提高井下導線測量精度的方法探討

郭慶坤 徐泮林

（山東科技大學，山東 青島266500）

1 前言

在礦山測量中，井下導線測量是保證巷道掘進和貫通的重要工作，導線測量精度的提高可以為掘進和貫通提供保證，使礦山生產順利進行。由于全站儀的普遍使用，井下導線的測量精度比之前提高了許多，但仍然有可提高的空間。

2 提高井下導線測量精度的方法

2.1 儀器檢校與控制測量

測量中所使用的全站儀和棱鏡，必須經過質檢單位的嚴格檢校，具有合乎要求的加長數和乘常數，確定儀器精度能滿足礦山測量的要求，所測量的數據具有可靠性和實用性。聯系測量中所使用的長鋼尺，必須要經過比長改正、溫度改正、自重改正的檢驗，確保立井聯系測量導入高程時的高程數據精度。

在當前的礦山測量中，一般是進行GPS靜態測量，來布設覆蓋整個礦區的控制網，這需要網型布設合理，作業時嚴格對中儀器，做好必要的記錄，嚴格按照GPS礦山測量規程進行實地測量。比如利用E級GPS網進行近井點的布設時，每個時段的測量時間不低于45分鐘；在近井點導入高程時，必須進行往返或者閉合測量，嚴格按照水準測量的要求進行實地測量和計算，確保起算數據的準確，為井下導線測量的精度提供保證。

2.2 聯系測量

立井下布設導線，首先需要進行聯系測量和定向。在現有的技術條件下，初定向常用的方法是導兩根鋼絲，用兩根鋼絲的方向標定馬頭門的方向。精確定向時需要同時把坐標和高程傳遞到井下，常用方法是沿立井導下一根鋼絲，井上下同時進行測量。鋼絲沿立井豎直導下，盡量減小鋼絲的擺動，可以在鋼絲的承受范圍之內懸掛重一些的錘球，同時把錘球放在裝有水的桶內，確定錘球不接觸桶壁，待錘球穩定后，井上沿鋼絲下放一個鐵絲環當做信號環，確保鋼絲在立井中沒有碰觸沒有彎曲，看到信號環后井上下同時進行測量，觀測時需多次測量，在多個測回間取平均值。高程的傳遞是延立井導下長鋼尺，懸掛鋼尺標稱的錘球，井上下同時使用水準儀觀測鋼尺，記錄多組數據，互差在限差范圍內即可。定向常用的儀器有陀螺經緯儀和陀螺全站儀，在陀螺定向時可對向觀測后取平均值，以提高陀螺邊的方位精度。

2.3 儀器對中

井下的工作環境和光照條件給測量工作帶來了諸多不便，在井下測量中，如果導線點是底板點，要確保光學對中準確；如果是頂板點，要首先檢查導線點垂下的線繩是否有遮擋致使線繩彎曲，即確定線繩是自然垂下的，懸掛錘球后盡量使錘球穩定，然后再進行儀器對中。在風比較大的巷道中，需要制定擋風措施［1］，可用帆布從巷道的來風方向擋住錘球，使錘球相對穩定后對中。另外，在測量換站行進時，要對導線點進行噴漆標記，確保前后視和儀器站所使用的點位是相同的導線點［2］，避免因使用的點位不同導致導線測量錯誤。

2.4 測量方案方法

井下長距離導線測量，需要進行往返或閉合測量，因為隨著導線距離的延長，測站數增加，測量誤差會不斷積累。進行往返或者閉合測量，可以合理的進行誤差分配，提高導線精度。為了提高測量速度、減少工作強度，可以采用兩架法進行施測，即只有儀器站和前視站架設三腳架，后視照準線繩（懸掛錘球），若人員配備充足，則可以再增加一個三腳架，始終確保有一組人員進行前視的架設［3］，提高測量效率。在實際觀測中，要隨時注意儀器所測量顯示的距離是平距還是斜距，并且要在測量前檢查棱鏡常數是否與所使用的棱鏡相對應，減小因儀器常數不對應而帶來的測量誤差；盡量照準前后視棱鏡中心或線繩，減小照準誤差；使用圓角測量法，即照準前后視進行“后-前-前-后”的測量完畢后，原來的前視變作后視，原來的后視變作前視，再次進行“后-前-前-后”的測量，把第二測回的角度轉換成左角后與第一測回的左角取平均值，以平均值作為最終結果，減小由于儀器本身原因而帶來的測角誤差，提高測角精度。

2.5 三角高程測量

在井下高程的傳遞中，由于井下環境條件限制，尤其是存在上山下山的巷道，水準測量很難進行，但全站儀在井下測量的應用很好的解決了這個問題，使三角高程代替了水準測量。由三角高程的計算公式［4］：

可知井下兩個相鄰的導線點之間，其高差與斜距、豎直角、儀器高及棱鏡高相關。為了保證三角高程傳遞的精度，實際測量時要照準棱鏡，進行光電測距時要對向觀測，使斜距測量精度更高；要正倒鏡對棱鏡進行豎直角測量，并在圓角法測量水平角時，同時對棱鏡進行豎直角測量，多次測量的豎直角取平均值作為最終結果，減小儀器本身帶來的測角誤差，使豎直角測量精度更高；量取儀器高時，若是頂板點，要保證鋼尺豎直到達頂板點底部，量取兩次，提高量取儀器高的精度。使得井下導線測量過程中三角高程的傳遞精度更高。

2.6 加測陀螺邊

井下長距離導線以及前進方向變化較多的巷道，尤其是涉及貫通的深長巷道，都必須加測陀螺邊。隨著導線距離的延長，測量誤差累積增大并且沿導線傳遞，使導線邊方位角發生改變，嚴重降低導線的測量精度，可能會改變掘進方向，甚至會影響巷道貫通。加測陀螺邊后，陀螺邊的方位角作為已知方位角進行平差計算，在數據處理時，陀螺邊方位角能夠對累積并沿導線傳遞的方位角誤差進行改正，以提高導線測量精度。在井下導線控制測量時，加測最弱邊的陀螺方位角可大大提高測量精度，對于加測的最佳陀螺方位邊位置可參照表1［5］.

表1 選擇加測陀螺方位角的最優位置

2.7 記錄

為避免影響井下生產，在井下巷道中要提高測量效率，記錄者在記錄數據時要快而準，數據記錄過程中，對相關的水平角、垂直角、斜距、平距等數據進行記錄［6］。觀測者報出觀測數據后，記錄者要快速大聲的進行回讀，確認無誤后記錄，以免出現讀取數據與記錄數據的偏差。在記錄數據的間隙，記錄者還要檢查正倒鏡互差、測回間互差、2C值、左右角互差等一系列指標是否滿足測量限差要求，確認各項指標都不超限后再遷站。另外，要配備溫度氣壓計，每個測站都記錄該站的溫度氣壓，在數據處理時對測量距離進行溫度氣壓改正，因為溫度氣壓對光電測距的影響很大，在井下陰暗潮濕的環境中尤為明顯，溫度氣壓改正則可以使測距更準確，提高測距的精度。

2.8 數據處理

內業計算過程要細心。計算之前需要把原始記錄本檢查一遍，主要檢查各項指標是否都合格，是否有計算錯誤，并且檢查者和井下記錄者不能是同一人，這樣才更能檢查出錯誤。計算時使用的距離必須是溫度氣壓改正之后的距離。平差時把陀螺邊方位角作為已知方位角，在此基礎上分配方位角閉合差。數據計算需要兩個或以上人員分別進行獨立計算，各自計算完畢后再對比結果，起到相互檢核對算的作用，提高導線計算質量，確保導線精度。

3 工程實例

新疆伊犁某煤礦位于伊犁哈薩克自治州，礦區分為南工業廣場和北工業廣場，南工廣為斜井，北工廣為立井，南北工廣地下貫通距離5.75km。2013年8月對南工廣斜井的南翼大巷進行了導線測量，以南工廣斜井井口的已知邊頂1—地2作為起始邊，導線沿巷道測量至迎頭的“新J7”，導線單程長度為4.6km，進行了往返測量。導線計算采用Excel表格計算。測量精度分析見表2。

表2 伊犁某煤礦南翼大巷導線往返測精度分析表

由上表分析可知，本次測量成果完全符合《煤礦測量規程》的各項限差要求，精度較高，數據經平差處理之后已交礦方并通過礦方驗收。

4 結束語

井下導線測量是具有嚴格精度要求的工作，需要測量人員細心謹慎的作業和數據處理，每個方法和細節的注意都能不同程度的消除或減小一些誤差，提高井下導線測量的精度，筆者根據實際的井下測量經驗總結出了上述一系列可以提高井下導線測量精度的方法和細節，也在實際工作中驗證了上述方法和細節的科學性和可行性，所測量的井下導線都嚴格合乎礦山測量的相關規程，希望能為廣大的礦山測量從業者提供參考價值和借鑒意義。