發(fā)。然而，根據(jù)我國(guó)相關(guān)數(shù)據(jù)信息，我國(guó)絕大部分大型礦井巷道貫通測(cè)量方法在一定程度上都存在著測(cè)量精度不滿足測(cè)量要求這一突出問題，因此，大型礦井巷道貫通測(cè)量方法技術(shù)流程的改進(jìn)和測(cè)量準(zhǔn)確度的提升勢(shì)在必行。在此背景下，對(duì)大型礦井巷道貫通測(cè)量方法的深入探討與剖析，對(duì)其測(cè)量工藝流程進(jìn)行合理分解，研究大型礦井巷道貫通測(cè)量方法誤差原因并提出針對(duì)性控制措施，也就具備了重要理論意義和現(xiàn)實(shí)價(jià)值。

1 礦井巷道貫通測(cè)量的意義

首先，大型礦井巷道貫通測(cè)量有助于礦井工程成本費(fèi)用的節(jié)約和工程進(jìn)度的合理保證。大型礦井巷道貫通測(cè)量數(shù)據(jù)精確度越高，越能加快礦井工程的地下掘進(jìn)速度，使大型礦井多個(gè)需要相互貫通、相互連接的巷道能快速聯(lián)通，不斷縮小大型礦井地下建設(shè)周期，確保工程項(xiàng)目進(jìn)度符合預(yù)期目標(biāo)，節(jié)省企業(yè)的成本費(fèi)用支出。另一方面，大型礦井巷道貫通測(cè)量有助于保證工程施工安全。在礦井施工過程中，巷道的貫通測(cè)量數(shù)據(jù)精確與否直接影響著工程項(xiàng)目施工的順利與否，及其安全保障措施計(jì)劃方案的制定。巷道貫通測(cè)量精確度的不足，很容易造成地下礦井巷道與巷道之間的不精確連接，甚至是導(dǎo)致巷道與巷道之間有較大的分離偏差，造成大型礦井巷道掘進(jìn)安全事故的頻頻發(fā)生，因此，在整個(gè)大型礦井巷道貫通測(cè)量工作中，測(cè)量技術(shù)人員必須保證貫通測(cè)量數(shù)據(jù)的精確度與合理性。

2 礦井巷道貫通測(cè)量方法

2.1 井下平面導(dǎo)線測(cè)量

井下平面導(dǎo)線測(cè)量方法是目前所有大型礦井巷道貫通測(cè)量方法中應(yīng)用最為廣泛的重要測(cè)量方式，具體應(yīng)用往往包括主輔點(diǎn)菱形導(dǎo)線法、主輔點(diǎn)四邊形導(dǎo)線法和環(huán)形導(dǎo)線法三大類。其中，主輔點(diǎn)菱形導(dǎo)線法如圖1所示。在三種井下平面導(dǎo)線測(cè)量方法的實(shí)際施工過程中，需要增加輔助性的導(dǎo)線點(diǎn)，借助導(dǎo)線點(diǎn)布設(shè)位置。導(dǎo)線點(diǎn)往往設(shè)定在靠近大型礦井貫通測(cè)量方法的主控制線附近，利用全站儀精確測(cè)量主控制線和輔助線導(dǎo)線之間的距離大小。在大型礦井巷道貫通測(cè)量過程中，利用菱形或四邊形導(dǎo)線法進(jìn)行測(cè)量是將四個(gè)導(dǎo)線點(diǎn)連接成菱形或四邊形，環(huán)形導(dǎo)線法則是利用強(qiáng)制歸心裝置設(shè)定環(huán)形導(dǎo)線法測(cè)量過程中的所有導(dǎo)線點(diǎn)，在確保環(huán)形導(dǎo)線法測(cè)軸線數(shù)據(jù)精確度的基礎(chǔ)上進(jìn)行測(cè)量。

圖1 主輔點(diǎn)菱形導(dǎo)線法

2.2 礦井聯(lián)系測(cè)量

大型礦井巷道聯(lián)系測(cè)量方法是依托于定向法原理，選取某一礦井或某兩個(gè)礦井作為聯(lián)系測(cè)量的定向基礎(chǔ)，確定礦井起始坐標(biāo)、起始高程和起始方位角等參數(shù)信息，進(jìn)而將地面參數(shù)數(shù)據(jù)和大型礦井井下參數(shù)數(shù)據(jù)相互關(guān)聯(lián)，以地面測(cè)量的參數(shù)數(shù)據(jù)為依托，計(jì)算出大型礦井井下基準(zhǔn)點(diǎn)的平面坐標(biāo)、平面高程和平面方位角等原始數(shù)據(jù)。

2.3 地表平面導(dǎo)線測(cè)量

在利用地表平面導(dǎo)線法對(duì)巷道進(jìn)行貫通測(cè)量時(shí)，應(yīng)將貫通測(cè)量觀測(cè)地點(diǎn)選取在大型礦井上方所對(duì)應(yīng)的靠近礦井井點(diǎn)的某一位置。該位置必須具備數(shù)據(jù)觀測(cè)便捷和數(shù)據(jù)分析合理等基本原則，視野良好，地勢(shì)平穩(wěn)，確保觀測(cè)人員能合理確定后續(xù)觀測(cè)數(shù)據(jù)。同時(shí)，利用地表平面導(dǎo)線測(cè)量大型礦井?dāng)?shù)據(jù)信息的各測(cè)點(diǎn)之間的高程信息和位置誤差設(shè)計(jì)必須符合規(guī)范要求，可根據(jù)精度目標(biāo)提前計(jì)算出各測(cè)點(diǎn)高程和位置誤差的允許范圍，在觀測(cè)點(diǎn)位置科學(xué)確定后，應(yīng)在各觀測(cè)點(diǎn)之間設(shè)置導(dǎo)線網(wǎng)，將觀測(cè)點(diǎn)與周圍觀測(cè)點(diǎn)三角連接，最后借助三角網(wǎng)法對(duì)大型礦井巷道的各觀測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行連接測(cè)量。

3 巷道貫通測(cè)量工藝及誤差分析

3.1 貫通測(cè)量工藝流程

大型礦井巷道貫通測(cè)量作為礦井測(cè)量的重要內(nèi)容和關(guān)鍵工序，礦井巷道貫通測(cè)量所涉及的工作范圍較廣，具備較高的專業(yè)技術(shù)要求和人員技能需要，因此，大型礦井巷道貫通測(cè)量過程中應(yīng)制定盡可能明晰的施工計(jì)劃，根據(jù)科學(xué)的施工工藝流程對(duì)各施工工序與施工步驟進(jìn)行合理規(guī)范，避免礦井巷道貫通測(cè)量誤差的不斷積累。通常情況下，礦井巷道貫通測(cè)量工藝流程主要包括準(zhǔn)備工作、幾何要素計(jì)算、貫通位置與時(shí)間確定、延長(zhǎng)與核實(shí)巷道腰線中線四大步驟。就計(jì)算幾何要素問題而言，大型礦井巷道貫通測(cè)量需要坡度、方位角、傾角、中心線位置、指向角大小等諸多幾何要素，而在該類型幾何要素計(jì)算過程中，應(yīng)針對(duì)礦山類別實(shí)際與礦山所處地理?xiàng)l件、地質(zhì)情況等，科學(xué)選擇計(jì)算方法，保證幾何要素計(jì)算結(jié)果的精確度與合理性。

3.2 測(cè)量數(shù)據(jù)誤差分析

大型礦井巷道貫通測(cè)量誤差數(shù)據(jù)的存在，直接影響礦井巷道后續(xù)施工和最終測(cè)量數(shù)據(jù)精確度，因此，提高礦井貫通測(cè)量數(shù)據(jù)精度是礦井地下工程施工的必備要素。通常情況下，利用井下平面導(dǎo)線測(cè)量、礦井聯(lián)系測(cè)量、地表平面導(dǎo)線測(cè)量等方式所測(cè)的井下巷道貫通測(cè)量數(shù)據(jù)誤差往往集中于三大方面。首先是受地表變化因素影響的測(cè)量數(shù)據(jù)與計(jì)劃數(shù)據(jù)之間的偏差。其次是各類型貫通測(cè)量方法在測(cè)量過程中，由于導(dǎo)線長(zhǎng)度選擇不合理，測(cè)量工作人員根據(jù)導(dǎo)線法或其他設(shè)備儀器測(cè)量貫通數(shù)據(jù)時(shí)造成誤差的不斷積累，使最終測(cè)量數(shù)據(jù)與預(yù)期數(shù)據(jù)之間偏離較大。最后，定向測(cè)量方法所選取的定向與投點(diǎn)方向也是造成礦井巷道貫通測(cè)量誤差出現(xiàn)的重要原因。

4 提高巷道貫通測(cè)量精度的控制措施

大型礦井巷道貫通測(cè)量精度影響因素多種多樣，施工人員專業(yè)素養(yǎng)、儀器設(shè)備實(shí)際精度、礦井巷道貫通測(cè)量方案等都是直接關(guān)系巷道貫通測(cè)量精確度的重要原因。因此，可從以下幾方面不斷提高大型礦井巷道貫通測(cè)量數(shù)據(jù)精確度。首先，應(yīng)明確測(cè)量誤差不可消除但可減小的性質(zhì)。在巷道貫通測(cè)量過程中，可結(jié)合礦井實(shí)際情況，以技術(shù)理論和經(jīng)濟(jì)行為分析制定更加合理的礦井巷道貫通測(cè)量方案，不斷提高技術(shù)工作人員對(duì)礦井測(cè)量誤差影響因素的分析，針對(duì)性地優(yōu)化相對(duì)應(yīng)的施工環(huán)節(jié)。其次，可構(gòu)建專用的大型礦井地面控制網(wǎng)。由于礦井開發(fā)范圍的不斷擴(kuò)大造成原有地面控制點(diǎn)在外在地表環(huán)境變化下的變化，使基準(zhǔn)數(shù)據(jù)參考性減弱，因此，可借助構(gòu)建專用地面控制網(wǎng)的方式，保證地下礦井巷道貫通測(cè)量數(shù)據(jù)精度。最后，可借助提升井下導(dǎo)線測(cè)量精度的方式縮小巷道貫通測(cè)量誤差。

5 結(jié)語

巷道貫通測(cè)量數(shù)據(jù)信息的精確直接關(guān)系著大型礦井巷道安全和施工安全，關(guān)系著礦山的合理開發(fā)和安全高效。一般而言，大型礦井巷道貫通測(cè)量誤差影響因素主要表現(xiàn)為地表連接誤差、井下導(dǎo)線測(cè)量誤差和定向誤差等諸多類別。因此，可不斷優(yōu)化大型礦井巷道測(cè)量方案，提升測(cè)量工作人員專業(yè)素養(yǎng)，構(gòu)建專用地面控制網(wǎng)，不斷提高測(cè)量定向質(zhì)量等，以此不斷縮小大型礦井巷道貫通測(cè)量誤差，進(jìn)而為巷道施工安全做鋪墊。