井下2種導(dǎo)線測(cè)量方法精度對(duì)比分析

李治龍

(陜西有色榆林煤業(yè)有限公司，陜西 榆林 719000)

0 引言

礦山測(cè)量是煤礦開(kāi)采中重要的一項(xiàng)學(xué)科，礦山測(cè)量的精度直接影響著井下采掘施工效率及安全[1-2]。隨著長(zhǎng)臂連續(xù)采煤技術(shù)不斷推廣使用，長(zhǎng)距離貫通測(cè)量已經(jīng)成為常態(tài)，加之礦井內(nèi)施工條件及地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，給礦山測(cè)量工作帶來(lái)新的挑戰(zhàn)。隨著科技的進(jìn)步，測(cè)量技術(shù)也是日新月異，特別是GPS、RTK測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用，不僅提高了測(cè)量精度，也極大地提高了測(cè)量作業(yè)效率[3-5]。但由于礦山測(cè)量主要工作地點(diǎn)在井下，使得GPS、RTK等先進(jìn)測(cè)量技術(shù)無(wú)法應(yīng)用。當(dāng)遇到特殊環(huán)境，用常規(guī)測(cè)量方法不能實(shí)現(xiàn)施工放線或測(cè)量時(shí)，就必須探索研究新的測(cè)量技術(shù)方法去應(yīng)對(duì)，對(duì)于滿足施工進(jìn)度和設(shè)計(jì)需要具有重大意義，由數(shù)字全站儀衍化而來(lái)的三聯(lián)腳架法和懸掛小棱鏡法被廣泛使用[6-8]。

1 概述

杭來(lái)灣煤礦30201工作面為該盤(pán)區(qū)首采工作面，設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)度6 000 m，切眼實(shí)體寬300 m。根據(jù)設(shè)計(jì)，該工作面設(shè)置1條回風(fēng)順槽，1條輔運(yùn)順槽，1條膠運(yùn)順槽；回風(fēng)順槽采用單進(jìn)綜掘方式掘進(jìn)，膠運(yùn)和輔運(yùn)順槽采用雙進(jìn)連采掘進(jìn)方式掘進(jìn)。貫通后測(cè)量導(dǎo)線全長(zhǎng)約13 000 m，根據(jù)《煤礦測(cè)量規(guī)程》中規(guī)定，該工作面屬于超大型貫通工作面。

陀螺定向儀是一種不依賴于其他測(cè)量成果下，可以自由精確地尋找北方向的一種測(cè)量?jī)x器，常用于軍事航天測(cè)繪工程中，定向精度高，定向成果可靠，相對(duì)傳統(tǒng)導(dǎo)線測(cè)量，陀螺定向誤差傳遞很小，主要誤差來(lái)源是標(biāo)定陀螺儀常數(shù)的起算成果的誤差和人為觀測(cè)誤差，基本不涉及誤差傳遞和累積，作為參考標(biāo)準(zhǔn)值具有很高的可信度和權(quán)威性[9-10]。實(shí)驗(yàn)支導(dǎo)線長(zhǎng)度約6.0 km，采用同一起始邊αF65-F64陀螺方位角為317°58′06″，終止邊αH35-H36陀螺方位角為137°57′30″，對(duì)2種方法精度進(jìn)行對(duì)比評(píng)定。如圖1所示。

圖1 測(cè)量?jī)x器布置示意Fig.1 Layout of measuring instruments

2 方案介紹

2.1 方案設(shè)計(jì)

為避免設(shè)備產(chǎn)生的誤差，2種方案均選用徠卡TC1201+防爆全站儀、配套腳架和HGG-05型自動(dòng)定向陀螺儀。按照《煤礦測(cè)量規(guī)程》要求，所投入的關(guān)鍵測(cè)量設(shè)備均需要在項(xiàng)目開(kāi)始前在指定的質(zhì)量檢定部門(mén)進(jìn)行檢定，且檢定合格后方可投入本項(xiàng)目使用；其他輔助性測(cè)量器具也必須在檢定合格期內(nèi)方可使用。在施測(cè)過(guò)程中，要求在成像清晰、目標(biāo)穩(wěn)定的情況下進(jìn)行。實(shí)測(cè)測(cè)距邊長(zhǎng)必須加入溫度，氣象，傾斜，儀器加、乘常數(shù)，投影改正，獨(dú)立施測(cè)的2次成果誤差在允許范圍之內(nèi)，取其平均值或復(fù)測(cè)支導(dǎo)線平差后為最后控制測(cè)量成果，否則必須重測(cè)，直至誤差在允許范圍以內(nèi)。

內(nèi)業(yè)計(jì)算前，必須有2人以上對(duì)外業(yè)數(shù)據(jù)記錄進(jìn)行檢查，簽字確認(rèn)后方可進(jìn)行計(jì)算。成果計(jì)算必須由2人以上獨(dú)立進(jìn)行手工計(jì)算，計(jì)算完成后對(duì)算2人計(jì)算結(jié)果；無(wú)誤時(shí)，以其作為手工計(jì)算成果。然后將手工計(jì)算成果和計(jì)算機(jī)計(jì)算成果對(duì)比，平面坐標(biāo)和高程誤差在±4 mm內(nèi)時(shí)，以計(jì)算機(jī)計(jì)算成果為準(zhǔn)，提交成果資料。

所有工作完成后，與杭來(lái)灣煤礦專業(yè)技術(shù)人員和公司相關(guān)技術(shù)人員對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行驗(yàn)收，對(duì)存在問(wèn)題進(jìn)行客觀的評(píng)價(jià)，并提出解決方案，限期進(jìn)行改正。

2.2 三聯(lián)腳架法

2.2.1 三聯(lián)腳架法施測(cè)

導(dǎo)線點(diǎn)位于巷道底板堅(jiān)固部位，點(diǎn)間距平均長(zhǎng)度約180 m，測(cè)站和前后視全部架設(shè)腳架和設(shè)備，每站測(cè)完以后腳架和基座不動(dòng)，后視替換測(cè)站，測(cè)站替換前視。以此類推，累計(jì)布設(shè)35條導(dǎo)線邊，往返復(fù)測(cè)支導(dǎo)線，以陀螺定向邊αF65-F64為起始邊，實(shí)測(cè)終止邊方位角αH35-H36為137°57′46″。

步驟1：從中央輔運(yùn)大巷開(kāi)口導(dǎo)線邊上按照5″級(jí)支導(dǎo)線精度要求復(fù)測(cè)回風(fēng)順槽支導(dǎo)線，導(dǎo)線全長(zhǎng)共計(jì)為6 198 m。

步驟2：按照5″級(jí)導(dǎo)線要求，對(duì)所有復(fù)測(cè)導(dǎo)線進(jìn)行整體平差，平差后完成精度評(píng)定工作。

井下導(dǎo)線復(fù)測(cè)根據(jù)貫通測(cè)量設(shè)計(jì)方案和誤差預(yù)計(jì)要求，貫通導(dǎo)線按5″級(jí)導(dǎo)線的要求施測(cè)?；究刂茖?dǎo)線的主要技術(shù)指標(biāo)執(zhí)行規(guī)定見(jiàn)表1，該技術(shù)指標(biāo)參照一級(jí)導(dǎo)線相關(guān)精度設(shè)計(jì)[11-12]。

表1 井下5″級(jí)導(dǎo)線測(cè)量精度指標(biāo)Table 1 Accuracy index of underground 5″traverse survey

2.2.2 主要精度評(píng)估

表2 三聯(lián)腳架法測(cè)量數(shù)據(jù)Table 2 Measuring data of tripod method

2.3 懸掛小棱鏡法

2.3.1 懸掛小棱鏡法施測(cè)

順槽頂板布設(shè)導(dǎo)線點(diǎn)，前后視懸掛小棱鏡，測(cè)站采用點(diǎn)下對(duì)中整平，點(diǎn)間距平均長(zhǎng)度約180 m，單程布設(shè)35條導(dǎo)線邊，往返復(fù)測(cè)支導(dǎo)線，以陀螺定向邊αF65-F64為起始邊，實(shí)測(cè)終止邊方位角αH35-H36為137°57′59″，詳細(xì)過(guò)程如下。

步驟1：從中央輔運(yùn)大巷開(kāi)口導(dǎo)線邊上按照5″級(jí)支導(dǎo)線精度要求復(fù)測(cè)回風(fēng)順槽支導(dǎo)線，導(dǎo)線全長(zhǎng)共計(jì)6 326 m。

步驟2：按照5″級(jí)導(dǎo)線要求，對(duì)所有復(fù)測(cè)導(dǎo)線進(jìn)行整體平差，平差后完成精度評(píng)定工作。

井下導(dǎo)線復(fù)測(cè)根據(jù)貫通測(cè)量設(shè)計(jì)方案和誤差預(yù)計(jì)要求，貫通導(dǎo)線按5″級(jí)導(dǎo)線的要求施測(cè)?；究刂茖?dǎo)線的主要技術(shù)指標(biāo)執(zhí)行表1規(guī)定，該技術(shù)指標(biāo)參照一級(jí)導(dǎo)線相關(guān)精度設(shè)置。

2.3.2 主要精度評(píng)估

表3 懸掛小棱鏡法測(cè)量數(shù)據(jù)Table 3 Measuring data of suspended small prism method

3 結(jié)論

(1)三聯(lián)腳架法實(shí)測(cè)終止邊方位角αH35-H36為137°57′46″更接近參考標(biāo)準(zhǔn)值137°57′30″(差值-16″)，懸掛小棱鏡法實(shí)測(cè)終止邊方位角αH35-H36為137°57′59″和參考標(biāo)準(zhǔn)值137°57′30″出入稍大(差值-29″)。上述2種測(cè)量方法實(shí)驗(yàn)結(jié)果皆滿足《煤礦測(cè)量規(guī)程》和長(zhǎng)臂連采采煤工藝對(duì)貫通限差要求。

(2)三聯(lián)腳架法減少架設(shè)儀器頻次，可以減少對(duì)中整平的誤差傳遞，具有較高的精度和穩(wěn)定性，井下控制系統(tǒng)形成依然是值得信賴的測(cè)量手段。

(3)懸掛小棱鏡法無(wú)需對(duì)中整平，限制條件較少，對(duì)比三聯(lián)腳架法精度稍低，在礦井盤(pán)區(qū)控制系統(tǒng)測(cè)量中應(yīng)謹(jǐn)慎使用。但是它具有靈活方便的特點(diǎn)，可以在地形條件復(fù)雜或者頂板穩(wěn)定區(qū)域廣泛使用，具有較高的推廣價(jià)值。