井下導(dǎo)線測(cè)量?jī)?yōu)化技術(shù)在煤礦開(kāi)采中的應(yīng)用

許 超

（西山煤電屯蘭礦地測(cè)防治水科， 山西 古交 030200）

井下導(dǎo)線測(cè)量技術(shù)在煤礦開(kāi)采生產(chǎn)過(guò)程中有著廣泛的應(yīng)用，可對(duì)井下地物坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，對(duì)井巷進(jìn)行貫通。但在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中由于井下施工環(huán)境較為惡劣，測(cè)量精度差、測(cè)點(diǎn)布設(shè)數(shù)量多、難度大，造成每次測(cè)量消耗的時(shí)間較長(zhǎng)。傳統(tǒng)導(dǎo)線測(cè)量技術(shù)在誤差上通常又比較大，很難將巷道貫通誤差降低在1 m 以內(nèi)。基于此缺點(diǎn)，某礦在巷道貫通導(dǎo)線測(cè)量時(shí)采用了長(zhǎng)角短邊法優(yōu)化導(dǎo)線測(cè)量技術(shù)，布設(shè)點(diǎn)位少、縮短了測(cè)量時(shí)長(zhǎng)、保障了測(cè)量精度，具有很高的實(shí)用價(jià)值。

1 工程實(shí)際

山西晉能控股集團(tuán)某礦開(kāi)采3 號(hào)、5 號(hào)、8 號(hào)煤層，礦井總面積9.12 km2，平均煤層深度712 m。其3101 工作面已開(kāi)采完畢，在進(jìn)行3102 工作面的開(kāi)切眼與區(qū)段運(yùn)輸平巷貫通過(guò)程中，預(yù)計(jì)貫通點(diǎn)O 與切眼之間的距離為90 m，現(xiàn)在開(kāi)切眼與區(qū)段平巷兩側(cè)同時(shí)進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)，并在該工作面進(jìn)行導(dǎo)線布設(shè)，擬布進(jìn)行3 次導(dǎo)線點(diǎn)布設(shè)，一此測(cè)量3～5 個(gè)導(dǎo)線點(diǎn)，需測(cè)15 次導(dǎo)線點(diǎn)觀測(cè)，兩導(dǎo)線點(diǎn)之間距離平均30 m，共布設(shè)導(dǎo)線觀測(cè)長(zhǎng)度預(yù)計(jì)達(dá)到120 m，貫通路線如圖1 所示。基于此工程實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行導(dǎo)線測(cè)量，因該工程掘進(jìn)工程量大的特點(diǎn)，測(cè)量時(shí)間與誤差直接影響著該礦經(jīng)濟(jì)效益，而此類(lèi)工程測(cè)量誤差值通常希望保持在±0.3 m 以內(nèi)，因此急需應(yīng)用新型測(cè)量技術(shù)進(jìn)行測(cè)量時(shí)間的縮短優(yōu)化。

圖1 開(kāi)切眼實(shí)際貫通情況圖示

2 傳統(tǒng)導(dǎo)線測(cè)量法

3102 工作面在區(qū)段運(yùn)輸平巷與開(kāi)切眼貫通掘進(jìn)過(guò)程中，傳統(tǒng)的導(dǎo)線測(cè)量技術(shù)巷道每掘進(jìn)30 m 需對(duì)導(dǎo)線測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行一次延伸，以保證掘進(jìn)過(guò)程的精確，共需布設(shè)3 個(gè)導(dǎo)線點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。而每布設(shè)3 個(gè)觀測(cè)點(diǎn)需對(duì)前后視點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，并布設(shè)3～5 個(gè)觀測(cè)點(diǎn)位，整體測(cè)量方案的完成需進(jìn)行15 個(gè)導(dǎo)線點(diǎn)位的觀測(cè)，觀測(cè)量極大布設(shè)點(diǎn)位較多。而且布設(shè)一次導(dǎo)線點(diǎn)必須架設(shè)一次全站儀，并依次類(lèi)推直到巷道的成功貫通，按每次布設(shè)1.5 h 的測(cè)量時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行計(jì)算，共需消耗22.5 h才能完成此次巷道貫通的測(cè)量任務(wù)，且勞動(dòng)量巨大，在井下進(jìn)行120 m 長(zhǎng)度的傳統(tǒng)邊長(zhǎng)測(cè)量，基于井下惡劣的工作環(huán)境測(cè)量精度也很難得到保證。傳統(tǒng)導(dǎo)線測(cè)量技術(shù)在巷道貫通過(guò)程中的誤差很難降低到1 m 以內(nèi)，無(wú)法滿足該工程的需要，因此需對(duì)導(dǎo)線測(cè)量方案進(jìn)行優(yōu)化處理。

3 長(zhǎng)角短邊法應(yīng)用

基于傳統(tǒng)導(dǎo)線測(cè)量技術(shù)存在的時(shí)間損耗長(zhǎng)與操作上的復(fù)雜性，以及較大的測(cè)量誤差，該礦擬選用長(zhǎng)角短邊法對(duì)3102 工作面區(qū)段平巷與開(kāi)切眼之間進(jìn)行貫通方案測(cè)算。該方法是利用已知點(diǎn)位，對(duì)后續(xù)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，并測(cè)算出后續(xù)各點(diǎn)的坐標(biāo)值[1]。測(cè)算時(shí)間較短，且精度可靠，現(xiàn)基于該測(cè)量方法一次測(cè)得點(diǎn)位多，測(cè)量方法簡(jiǎn)單的特點(diǎn)進(jìn)行分析。

3.1 長(zhǎng)角短邊法方案流程

該3102 工作面在進(jìn)行區(qū)段平巷掘進(jìn)過(guò)程中采用的低級(jí)7”導(dǎo)線布設(shè)方式，O、A、B 三點(diǎn)在區(qū)段平巷點(diǎn)位測(cè)量過(guò)程中測(cè)試精確，可作為后續(xù)測(cè)量的基點(diǎn)，B1、B2、B3、…、Bn為聯(lián)絡(luò)巷進(jìn)行貫通前的待測(cè)點(diǎn)位，測(cè)量過(guò)程中，兩點(diǎn)之間邊長(zhǎng)可用卷尺進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，但由于掘進(jìn)過(guò)程中巷道環(huán)境較為惡劣，對(duì)邊長(zhǎng)的測(cè)算精度無(wú)法保證，將各測(cè)點(diǎn)測(cè)量后的累計(jì)誤差值將超出承受范圍，甚至影響到聯(lián)絡(luò)巷的正常貫通。

1）應(yīng)用長(zhǎng)角短邊法在進(jìn)行導(dǎo)線測(cè)算前需對(duì)各以知基點(diǎn)進(jìn)行角度檢驗(yàn)測(cè)試，可通過(guò)架設(shè)全站儀進(jìn)行左盤(pán)右盤(pán)測(cè)試O、A 兩點(diǎn)之間的位移情況，確保基點(diǎn)位置準(zhǔn)確無(wú)誤。并將基點(diǎn)作為后續(xù)測(cè)量過(guò)程中的坐標(biāo)已知點(diǎn)位進(jìn)行坐標(biāo)計(jì)算。

2）當(dāng)O、A 兩點(diǎn)坐標(biāo)無(wú)誤后將全站儀移動(dòng)至B點(diǎn)，調(diào) 整無(wú)誤后開(kāi)始觀測(cè)B1、B2、B3三點(diǎn)并對(duì)∠ABB1、∠ABB2、∠ABB3三者的角度進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量后的結(jié)果代入公式即可得到兩待測(cè)角的角度。

3）對(duì)上述步驟測(cè)試完畢后，用鋼尺進(jìn)行邊長(zhǎng)量測(cè)，分別將BB1、BB2、BB3三邊的邊長(zhǎng)值進(jìn)行記錄，并測(cè)量全站儀儀器的高度及視高值，代入公式即可得到所測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)，完成一次量測(cè)任務(wù)。

4）對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)算，通過(guò)在B3點(diǎn)架設(shè)儀器對(duì)B 點(diǎn)角度觀測(cè)，若與之前測(cè)算差別不大，則所得數(shù)據(jù)可進(jìn)行后續(xù)計(jì)算，其余測(cè)點(diǎn)驗(yàn)算方式于此相同。所有點(diǎn)位驗(yàn)算結(jié)果無(wú)誤后3）中所得坐標(biāo)即是待測(cè)點(diǎn)的最終坐標(biāo)，可用于工程巷道貫通。若測(cè)算有誤差且在可承受范圍之外，則應(yīng)對(duì)誤差原因進(jìn)行分析并重新布設(shè)點(diǎn)位進(jìn)行二次測(cè)量，保證所得結(jié)果真實(shí)可靠，以防對(duì)工程實(shí)際巷道貫通造成損失[2]。

3.2 長(zhǎng)角短邊法測(cè)算

現(xiàn)根據(jù)3102 工作面布設(shè)的第一批測(cè)點(diǎn)A、B、B1、B2、B3，對(duì)各個(gè)測(cè)點(diǎn)值進(jìn)行計(jì)算，布設(shè)測(cè)點(diǎn)的平面示意圖如圖2。先將全站儀架設(shè)在B 點(diǎn)對(duì)∠ABB1（α1）、∠ABB2（α2）、∠ABB3（α3）的角度測(cè)量。并實(shí)地量測(cè)B到B1、B1到B2、B2到B3的距離，分別記為S1、S2、S3。根據(jù)這些測(cè)算數(shù)據(jù)即可對(duì)圖中的未知量進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式：

圖2 導(dǎo)線測(cè)量平面示意圖（備注：A、B 點(diǎn)的坐標(biāo)以知，B1、B2、B3 三點(diǎn)坐標(biāo)待測(cè)）

式中：β 為BB1與BB2的夾角，（°）；α 為方位角，（°）。

根據(jù)該算法進(jìn)行后續(xù)待測(cè)點(diǎn)的測(cè)算，即可得出各測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)值。在驗(yàn)算結(jié)束后，若準(zhǔn)確無(wú)誤則可將測(cè)量結(jié)果應(yīng)用于巷道貫通的點(diǎn)位坐標(biāo)定位當(dāng)中。

4 測(cè)量結(jié)果

將該長(zhǎng)角短邊法導(dǎo)線測(cè)量?jī)?yōu)化技術(shù)與傳統(tǒng)導(dǎo)線測(cè)量方法進(jìn)行對(duì)比可知，長(zhǎng)角短邊法導(dǎo)線測(cè)量最直觀的優(yōu)勢(shì)在于對(duì)測(cè)量時(shí)間的縮短，以3102 工作面區(qū)段平巷與開(kāi)切眼貫通為例，原本在巷道內(nèi)布設(shè)的15 個(gè)導(dǎo)線測(cè)點(diǎn)，采用該方案進(jìn)行點(diǎn)位觀測(cè)時(shí)，每個(gè)測(cè)站只需布設(shè)5 個(gè)測(cè)點(diǎn)即可完成坐標(biāo)測(cè)算，因此整個(gè)巷道的點(diǎn)位只需布設(shè)6 個(gè)測(cè)點(diǎn)（原測(cè)點(diǎn)O 已知)，共減少了10個(gè)測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)量，極大的縮短了導(dǎo)線測(cè)量時(shí)間，降低了測(cè)量人員的工作強(qiáng)度。且嚴(yán)格的公式計(jì)算及操作方法，整個(gè)量測(cè)只需在5 個(gè)固定點(diǎn)位進(jìn)行，因此其測(cè)算精度也可以保證，具有極高的適用性[3]。

該礦開(kāi)切眼與區(qū)段運(yùn)輸平巷貫通過(guò)程中，布設(shè)5個(gè)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)量耗時(shí)1.5 h，共用時(shí)7.5 h，整體測(cè)量縮短時(shí)長(zhǎng)15 h，同時(shí)開(kāi)切眼與區(qū)段平巷貫通順利，測(cè)量精度達(dá)到98%以上，實(shí)際應(yīng)用效果較好。

5 結(jié)語(yǔ)

該礦3102 工作面在開(kāi)切眼與區(qū)段運(yùn)輸平巷貫通過(guò)程中根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，應(yīng)用了長(zhǎng)角短邊法這一優(yōu)化導(dǎo)線測(cè)量技術(shù)，使得原本布設(shè)15 個(gè)測(cè)點(diǎn)才能測(cè)量貫通的巷道縮減到5 個(gè)測(cè)點(diǎn)即可完成，縮短時(shí)長(zhǎng)15 h，且巷道貫通順利，取得了良好的應(yīng)用效果。長(zhǎng)角短邊法導(dǎo)線測(cè)量技術(shù)具有測(cè)量時(shí)間短、測(cè)點(diǎn)布設(shè)少、測(cè)量精度可靠的優(yōu)點(diǎn)，且在該煤礦3102 回采工作面的成功使用，為此后煤礦井下導(dǎo)線測(cè)量技術(shù)增添了新的應(yīng)用方案，提高了井下測(cè)量技術(shù)的發(fā)展水平，對(duì)煤礦企業(yè)的高效生產(chǎn)有著重大意義。