井下全站儀導線測量方法的優化及應用

張 磊

（晉能控股煤業集團晉華宮礦，山西 大同 037001）

導線測量是礦山測量工作中重要的一項內容。導線測量主要將若干個導線點連接成折線，依次測量規格邊長、導線點坐標、高程等。傳統煤礦井下導線主要采用全站儀進行井下測量，一般需3～5 人配合施工，但是由于井下施工條件復雜、測量工作受施工環境影響大、測量人員專業技術水平有限等影響，采用傳統全站儀導線測量時存在測量效率低、精度差、勞動作業強度大以及設備損壞嚴重等問題，導致測量結果無法滿足井下采掘施工要求，嚴重制約著井下巷道安全快速掘進。本文以晉華宮礦2103 運輸順槽為研究對象，針對巷道前期掘進過程中傳統導線測量方法中存在的主要問題，對原導線測量方法進行合理優化，提出了“全站儀三腳架導線測量法”，力求進一步提高導線測量精度，降低測量誤差，避免因測量誤差導致礦山安全事故發生。

1 2103運輸順槽概述

晉能控股煤業集團晉華宮礦2103 運輸順槽位于301 采區，南至12-2 號層301 盤區回風巷，西部為8103 回采工作面，東部、北部均為實體。

2103 運輸順槽設計長度為632 m，巷道斷面規格為寬×高=4.5 m×3.5 m，巷道掘進煤層為12-2 號層，煤層賦存穩定，結構簡單，東部為分叉區，西部為合并區。煤層平均厚度為6.52 m，平均傾角為5°。2103 運輸順槽采用綜合機械化掘進工藝，截至目前巷道已掘進240 m。

巷道掘進期間，通過導線點對巷道延伸進行控制，巷道每掘進40 m 布置1 組導線點（共計3 個），在現場由地測科對導線點進行延伸及標定。巷道掘進前期主要采用全站儀依次對導線點進行給定，但采用傳統全站儀導線測量時，使用1 臺全站儀、1 臺三腳架以及1 臺棱鏡等設備進行測量，測量工序復雜、儀器對中整平次數多，導致導線測量精度低、誤差率高。通過現場復測發現，2103 運輸順槽在掘進至220 m 處時巷道出現偏差，向巷道左幫設計位置偏離0.8 m，對此，晉華宮礦地測科決定對原導線測量方法進行優化改進。

2 全站儀導線測量方法優化

為了解決傳統全站儀導線測量時工序復雜、測量誤差率高、勞動強度大等技術難題，決定對2103 運輸順槽采用三腳架法進行導線測量優化。

2.1 測量前準備工作

1）儀器及人員配備：采用三腳架法導線測量時，需配備1 臺全站儀、3 副三腳架、2 個棱鏡和2 個鉛錘覘標；此外，還需配備4 名測量人員，1 人觀測、1 人記錄、2 人對前后棱鏡進行照明。

2）導線點復測：在利用三腳架法進行導線測量前，需對起始點、已知點間進行復測，并將復測結果與前一次測量結果進行對比，若復測數據無誤，方可使用，若存在誤差則必須及時更正；同時應對起始點、已知點位移情況進行檢查，防止因采動影響而導致已知點發生位移現象。

3）儀器檢查：在采用三腳架法導線測量前，應對測量設備進行檢查，檢查內容主要包括設備完好情況、設備內部光學元件精密度等，避免因設備損壞而導致測量精度降低，產生測量誤差。

2.2 三腳架法導線測量方法

全站儀三腳架法導線測量示意圖如下頁圖1 所示，具體測量方法為：

圖1 全站儀三腳架法導線測量示意圖

1）首先將3 副三腳架分別安裝在A、B、C 三個導線點下方，其中A 點為起始點、B 點為已測點、C 點為待測點；三腳架整平對中后，在A 點三腳架上安裝1套全站儀，在B、C 兩點上安裝棱鏡，并進行整平對中。

2）待全站儀、棱鏡安裝完成后，進行角度、邊長測量，測量方法與傳統導線測量方法相同；待第一個測站觀測完成且測量出待測點C 點坐標后，將B 點三角架移動至導線點D 下方，并對中整平，并將B 點棱鏡移動至A 點三腳架上；將A 點全站儀移動至C 點上，此時B、C 點為已知點，D 點為待測點，以同樣的測量方法測量出D 點坐標。

3）采用三角架法進行導線測量時，第一個測點需對3 副三腳架、1 臺全站儀進行整平對中，在后續測量時只需對待測點處三腳架進行對中整平即可，直至整個巷道導線測量完成。

2.3 測量期間注意事項

1）在進行一次導線測量期間，不得變更棱鏡、全站儀型號，以防儀器設備參數出現偏差導致測量誤差，儀器移動后必須保證儀器中心在同一鉛垂線上，從而降低鉛錘誤差。

2）在導線測量時移動全站儀及棱鏡的過程中，嚴禁觸碰三角架以及儀器基座，儀器及棱鏡安裝后必須對水準管進行校準，若發現偏差時必須重新對中整平。

3）在對測量數據進行記錄時，測量人員必須嚴格對每一次測量站點數據進行準確復測，以提高測量數據精度，保證外業測量數據準確無誤。

3 全站儀三腳架導線測量實際應用

3.1 應用優勢

1）適應性強。與傳統導線測量方法相比，三腳架法導線測量對施工環境要求相對較低，傳統方法主要將棱鏡吊掛在導線點下方，受施工環境中風流、粉塵濃度影響較大，而該方法采用將棱鏡安裝在三腳架上，不受環境影響；同時采用該方法時可隨意設置站點，解決了傳統導線點觀測時視線受阻嚴重、能見度低等技術難題。

2）降低了勞動作業強度。采用三腳架法進行導線測量時，每次在第一個測站處對測量設備進行三次整平對中即可，在以后的測量中只需對待測點三腳架及棱鏡對中整平即可，與傳統導線測量相比，大大減少了測量儀器對中整平次數，降低了測量勞動作業強度，簡化了測量工序，縮短了測量時間。

3）提高了導線測量精度。在巷道導線測量中，若整條巷道需要進行N 次導線測量，每次布置m 個導線點，采用傳統導線測量時需對儀器整平對中次數為mN 次；而采用三腳架法進行導線測量時，只需整平對中m+（N-1）次，大大減少了測量過程中儀器對中整平次數，避免了儀器對中誤差傳遞現象，提高了導線測量精度。

3.2 實際應用效果分析

截至2020 年9 月，2103 運輸順已掘進到位，巷道在后期掘進過程中共計布置10 個測站、30 個導線點。通過采用三腳架法進行導線測量后，每次測站測量時間由原來的3.2 h 降低為1.5 h，巷道在后期掘進過程中，巷道導線誤差控制在了150 mm 以下，大大降低了導線測量誤差率，有效保證了2103 運輸順槽與8103 工作面切巷的順利貫通。

4 結語

合理優化全站儀導線測量方法對提高導線測量精度、降低測量誤差具有重要意義。晉華宮礦地質科對2103 運輸順槽掘進過程中導線測量方法進行優化，采取了全站儀三腳架法，通過實際應用效果來看，采用優化后的導線測量方法后，大大提高了導線測量精度，降低了導線測量勞動強度，且該方法適用于復雜條件下的采掘工作面，滿足巷道安全高效掘進需求，取得了顯著應用成效。