井上下控制測量方法探析

李飛

摘 要：隨著現(xiàn)代市場經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國工業(yè)化水平不斷提升，對(duì)于媒體能源的需求量也呈逐年增長的趨勢，但是隨著煤礦生產(chǎn)安全事件頻發(fā)，現(xiàn)代社會(huì)對(duì)于煤礦資源在生產(chǎn)、開采過程中的安全管理也越來越關(guān)注。

關(guān)鍵詞：井下導(dǎo)線；控制測量；導(dǎo)線網(wǎng)

煤礦井上、下開采的測量工作對(duì)于煤礦安全管理具有重要影

響，又由于井上、下測量的環(huán)境特殊，在工作時(shí)又容易受到煤炭開采以及施工等方面的影響，其測量結(jié)果的準(zhǔn)確度對(duì)煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益以及開采人員的安全有一定的影響。因此，提高煤礦井上下控制測量工作的準(zhǔn)確性和精度對(duì)煤礦工人的工作安全具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。文章主要針對(duì)提高煤礦井上下控制測量結(jié)果精度的措施及以方法展開分析與討論。

1 礦山測量工作的重要性

礦山測量工作時(shí)煤礦開采過程中的重要環(huán)節(jié)，其測量結(jié)果對(duì)于礦山勘探、井下設(shè)計(jì)、煤礦建筑、煤礦生產(chǎn)以及安全作業(yè)等各方面具有重要的影響[1]。若煤礦企業(yè)沒有進(jìn)行科學(xué)的礦山測量工作，就無法對(duì)井下巷道設(shè)計(jì)以及開采和施工等工作提供切實(shí)可行的依據(jù)，也無法對(duì)煤礦開采過程中可能出現(xiàn)的災(zāi)害或事故進(jìn)行預(yù)防；其能夠在意外事故出現(xiàn)的時(shí)候，對(duì)煤礦工人疏散、救助行為的開展提供便利[2]。礦山測量工作對(duì)于煤礦的安全管理具有重要的影響，氣味井下巷道的貫通提供了可行的方向。井下貫通工作是有測量人員在測得礦山中、腰線的基礎(chǔ)上開展的，其能夠?qū)ΦV山中、腰線進(jìn)行明確，并能夠提高巷道開門位置的準(zhǔn)確性以及巷道貫通的科學(xué)性，有助于提高井下挖掘工作的效率，提高井下作業(yè)的安全性能[3]。

礦山測量結(jié)果在一定程度上能夠反映出井巷工程的空間位置關(guān)系，能夠作為井巷的貫通工作、通風(fēng)系統(tǒng)、排水系統(tǒng)以及瓦斯管道鋪放等工作提供信息資料。礦山測量結(jié)果能夠直觀反映出井上、下各部分的結(jié)構(gòu)以及空間位置[4]。精準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)圖以及層次分明的空間位置、正確的井巷邊界，能夠?yàn)榫孪锏?、采空區(qū)以及礦井之間的貫通提供依據(jù)，并且能夠有效預(yù)防自然災(zāi)害和安全事故的出現(xiàn)，并且能夠?yàn)榈孛嫦虻氐组_采水平的指定地點(diǎn)進(jìn)行打樁、鉆孔等工作，能夠?yàn)殡娎|運(yùn)輸、滅火、抽水、食物運(yùn)輸?shù)裙ぷ魈峁?zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐，并為礦山救助工作提供幫助。

現(xiàn)代社會(huì)對(duì)于煤炭資源的需求量較大，礦井也有傳統(tǒng)的小礦井向大型化、多煤層開采發(fā)展，大型礦山由于占地面積大、煤層分層多、礦道長。并且由于煤炭生產(chǎn)以及通風(fēng)的需求，主副井與通風(fēng)井之間需要間隔一段距離，導(dǎo)致對(duì)礦山測量精度提出了更加嚴(yán)格的要求；此外，由于大型礦山的開采量大、井下巷道多，礦山測量的工作量也非常大，測量工作的主要特征是對(duì)數(shù)據(jù)的高要求和高精度，由于測量結(jié)果對(duì)煤礦安全生產(chǎn)有重要的影響，稍有差錯(cuò)會(huì)導(dǎo)致安全事故的出現(xiàn)[5]。同時(shí)由于現(xiàn)代礦山測量人員的專業(yè)水平以及職業(yè)技能有待提升，職業(yè)素養(yǎng)層次不齊。上述因素都導(dǎo)致了礦山測量工作無法有效開展，甚至影響測量結(jié)果的精度，對(duì)煤礦的安全生產(chǎn)造成較大的影響。因此，需要對(duì)礦山測量工作的方法以及技術(shù)進(jìn)行分析與研究，有助于改善現(xiàn)階段的礦山測量現(xiàn)狀。

2 井上控制測量方法

在傳統(tǒng)的礦山測量工作中，應(yīng)用比較頻繁的是結(jié)合野外實(shí)地調(diào)查以及1：10000煤礦詳查圖，但是由于詳查圖與實(shí)際煤礦具有較大的差異，因此，無法將煤礦的實(shí)際情況很好的反映出來，這就對(duì)礦山測量工作造成了一定的影響，并且由于實(shí)地調(diào)查需要進(jìn)行大量的野外調(diào)查，增加了調(diào)查員的工作量，也使得測量工作速度與效率的低下。而應(yīng)用RS技術(shù)能夠有效解決這一問題，RS技術(shù)具有較高的幾何分辨率，其能夠應(yīng)用多元遙感數(shù)據(jù)和多時(shí)相遙感數(shù)據(jù)的結(jié)合來提升測量結(jié)果的分辨率，其測量精度能夠大大提高測量工作的質(zhì)量。并且RS技術(shù)能夠?qū)ΦV山測量資源信息進(jìn)行收集和提取，有效提高測量工作的速度，并能夠減少調(diào)查員的野外工作量。

礦山測量工作是安全生產(chǎn)的重要前提。礦山開采活動(dòng)需要建立在各種煤礦空間信息以及相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，構(gòu)建數(shù)字煤礦模型，并通過對(duì)數(shù)字煤礦模型的科學(xué)分析，來實(shí)現(xiàn)完善的礦山安全管理?；诂F(xiàn)代Internet/wet技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)礦山測量工作相關(guān)信息的共享和更新。礦山測量工作信息系統(tǒng)中涵蓋了井巷的貫通工作、通風(fēng)系統(tǒng)、排水系統(tǒng)以及瓦斯管道鋪放等方面的信息資料，即可將數(shù)據(jù)施行錄入，也可將數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總與整理，并通過制作成圖形的方式應(yīng)用于煤礦生產(chǎn)各階段的計(jì)劃制作中，還可以制作成統(tǒng)計(jì)學(xué)報(bào)告進(jìn)行輸出，并可用以此作為相應(yīng)的煤礦調(diào)整規(guī)劃信息資料。通過對(duì)礦山測量工作信息的利用，再結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以及政府部門等方面的相關(guān)規(guī)劃相統(tǒng)籌，有助于提升礦山開采的合理性與科學(xué)性。

以近些年礦山測量工作的地形圖以及詳查圖作為可行性研究的基礎(chǔ)。由于礦山項(xiàng)目對(duì)于邊界的劃分比較明確，因此，要求煤礦測量時(shí)對(duì)于邊界控制點(diǎn)的經(jīng)緯度以及平面坐標(biāo)進(jìn)行比較精準(zhǔn)的控制。應(yīng)用GPS技術(shù)能夠?qū)吔缈刂泣c(diǎn)進(jìn)行比較準(zhǔn)確的定位?？尚行匝芯恐袑?duì)于項(xiàng)目的高程、長度以及面積等方面的準(zhǔn)確度的要求不高，因此，可以選擇15米以下平面定位精度的手持式GPS對(duì)項(xiàng)目現(xiàn)場的電力線、通風(fēng)渠道、運(yùn)輸?shù)缆?、煤礦邊界以及煤礦規(guī)模等進(jìn)行測量。并且采集到的數(shù)據(jù)大多可直接應(yīng)用于生產(chǎn)中，若部分煤礦生產(chǎn)對(duì)于數(shù)據(jù)精度的要求較高，可以進(jìn)行一些后續(xù)加工后即可使用。該技術(shù)的應(yīng)用能夠有效提高可行性研究階段的工作效率。

應(yīng)用GPS技術(shù)對(duì)煤礦區(qū)以及周圍的生態(tài)環(huán)境狀況、居住人口、社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件、自然景觀、資源、水文地質(zhì)、地貌以及氣候條件等方面的信息進(jìn)行收集，從而能夠得到比較科學(xué)的礦山資料，能夠提升煤礦生產(chǎn)的可行性。通過GPS采集的數(shù)據(jù)以及全站儀野外采集數(shù)據(jù)，在實(shí)施階段中能夠制成數(shù)字高程模型，然后通過數(shù)字高程模型進(jìn)行計(jì)算機(jī)程序預(yù)算，能夠計(jì)算出礦山施工中的開挖土方量以及設(shè)計(jì)開挖土方量，提高實(shí)施階段的工作效率。

GPS技術(shù)能夠?qū)Φ乩砜臻g信息進(jìn)行及時(shí)的反饋，其具有便捷、高效、準(zhǔn)確度高等優(yōu)勢，因此，GPS技術(shù)在礦山項(xiàng)目運(yùn)行管理中多用于監(jiān)控礦山區(qū)域的地質(zhì)災(zāi)害檢測，例如實(shí)時(shí)監(jiān)控泥石流、山體滑坡等，并且對(duì)于地質(zhì)的塌陷能夠起到一定的監(jiān)測作用，能夠提升運(yùn)用管理的質(zhì)量，減小安全事件的出現(xiàn)。RS技術(shù)能夠?qū)ΦV山區(qū)域的氣候變化、地下水結(jié)構(gòu)以及生態(tài)環(huán)境進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測，能夠進(jìn)行自然災(zāi)害、氣象以及環(huán)境監(jiān)測，從而有效制定科學(xué)的生態(tài)景觀規(guī)劃或農(nóng)業(yè)規(guī)劃，從而有效保障井下巷道的合理開發(fā)。GIS技術(shù)應(yīng)用的范圍比較廣泛，其能夠分配和管理煤礦的使用權(quán)以及所有權(quán)，并對(duì)管理煤礦的空間位置、面積、用地類型以及權(quán)屬的各方面信息進(jìn)行統(tǒng)一管理，并對(duì)管理區(qū)域內(nèi)的煤礦附屬物，包括地下電纜、排水渠道或地上管線進(jìn)行管理。

3 井下控制測量方法

井下控制導(dǎo)線是礦山測量的重要內(nèi)容，其控制技術(shù)以及數(shù)據(jù)精度對(duì)于礦井的安全生產(chǎn)具有重要的影響，特別在礦井貫通工程中起到了重要的作用。文章主要對(duì)支導(dǎo)線、方向附合導(dǎo)線以及附合導(dǎo)線在測量中產(chǎn)生的誤差進(jìn)行分析，并系統(tǒng)研究井下導(dǎo)線加測陀螺定向邊對(duì)導(dǎo)線測量精度的影響，并對(duì)井下導(dǎo)線網(wǎng)中的加測陀螺邊的數(shù)量以及位置等內(nèi)容進(jìn)行探討，為井下導(dǎo)線以及導(dǎo)線網(wǎng)加測陀螺定向邊的確定提供科學(xué)依據(jù)。井下測量工作中的地質(zhì)環(huán)境是其主要影響因素，最先進(jìn)行測量的是支導(dǎo)線，在礦井貫通工程結(jié)束后就能夠進(jìn)行閉合或附合導(dǎo)線的測量，并最終形成導(dǎo)線網(wǎng)。作者以多年的經(jīng)驗(yàn)分析逐級(jí)平差與整網(wǎng)平差的差異，分析逐步平差法的缺陷與不足，可以應(yīng)用整網(wǎng)平差的方式，有助于提高導(dǎo)線測量精度以及結(jié)果的可操作性。

陀螺儀受外部因素的影響小，并且具有進(jìn)動(dòng)性以及定軸性的優(yōu)勢，是一種具有高精度的定位儀器，其能夠在地下工作的定向工作中發(fā)揮較好的效果。陀螺經(jīng)緯儀是一種將陀螺儀與經(jīng)緯儀集合起來的儀器，其不受空間和環(huán)境的影響，且操作簡單、快捷，效率高，并能夠提供較好的定位結(jié)果，在井下作業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。就井下測量而言，其能夠避免幾何定向法對(duì)生產(chǎn)造成的影響，能夠節(jié)省人力、物力以及時(shí)間。

在井下貫通測量中，導(dǎo)線測量是測量控制的重要前提，且其主要測量方式是一邊施工一邊測量，受施工影響并且在貫通工程完成前無法進(jìn)行導(dǎo)線閉合，二是隨著巷道的掘進(jìn)、導(dǎo)線擦好高難度以及測站數(shù)的增加而增加，并且導(dǎo)線的誤差也會(huì)隨之產(chǎn)生變化，因此，降低導(dǎo)線誤差是提高貫通測量的重要方式。陀螺定向不受導(dǎo)線測量的影響，在巷道導(dǎo)線內(nèi)加測陀螺定向邊后，能夠有效減小累積誤差，從而提高了導(dǎo)線貫通的準(zhǔn)確性。

為了保障礦山測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，在井下巷道導(dǎo)線測量的過程中，在1.5-2.0km規(guī)格的井下巷道中會(huì)加測一條陀螺定向邊。在加入陀螺定向邊后即可形成附合導(dǎo)線，并對(duì)附合導(dǎo)線的終點(diǎn)以及導(dǎo)線上任一點(diǎn)進(jìn)行誤差估算，分析其精度是否能夠符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，保障測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。方向附合導(dǎo)線是指單一導(dǎo)線的兩端均由堅(jiān)強(qiáng)方向控制的線條，如圖1所示。其誤差主要是由于平差后水平角平差值以及實(shí)測變長。而通過加測陀螺定向邊的方式，能夠降低測角誤差，能夠提高測量的精準(zhǔn)度。

加測陀螺邊是降低導(dǎo)線誤差的有效手段，大部分礦山井下測量中會(huì)選擇加測陀螺定向邊，但是在大型、多個(gè)附合或閉合導(dǎo)線網(wǎng)中是否需要加測陀螺邊？加測陀螺邊的數(shù)量以及位置？加測陀螺邊的效果如何？這都是需要考慮的問題。

井下支導(dǎo)線測量主要是為巷道貫通提供依據(jù)，巷道貫通的最大誤差不得超過50cm；且重要巷道的最大誤差不得超過30cm；而在對(duì)向貫通中的誤差僅為10-11cm。由于終點(diǎn)誤差計(jì)算方式不能滿足重要巷道的貫通要求，因此，還是需要加入陀螺邊來提高其準(zhǔn)確度。結(jié)點(diǎn)導(dǎo)線比支導(dǎo)線的測量具有更高的難度，并且相關(guān)規(guī)定指出結(jié)點(diǎn)之間、結(jié)點(diǎn)與高級(jí)點(diǎn)之間的導(dǎo)線長度不得超過相同等級(jí)規(guī)定長度的0.7倍，這一要求就要求在超過0.7倍的情況下需要加測陀螺邊。

對(duì)于加測陀螺邊的位置，作者以多年工作的經(jīng)驗(yàn)分析，在導(dǎo)線的中間位置加測陀螺邊能夠有效的提高測量的精度，也是比較科學(xué)的方法。在導(dǎo)線網(wǎng)測量中應(yīng)用加測陀螺邊的方式要想取得最佳的測量效果，就需要進(jìn)行誤差的計(jì)算，并且結(jié)合各種優(yōu)化方式才能夠有效降低測量誤差，但由于導(dǎo)線網(wǎng)的形狀具有多樣性的特征，需要結(jié)合實(shí)際礦井的形狀以及影響因素，對(duì)煤礦模型進(jìn)行研究以及計(jì)算。

《煤礦測量規(guī)程》對(duì)于高程測量中相鄰兩點(diǎn)間往返測高程的限差以及線路閉合差的規(guī)定較少，僅規(guī)定其基本控制導(dǎo)線的閉合差≤±100mm，并且傳統(tǒng)的測量方式是手工鋼尺測量，誤差較大，不適用于現(xiàn)代煤礦測量工作中，因此，需要對(duì)傳統(tǒng)的方式進(jìn)行改革。三角高程測量方式是一種被廣泛應(yīng)用于工程測量的方式，其操作簡單靈活，能夠不受地形的影響，也是高程測量的重要方式。但是由于目前缺乏準(zhǔn)確率較高的測量儀器，采用的是傳統(tǒng)的手工量距的方式進(jìn)行距離的測量，但是由于這種測量方式的精度較低，影響了井下三角高程測量的準(zhǔn)去的。在現(xiàn)代礦山測量工作中，由于全站儀的普及，其測量精度得到有效的提升，并且其具有操作簡單快捷、效率高、結(jié)果精準(zhǔn)等優(yōu)勢，被廣泛的應(yīng)用于井下高程測量工作中。

就井下測繪工作而言，數(shù)據(jù)處理是其重要內(nèi)容，其直接影響到測量結(jié)果的精準(zhǔn)度以及質(zhì)量。井下控制測量是隨著井下巷道的開掘而不斷更新的，所以，井下導(dǎo)線需要隨巷道的逐步開掘而敷設(shè)的，不能僅通過一次性全面布網(wǎng)的方式進(jìn)行控制測量。在此情況下，井下控制測量人員需要以單導(dǎo)線平差法來進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，其結(jié)果被應(yīng)用于礦山作業(yè)中。但是由于井下巷道的不斷開掘，巷道漸漸形成網(wǎng)狀，在大型井下導(dǎo)線控制網(wǎng)中，需要應(yīng)用比較復(fù)雜的方式進(jìn)行計(jì)算，簡單平差法不適用于大型控制網(wǎng)的計(jì)算。井下導(dǎo)線的測繪隨著巷道的開掘形成了單一閉合或復(fù)合路線，在此情況下，可以應(yīng)用簡易平差法進(jìn)行導(dǎo)線計(jì)算。但是由于大型井下巷道的導(dǎo)線路線比較復(fù)雜，已知點(diǎn)的數(shù)量較少，并且不是所有的導(dǎo)線都能夠形成單一閉合或復(fù)合路線，在此情況下，控制測量人員需要將已經(jīng)計(jì)算好的坐標(biāo)值當(dāng)做已知點(diǎn)進(jìn)行處理，再與其它導(dǎo)線相連從而形成單一閉合或復(fù)合路線，就能夠進(jìn)行平差計(jì)算：首先將測量段的方向角閉合差進(jìn)行計(jì)算，再將閉合差按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行平均配賦角度計(jì)算，在進(jìn)行坐標(biāo)增量的計(jì)算，在導(dǎo)線長度測量結(jié)果相對(duì)比較精準(zhǔn)的情況下，按照邊長成比例進(jìn)行配賦坐標(biāo)計(jì)算。這種平差法的計(jì)算過程非常嚴(yán)謹(jǐn)，其精確度較高。此外，對(duì)于大型井下導(dǎo)線網(wǎng)來說，這種平差法能夠降低誤差。

4 結(jié)束語

煤礦地下開采的測量工作由于其工作環(huán)境特殊，容易受到各方面因素的影響，且測量結(jié)果有能夠直接影響煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益以及生產(chǎn)安全，因此，提高測量質(zhì)量不僅能夠起到提高測量結(jié)果的精度，同時(shí)能夠保障煤礦生產(chǎn)的安全性。井上、下測量工作受到各種因素的影響，導(dǎo)致測量結(jié)果產(chǎn)生誤差，也使得測量成果的質(zhì)量和可靠性受到了一定的影響。文章首先介紹了礦山測量工作的重要性，然后分析了井上、下控制測量方法，為現(xiàn)代煤礦企業(yè)的測量工作提供依據(jù)。

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