檸條塔超長巷道磁懸浮陀螺導線貫通誤差預(yù)計方法研究

馬　驥，楊志強，石　震

(長安大學 地質(zhì)工程與測繪學院，陜西 西安 710054)

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檸條塔超長巷道磁懸浮陀螺導線貫通誤差預(yù)計方法研究

馬驥，楊志強，石震

(長安大學 地質(zhì)工程與測繪學院，陜西 西安 710054)

[摘要]結(jié)合檸條塔超長巷道貫通測量工程項目進行貫通誤差預(yù)計，提出改進導線觀測方案，將磁懸浮陀螺定向測量應(yīng)用到超長巷道貫通測量方案設(shè)計中，選擇合理方案施測。巷道貫通后進行聯(lián)測，巷道在主要方向上偏差0.072m，次要方向上偏差0.036m，巷道貫通測量方案設(shè)計合理，貫通精度優(yōu)良。該超長巷道貫通測量工程的高精度貫通對今后的此類貫通測量工程有一定的借鑒作用。

[關(guān)鍵詞]巷道貫通；貫通誤差預(yù)計；陀螺定向

在大型煤礦井下測量工作中，常常會通過采用加測陀螺定向邊的方法來修正地下導線的方位誤差，從而提高地下導線控制網(wǎng)的精度和可靠性，以確保巷道順利貫通[1]。在巷道貫通工程施工之前，要預(yù)先對由洞內(nèi)外控制測量誤差引起的貫通誤差進行誤差預(yù)計。

為保證貫通工程的橫向精度,在貫通測量的地下控制導線部分,廣泛使用了陀螺定向技術(shù),陀螺定向可有效減少巷道導線方位誤差的累積,與未加測陀螺邊的巷道導線相比,可使貫通的橫向精度產(chǎn)生增益，從而滿足各種地下工程對精度的要求。在《煤礦測量規(guī)程》中也規(guī)定，在布設(shè)井下基本控制導線時，每隔1.5～2.0km必須加測陀螺定向邊[2]，以提高井下平面控制網(wǎng)的精度，從而滿足礦井生產(chǎn)建設(shè)和長遠發(fā)展的需要。

1貫通測量誤差預(yù)計

1.1地下導線測量誤差對橫向貫通誤差的影響

敷設(shè)地下導線是地下平面控制測量的常規(guī)方法。對于長大隧道，在洞外平面控制測量采用GPS技術(shù)的基礎(chǔ)上，地下導線一般布設(shè)成多邊形閉合導線網(wǎng)或交叉導線網(wǎng)，然后用嚴密平差方法計算導線點坐標。對于直線隧道，地下導線測量誤差對橫向貫通誤差的主要影響因素是測角誤差和量邊誤差，下面針對直線型隧道對由測角誤差和量邊誤差引起的橫向貫通誤差公式進行推導。

1.1.1地下導線測角誤差對橫向貫通誤差的影響

如圖1所示，地下導線測角誤差對橫向貫通誤差的影響值可以按照誤差傳播定律計算：

圖1　測角誤差對橫向貫通誤差的影響

(1)

1.1.2地下導線量邊誤差對橫向貫通誤差的影響

如圖2所示，線段BC為線段AB上的量邊誤差ml，它到貫通面上的投影為dx′。由誤差傳播定律，可得：

(2)

圖2　量邊誤差對橫向貫通誤差的影響

綜合測角和量邊誤差的影響，地下導線測量誤差對橫向貫通誤差的影響值為：

(3)

1.2加測陀螺邊的導線貫通誤差預(yù)計

如圖3所示，若地下導線網(wǎng)中加測了陀螺定向邊α1,α2,…,αN共N條，每條陀螺邊定向中誤差為mα1,mα2,…,mαN，可將導線分成N段附合導線，各段導線的重心為OⅠ,OⅡ,…,ON，由D點至貫通點K的一段為支導線。

圖3　加測N條陀螺方位角的橫向貫通誤差影響

由導線測角誤差引起K點貫通誤差為：

(4)

式中，mβ為導線測角中誤差；η為各導線點至本段導線重心O的連線在y′軸上的投影長度；Ry′為由D至K點支導線各導線點與K點連線在y′軸上的投影長度。由陀螺定向邊的定向誤差引起K點貫通誤差為：

(5)

若mα1=mα2=…mαN=mα，則有：

(6)

2工程實例分析

2.1工程概況

檸條塔井田S1210工作面位于礦區(qū)南翼，礦井采用斜井開拓方式， 南翼風井廣場布有3個D級GPS控制點，為水準引測高程。南翼進風、回風井井底沿南翼2-2煤回風大巷、南翼2-2煤膠帶運輸大巷東西掘進，分別由2個項目部，4個施工隊采用綜采機進行S1210工作面回風巷、輔回風巷、膠運巷、輔運巷掘進，日掘進30m左右。貫通點設(shè)在回風巷與切眼交匯處。

巷道貫通線路總長26.7km，屬于超長巷道貫通。在礦山貫通測量中，需要根據(jù)工程要求確定合理的測量方案，使貫通測量精度達到相應(yīng)要求。因此，需要根據(jù)工程實際情況編制貫通測量方案，進行貫通誤差預(yù)計，以正確指導貫通測量工作的實施，并在巷道貫通后進行精度分析和技術(shù)總結(jié)。

2.2貫通測量方案設(shè)計

2.2.1地面控制網(wǎng)觀測

該礦區(qū)建立了D級GPS控制網(wǎng)，四等水準引測高程。分布在南風井廣場的有NF01，NF02，NF03，NF04四點。平面坐標系屬1954年北京坐標系，高斯投影3°帶第37帶成果，中央子午線為111°，高程系統(tǒng)屬1956年黃海高程系。該GPS控制網(wǎng)由12個地面控制點組成，經(jīng)平差計算后，最弱點點位中誤差±9mm，最弱邊相對中誤差為1∶129360，均滿足規(guī)范要求。說明該控制網(wǎng)精度良好，成果可靠，完全滿足相應(yīng)規(guī)范要求，可以作為礦區(qū)工程建設(shè)的依據(jù)。

本貫通測量工程起算點采用檸條塔地面主輔井及南風井近井點GPS-D級控制網(wǎng)成果NF01，NF02?？刂凭W(wǎng)精度良好，成果可靠，控制網(wǎng)成果NF01，NF02可作為本次工程起算控制點，NF03，NF04可作為檢核點，如圖4所示。

圖4　巷道控制網(wǎng)示意

2.2.2聯(lián)系測量及井下導線觀測

該巷道采用斜井開拓的方式開挖，所以聯(lián)系測量只需要通過斜井敷設(shè)導線，對地面和井下進行連測即可。

對于井下導線觀測，根據(jù)工程特點及精度要求選用儀器設(shè)備，方案設(shè)計依據(jù)《煤礦測量規(guī)程》和檸條塔礦S1210工作面設(shè)計施工平、斷面圖。井下導線限差要求參照7″級閉合導線限差要求[3]。高程測量采用電磁波三角高程測量。

根據(jù)S1210工作面設(shè)計要求，水平重要方向允許偏差不大于0.3m[4]；巷道沿煤層底板掘進，不考慮豎直方向偏差。根據(jù)以上要求設(shè)計貫通測量方案，并進行貫通誤差預(yù)計。

對巷道貫通測量路線，做貫通誤差預(yù)計時，選取距離最長的一條做預(yù)計，路線為地面控制點NF01—南翼進風井點—回風巷—切眼(貫通點K)—膠運巷—南翼進風井點—地面控制點NF01。分別對2種方案的洞內(nèi)導線進行貫通誤差預(yù)計，如圖5所示。其中，方案一為洞內(nèi)導線貫通路線測量采用全站儀導線測量，未加測陀螺邊；方案二為貫通路線測量采用全站儀導線測量，并在導線合適位置加測12條陀螺定向邊。

圖5　2種方案洞內(nèi)導線貫通誤差預(yù)計示意

2.3加測陀螺邊導線貫通誤差預(yù)計

根據(jù)實際儀器情況及井下環(huán)境情況等綜合考慮，選取如下的貫通測量誤差參數(shù)進行貫通測量誤差預(yù)計推算：測角中誤差mβ=7″，測距中誤差ml=±(5+5D)mm，磁懸浮陀螺定向中誤差為5″[5]，導線與陀螺定向邊獨立觀測2次，并取2倍的中誤差作為本次誤差預(yù)計的允許誤差，其允許誤差需要小于300mm。

根據(jù)貫通測量誤差預(yù)計圖與設(shè)計坐標，從圖上量取相關(guān)要素進行水平方向誤差預(yù)計。2種方案的誤差預(yù)計結(jié)果如表1所示。

表1　洞內(nèi)導線貫通誤差預(yù)計

由上表可見，未加測陀螺邊時，貫通誤差預(yù)計允許值遠大于設(shè)計要求300mm，而加測了一定數(shù)量的陀螺邊后，貫通誤差預(yù)計允許誤差有效減小，滿足設(shè)計要求。

3貫通測量成果及精度分析

施測工作從2009年10月份開始，對于正在施工的巷道每掘進300～500m時延伸一次控制導線。于2010年12月所有巷道全部貫通，完成全部井下導線測量，投入到內(nèi)業(yè)資料整理計算平差過程中，于2011年1月10日完成內(nèi)業(yè)工作。

3.1貫通測量成果

本次貫通測量累計完成7″級導線點187個，施測導線長度約26.7km，加測陀螺邊12條。測量及計算嚴格按照有關(guān)規(guī)范和設(shè)計方案進行，導線平面精度統(tǒng)計見表2，三角高程只作為參考，未進行精度統(tǒng)計。

表2　導線測量平面精度統(tǒng)計

3.2貫通測量精度分析

根據(jù)導線閉合差計算得出，本次貫通測量在主要方向上偏差0.072m，次要方向上偏差0.036m，貫通精度優(yōu)良。

4結(jié)論

檸條塔S1210工作面巷道貫通測量屬于超長巷道貫通測量，通過合理的設(shè)計觀測方案進行貫通誤差預(yù)計，在測量過程中要求嚴格，最終巷道成功貫通，貫通精度優(yōu)良，為以后的巷道貫通測量積累了以下寶貴的經(jīng)驗：

(1)制定合理貫通測量方案在大型貫通測量中，制定的測量技術(shù)指標比實際標準高，以克服不利條件的影響，滿足工程要求。進行貫通誤差預(yù)計時，要考慮各種誤差影響，預(yù)計后如果超限，要

對相關(guān)方案進行調(diào)整，重新進行貫通測量誤差預(yù)計，直到滿足要求為止。

(2)投入設(shè)備滿足要求，應(yīng)用陀螺定向技術(shù)投入設(shè)備要經(jīng)過儀器計量檢定中心鑒定，儀器各項參數(shù)滿足作業(yè)要求。同時，使用GAT高精度磁懸浮陀螺全站儀進行陀螺定向測量。在貫通測量中，由于受井下環(huán)境影響，測角精度往往較低，為此可以在導線中加測一定數(shù)量高精度陀螺定向邊的方法來建立井下平面控制，尤其是大型重要貫通的平面控制，可顯著減小測角誤差對于導線測量點位誤差的影響，從而保證巷道正確貫通。

(3)質(zhì)量保證體系作業(yè)過程中嚴格執(zhí)行質(zhì)量體系流程，認真貫徹二級檢查制度，即各個工序在作業(yè)過程中各作業(yè)小組先進行100%認真自查后，交測繪中心檢查員和技術(shù)負責進行檢查，最后由隊組織精查。

[參考文獻]

[1]張國良.礦山測量學[M].徐州:中國礦業(yè)大學出版社，2007.

[2]煤礦測量規(guī)程[S].北京：煤炭工業(yè)出版社，1989.

[3]李青岳，陳永奇.工程測量學[M].北京：測繪出版社，1993.

[4]工程測量規(guī)范[S].北京:中國計劃出版社，1993.

[5]楊志強，楊建華，石震，等.新型磁懸浮陀螺全站儀[P].中國專利：ZL2010 2 0110125.7，2010-10-06.

[責任編輯：王興庫]

Error Prediction Method of Magnetic Suspending Gyroscope Conductor Transfixion of Extra Long Roadway of Ningtiaota Coal Mine

MA Ji，YANG Zhi-qiang,SHI Zhen

(1.Geological Engineering & Surveying College，Chang’an University，Xi’an 710054，China)

Abstract：Modified conductor surveying method was put forward according transfixion error predicting of transfixion survey project of extra long roadway of Ningtiaota coal mine，directional surveying of magnetic suspending gyroscope was applied in transfixion surveying of extra long roadway，then reasonable scheme was selected.Combined determination was done after roadway transfixion，deviation in the main direction and the secondary direction of roadway was 0.072m and 0.036m，respectively.Roadway transfixion scheme was reasonable，transfixion precision was excellent.The highest precision of extra long roadway transfixion could reference for future transfixion surveying project.

Key words：roadway transfixion；transfixion error predicting；gyroscope orientation

[收稿日期]2015-08-19

[基金項目]中央高?；穑捍艖腋⊥勇菝舾械乩砭暥炔町愋匝芯?310826151047)

[作者簡介]馬驥(1989-)，男，壯族，廣西南寧人，博士，主要從事精密工程測量的研究。

[中圖分類號]TD175.5

[文獻標識碼]A

[文章編號]1006-6225(2016)02-0103-03

[DOI]10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2016.02.027

[引用格式]馬驥，楊志強，石震.檸條塔超長巷道磁懸浮陀螺導線貫通誤差預(yù)計方法研究[J].煤礦開采，2016，21(2)：103-105，82.