巷道中線測量技術在煤礦的實踐

馬保稷

（晉能控股煤業集團云崗礦，山西 大同 037000）

在礦井生產中，由于地質構造的不同，在施工過程中會出現較多的彎道和岔道，而使用常用的測量方法標定曲線都會有一定的困難[1-2]。在巷道掘進過程中，每掘進30～40 m 進行一組中線點標定，用來指示巷道掘進方向，因而，在很長的巷道內會出現多個中線點和導線點。在實際測量時，所有的中線點和導線點不可能都位于巷道的設計方位上，這樣就造成巷道平移，巷道的直線度不能得到保障[3-4]。因此，為了較好地解決這一問題，根據實踐測量經驗，對巷道直線段的測量采用中線延伸方法，巷道曲線段的測量采用中線標定方法。

1 工程概況

云崗礦隸屬于同煤集團，礦井的核定生產能力為480 萬t/a，目前主要開采的是3#、5#和8#煤層。8602 工作面位于一采區上部，巷道的總工程量為192.5 m。在巷道中有多處彎道，通常情況下，對彎道的測量是根據巷道的施工進度提交要線申請，在現場測定曲線段的方位以及腰線等參數，由于要線時間過早或過晚，會造成施工不滿足要求或方位出現偏差，致使巷道成型效果差。因此，需要對曲線段的施工測量方法進行研究。

2 中線測量技術

2.1 直線中線延伸

對巷道直線段部分采用中線延伸的測量方法，將所有的中線點和導線點都設計在同一方位上，確保巷道的直線度。在理想狀態下，中線點和導線點是一條直線，但由于測量過程中多少都會存在誤差，不會完全處在一條直線上。因此，在測量前先建立一個標準，根據井下測量經驗，允許中線誤差與設計方位的誤差為±1'[5]。按照每掘進40 m，延長一組中線來計算，掘進迎頭偏移設計方位約7 mm 時，符合巷道掘進驗收標準。

為了確保測量的精度，以三個中線點為一組進行標定，一個組內點與點的距離大于2 m，在每個點下掛1 m 長的垂線，方便進行給向瞄視。巷道每掘進30 m，用經緯儀設定一組中線點，選其中一個點作為導線點，巷道掘進至300～800 m 時，設計基本控制測量導線。

在測量前對檢驗角進行施測，防止導線點移動或錯用導線點[6]，如果檢驗角超出限定，后退一站再進行測量，直到檢驗角施測合格。根據已有的導線點進行中線標定，確保儀器站點和測量導線點的誤差與設計方位的誤差小于±1'。由于后視方向處的方位角誤差也在±1'以內，采用正倒鏡的方法進行中線標定，一般是3～4 個點。標定完一組中線后，讓三點成一條直線，測量回轉角，測量方位角和設計方位的誤差，查看是否滿足標準，如果誤差不在±1'以內，重新進行標定。

2.2 曲線中線標定

由于井下巷道內有較多的彎道和岔道，因巷道各曲線中心都處于同一平面，因而巷道的曲線段都是圓曲線，一般根據車輛行駛的速度和車軸距等參數來計算，通常為10～25 m。對曲線段的標定，在設計時合理地設定曲線的起點、終點以及曲線半徑和轉角等參數[7-9]。由于曲線巷道的中線是彎曲的，不能直接像直線巷道進行中線延伸，只能在一定范圍內近似用直線來代替。因此，在實際測量時，用弦線代表圓弧，用內接線代表圓曲線。

圓可以看作是正無限多邊形，那么圓弧就是正無限多邊形中的一段，巷道曲線段可以看作由正無限多邊形中的一段組成，每條多邊形的邊長即為巷道的弦長。選定合適的弦長，不能太短也不能太長。如果弦長過短，會增加中線轉折點的數量，延長測量的時間，進而影響掘進的速度；如果弦長過長，會使弦線靠近巷幫一側，弦兩端的通視效果變差。因此，對巷道曲線段部分，根據直線巷道的設計長度，標定曲線段的起點，根據轉角和弦長來標定曲線中線方向。

根據曲線要素和巷道寬度，確定劃分方案，盡量減少轉折點的數量，使弦線兩端足夠通視。根據已給的彎道設計起點、終點、轉向角、半徑、曲線長度以及巷道寬度繪制1:100 的圖紙，如圖1。

圖1 曲線測量設計圖

根據選定的弦長，確定曲線上的導線點。由等分數公式得出：

式中：R為半徑；s為巷道寬度；α為圓心角；β為中心角；n為等分個數。

根據等分數公式，取n=4，在曲線段上選三個等分點，四個導線邊。確定導線的邊長和水平角，曲線上起點和終點的水平角相等，為β1= 180° ±；各分點的水平角也相等，為β2= 180° ±；導線弦長為L= 2Rsin。

確定好弦長和轉角后，可以進行實地測量。為了方便施工，在標定弦線時，用垂直法按邊距標定巷道兩幫的位置，繪制弦線中線標定大樣圖，如圖2。完成中線標定后，按照中線延伸方向以及弦線到兩幫的距離，在圖上標注巷道兩幫與弦線的相對位置，根據大樣圖進行現場施工。每間隔1 m 在弦線上作垂線，測量出垂足到巷道兩幫的距離，即為各位置的邊距。

圖2 弦線中線標定大樣圖

根據車場的起算數據，以及設計曲線計算出的弦長和水平角等數據，計算出各導線點的坐標，按閉合導線計算坐標增量閉合差[10]，滿足以下要求：

3 效果分析

云崗礦施工示意圖如圖3。材料巷目前已掘進到8 號點前50 m，巷道凈寬2.6 m，偏左幫0.5 m。運輸巷已掘進到9 號點前30 m，巷道凈寬3.2 m，偏右幫0.7 m，拐彎前后工作面的寬度不變，均為170 m。根據8 號點可以計算出運輸巷上P 點的坐標，方位角與材料巷方位角垂直，P 點偏右幫0.7 m。求出P 點的坐標后，采用定弦定理求出弦長。在現場測量時，通過放樣得到拐點的位置，進而標定出中線，標定的中線偏右幫0.6 m。

圖3 工程示意圖（m）

根據現場測量結果，中線標定誤差與設計方位的誤差小于±1'。可見，對曲線段巷道采用中線標定方法的效果較好，保證了巷道掘進的直線度，巷道成型效果良好。

4 結論

（1）巷道直線段的測量采用中線延伸方法，巷道曲線段的測量采用中線標定方法，要求曲線段中線標定誤差與設計方位的誤差小于±1'。

（2）通過現場實際測量，結果表明：對曲線段巷道采用中線標定方法的效果較好，保證了巷道掘進的直線度，巷道成型效果良好。