傾斜巷道腰線標(biāo)定方法優(yōu)化應(yīng)用

王 亮

（山西焦煤山煤國(guó)際韓家洼有限公司， 山西 大同 037100）

巷道腰線標(biāo)定是礦山測(cè)量工作中重要一項(xiàng)內(nèi)容，對(duì)于傾斜巷道主要通過(guò)腰線控制巷道掘進(jìn)方向，所以腰線標(biāo)定精準(zhǔn)度以及標(biāo)定效率對(duì)巷道安全快速掘進(jìn)具有重要意義；傳統(tǒng)煤礦巷道腰線標(biāo)定方法主要有水準(zhǔn)儀和半圓儀法，但是在實(shí)際煤礦采掘施工過(guò)程中，受施工環(huán)境、測(cè)量設(shè)備以及測(cè)量方法等影響，巷道腰線標(biāo)定時(shí)勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度大、效率低、精度低等，無(wú)法滿足傾斜巷道安全快速掘進(jìn)需求，本文以韓家洼煤礦22403 運(yùn)輸順槽為研究對(duì)象，對(duì)巷道上山掘進(jìn)段腰線標(biāo)定方法進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，提出了全站儀免棱鏡法進(jìn)行巷道腰線標(biāo)定。

1 22403 運(yùn)輸順槽概述

山西焦煤山煤國(guó)際韓家洼有限公司22403 運(yùn)輸順槽設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為790 m，巷道掘進(jìn)煤層為22 號(hào)煤層，煤層平均厚度為12.98 m，平均傾角為5°，22 號(hào)煤層以老頂為主，直接頂及偽頂不發(fā)育，老頂為灰白色中粒砂巖，中粗粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，泥質(zhì)膠結(jié)，其成分以長(zhǎng)石、石英為主，含煤屑，局部含少量礫石，粒徑大小為2～5 mm，成分以燧石為主，呈次棱角狀，巖芯局部破碎。底板為砂質(zhì)泥巖，灰黑色泥質(zhì)結(jié)構(gòu)塊狀構(gòu)造,夾細(xì)砂巖條帶，下部砂粒逐漸增多，巖芯局部破碎。

22403 運(yùn)輸順槽采用綜合機(jī)械掘進(jìn)工藝，截止目前巷道已掘進(jìn)240 m，掘進(jìn)過(guò)程中由地測(cè)科現(xiàn)場(chǎng)給定腰線，由于地測(cè)科在進(jìn)行腰線標(biāo)定時(shí)，測(cè)量方法不合理、測(cè)量技術(shù)水平有限等，導(dǎo)致巷道腰線標(biāo)定精度低、誤差率高，實(shí)測(cè)巷道掘進(jìn)至240 m 處高程與設(shè)計(jì)高程誤差達(dá)0.5 m，嚴(yán)重威脅著巷道安全高效掘進(jìn)。

2 傳統(tǒng)腰線標(biāo)定方法及問(wèn)題分析

2.1 水準(zhǔn)儀標(biāo)定法

1）測(cè)量方法。將水準(zhǔn)儀安裝在傾斜巷道中部然后對(duì)中整平，然后通過(guò)旋轉(zhuǎn)照準(zhǔn)部在巷道幫上分別標(biāo)定若干個(gè)腰線點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)間距為3.0 m，將若干個(gè)腰線點(diǎn)連接成一條直線，然后根據(jù)巷道設(shè)計(jì)角度，即可得出巷道腰線。

2）主要缺點(diǎn)。采用水準(zhǔn)儀進(jìn)行腰線標(biāo)定時(shí)適合用于傾角較小的巷道中，當(dāng)巷道傾角較大時(shí)，水準(zhǔn)儀標(biāo)定的幫部點(diǎn)一般位于巷道底板處，增加了巷道腰線標(biāo)定難度，而且采用水準(zhǔn)儀進(jìn)行腰線標(biāo)定時(shí)工序復(fù)雜、難度大。

2.2 經(jīng)緯儀法

1）測(cè)量方法。首先將經(jīng)緯儀安裝在第一組腰線（已知腰線點(diǎn)）與第二組腰線（待測(cè)腰線點(diǎn)）中部，并對(duì)儀器進(jìn)行整平對(duì)中，旋轉(zhuǎn)經(jīng)緯儀照準(zhǔn)部照準(zhǔn)第一組腰線的第一個(gè)腰線點(diǎn)，然后旋轉(zhuǎn)照準(zhǔn)部照準(zhǔn)第二組第一個(gè)腰線，并標(biāo)定，依次類(lèi)推將第二組腰線中第二個(gè)、第三個(gè)腰線點(diǎn)依次標(biāo)定，即實(shí)現(xiàn)腰線標(biāo)定。

2）缺點(diǎn)。經(jīng)緯儀法是煤礦井下常見(jiàn)的腰線標(biāo)定方法，雖然腰線標(biāo)定精度高，但是對(duì)于炮掘巷道或不穩(wěn)定圍巖掘進(jìn)時(shí)，由于人工放樣精度低，對(duì)于短距離巷道對(duì)腰線影響不大，但是當(dāng)巷道掘進(jìn)長(zhǎng)度大于500 m時(shí)，腰線標(biāo)定誤差高，不利于巷道安全快速掘進(jìn)。

2.3 半圓儀法

1）測(cè)量方法。采用半圓儀進(jìn)行腰線標(biāo)定時(shí)需多事配合施工，首先在巷道幫部拉一根線繩，并將線繩一端固定在半圓儀上，然后調(diào)整半圓儀至巷道設(shè)計(jì)掘進(jìn)角度，然后調(diào)整線繩使之與半圓儀平行，固定線繩一端即可獲得第一個(gè)腰線點(diǎn)，第二、第三個(gè)腰線點(diǎn)標(biāo)注方法相同。

2）缺點(diǎn)。采用半圓儀進(jìn)行巷道腰線標(biāo)定時(shí)，需多人配合施工勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度，對(duì)于傾角較小的巷道掘進(jìn)腰線標(biāo)定精度低，而且該方法受作業(yè)環(huán)境以及施工工藝影響較大。

3 全站儀免棱鏡法應(yīng)用

為了解決傳統(tǒng)腰線標(biāo)定時(shí)存在的問(wèn)題，韓家洼煤礦地測(cè)科通過(guò)技術(shù)研究決定對(duì)22403 運(yùn)輸順槽原腰線標(biāo)定方法進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，采用全站儀免棱鏡法進(jìn)行腰線標(biāo)定。

3.1 測(cè)量原理

采用全站儀首先對(duì)已知腰線點(diǎn)平距、傾角等參數(shù)井準(zhǔn)確測(cè)量，然后利用高程測(cè)量原理對(duì)未知腰線點(diǎn)進(jìn)行放樣，從而獲得未知腰線點(diǎn)，采用該方法進(jìn)行腰線標(biāo)定時(shí)測(cè)量準(zhǔn)確度高、勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度低，可用于復(fù)雜條件下掘進(jìn)巷道中。

3.2 施工方法

1）假設(shè)22403 運(yùn)輸順槽設(shè)計(jì)掘進(jìn)傾角為a，前一組巷道腰線點(diǎn)為1 號(hào)、2 號(hào)、3 號(hào)，需標(biāo)定腰線點(diǎn)為4號(hào)、5 號(hào)、6 號(hào)，兩組腰線點(diǎn)間距為40 m；首先在在1號(hào)點(diǎn)與4 號(hào)點(diǎn)中間位置假設(shè)全站儀并整平對(duì)中。

2）儀器對(duì)中準(zhǔn)平后將望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)1 號(hào)腰線點(diǎn)，并記錄儀器與1 號(hào)點(diǎn)之間夾角A，然后旋轉(zhuǎn)照準(zhǔn)部，旋轉(zhuǎn)角度為β，旋轉(zhuǎn)后在照準(zhǔn)距離20 m 處標(biāo)定A點(diǎn)，確定CA點(diǎn)距離為L(zhǎng)1=20 m，如圖1 所示。

圖1 全站儀免棱鏡法腰線標(biāo)定示意圖

3）4 號(hào)腰線標(biāo)定后需確定4 號(hào)點(diǎn)為主，設(shè)定A點(diǎn)到4 號(hào)點(diǎn)之間距離為L(zhǎng)2，待所以參數(shù)測(cè)定完成后，通過(guò)計(jì)算可確定4 號(hào)點(diǎn)的位置，具體計(jì)算方法如下：L2=L2tanα（L1為儀器至A點(diǎn)水平距離；α 為巷道傾角）；按同樣方法依次確定5 號(hào)、6 號(hào)腰線點(diǎn)。

3.3 測(cè)量方法優(yōu)缺點(diǎn)

1）測(cè)量勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度小。采用全站儀免棱鏡法進(jìn)行腰線標(biāo)定時(shí)，整個(gè)測(cè)量過(guò)程只需2 名測(cè)量人員即可，一名觀測(cè)數(shù)據(jù)一名記錄數(shù)據(jù)并進(jìn)行點(diǎn)位標(biāo)定，與傳統(tǒng)經(jīng)緯儀、半圓儀等方法相比，大大降低了測(cè)量勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度。

2）實(shí)用性強(qiáng)。全站儀免棱鏡法可用于不同傾角的巷道中，對(duì)巷道施工環(huán)境及地質(zhì)條件要求小，而且該方法還可用于橋梁、公路、隧道等領(lǐng)域中，實(shí)用性強(qiáng)。

3）測(cè)量精度高。在全站儀免棱鏡法進(jìn)行腰線標(biāo)定時(shí)通過(guò)儀器準(zhǔn)確測(cè)量處平距、傾角以及轉(zhuǎn)角即可，然后通過(guò)計(jì)算即可確定待測(cè)腰線點(diǎn)，測(cè)量方法簡(jiǎn)單、計(jì)算量小，腰線標(biāo)定精度高。

4）雖然采用全站儀免棱鏡法可有效提高腰線標(biāo)定精度，但是在實(shí)際操作過(guò)程中還存下一些問(wèn)題，朱啊喲表現(xiàn)在：當(dāng)巷道傾角較大時(shí)，全站儀在巷道中安裝整平難度大；對(duì)于巷道幫部腰線點(diǎn)延伸時(shí)，由于該方法武學(xué)安裝棱鏡，導(dǎo)致幫部腰線點(diǎn)照準(zhǔn)難度大，精度相對(duì)較低。

3.4 實(shí)際應(yīng)用效果

22403 運(yùn)輸順槽掘進(jìn)至240 m 處時(shí)對(duì)巷道原腰線點(diǎn)標(biāo)定方法進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，采用全站儀免棱鏡法，截止2021 年5 月23 日巷道已掘進(jìn)到位，巷道在后期掘進(jìn)過(guò)程中共計(jì)進(jìn)行13 次腰線點(diǎn)標(biāo)定，共計(jì)49個(gè)腰線點(diǎn)，通過(guò)實(shí)際應(yīng)用效果來(lái)看，與傳統(tǒng)腰線標(biāo)定方法相比，全站儀免棱鏡法每次腰線標(biāo)定時(shí)間為1.2 h，縮短了0.7 h；巷道掘進(jìn)到位后通過(guò)實(shí)測(cè)，巷道高程誤差率控制0.2%以下，滿足傾向巷道掘進(jìn)要求。

4 結(jié)語(yǔ)

山西焦煤山煤國(guó)際韓家洼有限公司地測(cè)科對(duì)22403 運(yùn)輸順槽前期掘進(jìn)過(guò)程中腰線標(biāo)定時(shí)，標(biāo)定效率差、難度大、誤差率高等技術(shù)難題，通過(guò)技術(shù)研究，提出了全站儀免棱鏡法，通過(guò)實(shí)際應(yīng)用效果來(lái)看，該方法彌補(bǔ)了傳統(tǒng)測(cè)量方法的不足，有效提高了傾斜巷道腰線測(cè)量精度，保障了巷道安全掘進(jìn)，具有很好的推廣意義。