煤礦測量技術方法及測量作業的提升措施

許永杰

(陜西澄城董東煤業有限責任公司，陜西 澄城 715200)

有序開展煤礦測量是煤礦項目建設的關鍵，需在測量作業中利用先進技術來達成精準測量的目標。要擴大現代測量技術應用范圍，根據煤礦測量需求制定完善的測量技術規劃，在測量設備助力下促進煤礦產業的良性發展。

1 煤礦測量技術方法

1.1 無人機攝影測量技術

1.2 全站儀導線測量技術

全站儀導線測量技術是常見的一種煤礦測量技術方法，準確度高。測量作業主要使用全站儀設備，這種設備與傳統測量設備相比具有測量效率高、測量速度快、自動化水平高、實際測距長、受環境干擾影響較小等優勢(與經緯儀比較結果如表1所示)，同時還能實時顯示測量獲得的數據信息，避免測量記錄出現錯誤，克服了以往人工數據記錄時勞動強度較大等問題。相較于水準儀和一般經緯儀，全站儀可實施礦井下導線測量，不需要人工調整測量各項參數，包括距離參數、角度參數及高度參數等，儀器內部會通過計算構件來準確計算參數，再顯示到外部顯示器中，保證了測量操作參數的科學合理。全站儀設備與其他外部設備有接口連接，只需通過數據線連接打印機、計算機及掃描儀等，有助于野外實測工作及時向其他設備傳輸信息，為數據測量的整理和繪制礦圖提供便利。內部安裝了雙軸自動補償控制系統，有利于調整水平軸或豎軸產生的誤差，提高實際測量精度。井下測量作業環境日益復雜，而全站儀測量會受到風力環境的影響，許多工程測量也對該技術測量作業提出了更高的精度要求，因此需分析誤差來源并予以解決。

圖1 無人機攝影測量技術演示圖Fig.1 Demonstration of UAV photogrammetry technology

表1 全站儀與經緯儀特征對比Tab.1 Comparison of characteristics between total station and theodolite

1.3 三維激光技術

三維激光技術是在全球坐標系統采集數據的基礎上基于不同作業需求且將數據轉換并輸出的一類技術手段，將激光照射到被測對象，再將激光反射回儀器，獲取空間位置三維點云數據。采集系統包括激光掃描儀構件、數碼相機及GPS系統。三維激光技術測量范圍廣，測量消耗費用少，操作簡單，且獲取的是三維空間立體信息，能夠進一步提升測量精度，使測量信息數據的收集更為全面，在對應測區內能夠高速完成作業，精準捕獲數據，提高測量作業效率，有助于控制數據分析，提升圖像質量。三維激光技術可全面勘測礦區地質環境與地質剖面，對地表移動進行全方位測量，對于井筒、井架等設施也能夠準確測量。目前，其在一些露天煤礦測量作業中應用較多，可對邊坡穩定性進行勘測，保證煤礦的安全開采，提高采礦效率和質量。

1.4 貫通測量技術

貫通測量技術可提高采煤精度和工程效率，有效提高煤礦企業的利潤。煤礦貫通測量作業對精度要求較高，需采用多種優化組合測量手段，盡可能降低誤差。根據相關規程要求，貫通測量作業相遇點中線的允許偏差不能超過0.3 m，而相遇點豎直方向的允許偏差不超過0.2 m。實施貫通測量時需做好礦井實際情況的調查，以保證測量方案的科學合理。編制測量設計書，統計貫通測量的誤差。開展施測和計算時，保證每進行一次施測就開展一次計算，若是發現實際測量精度與要求不符，應分析偏差產生的原因并及時處理，必要時可返工重測，重要測量工程也要進行測量精度的綜合評定。此外，對于一些高精度的礦井巷道貫通測量，為保證質量，可采取紅外測距與陀螺定向結合的技術方案，聘請專業人員進行測量，保障每個階段測量數據的準確性。煤礦測量中，為保證工程順利進行，應對操作實效性加以完善，了解具體的技術需求，確保作業環境適宜[1]。

2 煤礦測量作業的提升措施

2.1 優選測量技術與設備

煤礦測量作業中，要求測量員從多項測量技術及測量設備中擇優選取。常用的測量技術較多，而測量設備主要包括慣性測量儀、經緯儀、測畝儀等，都能輔助測量員精準測量煤礦地理位置、地質特征等。對于技術與設備的篩選，一方面要分析可操作性。如果煤礦位于地表沉陷區域，只使用全站儀、經緯儀等地面測量設備，無法滿足工程要求，需以無人機攝像測量技術為主，從航空測量層面獲取有用數據。另一方面應考慮成本因素。雖然許多高新技術可以獲取高精度測量數據，但成本較高，會增加采礦經濟負擔，應選擇高性價比的測量技術與測量設備。

2.2 加強測量誤差分析

應加大對全站儀測點中誤差、儀器誤差、環境誤差、照準偏差、測距誤差的分析與控制，提升全站儀導線測量精度。可采用的技術措施如下：一是降低偏心差。在全站儀基座上加設偏心儀，確保在導線測量實踐中能夠搭配使用。偏心儀能夠直接獲取儀器的偏心距，為合理調整操作提供參考，有效縮短儀器對中時間，達到降低中誤差的效果。可使用三腳架法對原有導線測量方法進行優化，提升測量精度，降低儀器對中整平次數。二是消除儀器誤差。全站儀導線測量中容易發生視準軸或橫軸誤差，主要表現為在進行數值觀測時，發現盤左與盤右顯示的觀測數值相同，但是符號相反。為減小儀器誤差，必須應用已整平的全站儀，避免誤操作，并對盤左和盤右顯示的觀測數值取平均值。三是規范測量誤差。秉承“先低級后高級”的原則布設導線，依托高級導線校準低級導線。為獲取更為理想的測量橫向距離精度，可應用雙交叉網結構的形式布設巷道內的導線網，應用陀螺儀加測變長，避免發生測角誤差傳遞的問題，應用大質量垂球進行井下照準，避免井下氣流影響垂球或棱鏡[2]。

2.3 優化設計鉆進系統

鉆機優選。選擇具有更大轉速范圍與扭矩、方便移動、適應能力水平高的鉆機，滿足復合鉆孔、旋轉鉆孔、定向鉆孔的需求，保證鉆進系統的理想性能。使用比例先導、恒壓變量及負荷傳感，完成對液壓泵結構流量及壓力的有效控制，使生成的流量與壓力參數始終與機構施加的負載相匹配。

鉆桿優選。為實現深孔鉆孔操作，避免鉆孔事故，選取的鉆桿應具備更強的延性與強度，避免鉆桿產生較為嚴重的彎曲變形問題。為保證信號得到有效傳遞，應密封處理電纜組件，提升電纜組件對水與壓力的抵抗力[3]。盡可能縮減電纜組件的尺寸，加大其與鉆桿壁之間的距離，避免沖洗液能量損失偏高的問題。

鉆頭設計。選用定向鉆頭，確保鉆孔偏轉操作的順利完成，保證測井切割成效達到理想水平。應將鉆頭設定為凹形圓錐形無芯鉆頭，在不對軸向切削產生影響的條件下完成偏轉。

3 結束語

煤礦測量中，要想獲得可靠的測量結果，應充分運用無人機攝影測量、全站儀導線測量、三維激光、貫通測量技術，提升測量數據準確度，從測量設備、誤差分析與鉆進系統設計等方面予以優化，為煤礦測量作業提供技術條件，助力煤礦生產。