王振宇

（大同煤礦集團(tuán)有限公司煤峪口礦測(cè)量科，山西 大同037001）

貫通測(cè)量是坑道施工中和貫通后的測(cè)量，包括平面貫通測(cè)量和高程貫通測(cè)量。是為獲取實(shí)際的貫通誤差值，作為下一步調(diào)整施工中線的依據(jù)。對(duì)確保巷道貫通的精度和掘進(jìn)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(jìn)行貫通測(cè)量的方案在應(yīng)用中雖然精度不足，操作步驟也相對(duì)繁瑣，但由于貫通測(cè)量的距離短，因此能夠基本滿足測(cè)量需求。隨著巷道掘進(jìn)技術(shù)的不斷提升，井下貫通測(cè)量的距離和精度要求不斷提升，現(xiàn)有貫通測(cè)量方案已經(jīng)無(wú)法滿足新形勢(shì)下的測(cè)繪需求，因此本文提出了一種新的貫通測(cè)量方案，通過采用對(duì)測(cè)量過程中的陀螺定向邊測(cè)量方案精度進(jìn)行預(yù)測(cè)和補(bǔ)償，消除了測(cè)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(cè)量精度，同時(shí)通過采用全站儀進(jìn)行貫通測(cè)量，簡(jiǎn)化了測(cè)量流程，有效地提升了貫通測(cè)量的效率，據(jù)在井下實(shí)際應(yīng)用表明該新的貫通測(cè)量方案在長(zhǎng)距離貫通測(cè)繪中能夠?qū)⒕缺ＷC在0.117 m以內(nèi)，且優(yōu)化了測(cè)量流程，使測(cè)量效率提升14%以上，顯著提升了井下貫通測(cè)量精度和效率，具有極大的應(yīng)用推廣價(jià)值。

1 新型貫通測(cè)量方案

某礦井井下主運(yùn)輸巷道需進(jìn)行貫通測(cè)量，其臨近的輔運(yùn)輸巷道已施工完成，主運(yùn)輸巷道的綜采面切眼也已同步完成，預(yù)計(jì)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(dá)1 594 m，在綜采巷道共設(shè)置了29個(gè)導(dǎo)線點(diǎn)，要求巷道貫通時(shí)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(cè)量技術(shù)方案測(cè)量效率低、精度差，無(wú)法滿足長(zhǎng)距離井下巷道貫通測(cè)量的需求，因此本文提出了一種基于全站儀的巷道貫通測(cè)量方案。結(jié)合本次貫通測(cè)量需求，在測(cè)量時(shí)需滿足對(duì)高程測(cè)量需求和對(duì)導(dǎo)線測(cè)量需求，為了便于進(jìn)行測(cè)量觀測(cè)，將導(dǎo)線設(shè)置到巷道的內(nèi)側(cè)，同時(shí)導(dǎo)線的各個(gè)邊長(zhǎng)盡量保持一致，為了提升測(cè)量精度，測(cè)量時(shí)采用兩測(cè)回方案，實(shí)現(xiàn)單程測(cè)回間的誤差不超過±20 mm。

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

為了進(jìn)一步提升測(cè)量效率，在對(duì)導(dǎo)線的短邊進(jìn)行測(cè)量時(shí)，可以不設(shè)置導(dǎo)線測(cè)量點(diǎn)，直接采用三架法進(jìn)行觀察，將短邊的測(cè)量坐標(biāo)點(diǎn)和方位角傳遞到導(dǎo)線的長(zhǎng)邊上，滿足全站儀快速測(cè)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(cè)量誤差分析

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

輔助偏心測(cè)量?jī)x，為了降低全站儀在使用過程中的對(duì)中偏心差，采用在全站儀上增加偏心儀輔助測(cè)量的方案，將偏心儀設(shè)置到全站儀的測(cè)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(gè)刻度，在測(cè)量過程中當(dāng)全站儀出現(xiàn)對(duì)中誤差時(shí)，偏心儀能夠顯示并記錄測(cè)量過程中的偏心角度，然后通過計(jì)算修正誤差即可計(jì)算出修正值，從而消除在測(cè)量過程中的對(duì)中偏心差，提升測(cè)量精度。

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

圖3 一次定位測(cè)量方案原理示意圖

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

3 結(jié)論

針對(duì)現(xiàn)有的貫通測(cè)量方案測(cè)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(cè)量方案，對(duì)測(cè)量過程中的陀螺定向邊測(cè)量方案精度進(jìn)行預(yù)測(cè)和補(bǔ)償，根據(jù)在井下實(shí)際應(yīng)用表明：

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

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

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