淺談礦山井下巷道測量

王 佳

（鞍鋼礦業(yè)爆破有限公司，遼寧 鞍山 114000）

在布設(shè)礦區(qū)測量控制網(wǎng)時，應(yīng)在井口附近建立平面控制點和高程控制點，以便將地面的平面坐標系統(tǒng)和高程系統(tǒng)傳遞到井下，這類基準點被稱為近井點和井口高程基點。由近井點通過井筒將地面坐標和方位角傳遞到井下井底車場的固定邊上，以這個邊作為起始邊，沿礦井主要巷道敷設(shè)井下平面控制網(wǎng)。由于在井下巷道中進行測量工作，不宜采用三角網(wǎng)、三邊網(wǎng)或邊角網(wǎng)，只能建立導線或?qū)Ь€網(wǎng)作為井下平面測量控制。因此，礦山井下平面控制測量實際上是導線測量。由此可知，井下巷道測量的主要任務(wù)是導線測量[1]。

1 巷道平面測量

（1）井下控制導線點的設(shè)置。井下導線點分為永久點和臨時點。永久點設(shè)在永久支護后的巷道頂板（如噴射混凝土支護的巷道頂板）或巷道頂板的穩(wěn)定巖石中，臨時點則可以設(shè)在頂板巖石或鋼支架梁上。這些導線點都要編號，并將編號用自噴漆或其他方式標記在導線點附近的巷道幫部。常見的導線點埋設(shè)方法有：①在永久支護的巷道頂板上釘入帶孔的三角形測釘，用樹脂錨固劑或水泥進行加固，并穿入線繩；②在孔中釘入加工好的木樁，再在木樁上釘入帶孔的三角形測釘，并穿入線繩；③在鋼支架梁上插入木背板后再釘入測釘，作為臨時導線點。

（2）井下控制導線的角度和邊長測量。井下導線測量與地面導線測量原理相同，但觀測條件和測量方法卻有很大差別。

傳統(tǒng)導線測量的測角儀器是經(jīng)緯儀，邊長測量方法有鋼尺量距和光電測距兩種。隨著測繪技術(shù)的發(fā)展及測繪儀器的更新?lián)Q代，多數(shù)礦山企業(yè)在井下測量的工作中采用全站型電子速測儀，即全站儀。是一種集合測距、測角和微處理機等部分為一體的，能夠自動測距、測角、自動計算水平距離、高差、坐標增量的現(xiàn)代化測繪儀器。它具有顯示屏和按鍵，可以通過簡單的操作實現(xiàn)記錄、存儲和數(shù)據(jù)傳輸，使測角、量邊操作簡單化，也可避免作業(yè)人員主觀因素造成的讀數(shù)誤差等。一次架設(shè)儀器就可以實現(xiàn)完成該測站的全部測量工作，是集光、電、機、算于一體的智能型測繪儀器。

井下導線測量時，影響因素較多，如皮帶正在運行，軌道上有礦車經(jīng)過等，使得巷道內(nèi)有很大噪音，為不影響礦井正常生產(chǎn)，測量人員必須克服這些外界環(huán)境帶來的干擾。防爆型對講機是必備的工具，導線點之間的距離短則幾十米，長則幾百米，必須使用對講機進行聯(lián)系溝通。而且還要學會用燈語進行聯(lián)系。在測量過程中，瞄準前視后視目標時必須有專門人員用礦燈照垂線的側(cè)面，這樣觀測人才能從儀器鏡中清晰的看見目標垂線。隨著科技發(fā)展，發(fā)光垂球可以幫助解決井下導線測量中的照明問題。礦井建設(shè)階段巷道底板一般都鋪設(shè)軌道或皮帶，底板埋設(shè)導線點容易被破壞,因此多數(shù)情況導線點都設(shè)在巷道頂板，架設(shè)全站儀時采用上對中。

在井下測量水平角度的方法也和地面一樣，有測回法和復測法，一般采用測回法。測回法的步驟為：①盤左瞄準后視點，儀器置零；②順時針方向旋轉(zhuǎn)儀器照準部瞄準前視點并讀數(shù)；③盤右先照準前視點并讀數(shù)；④順時針方向旋轉(zhuǎn)儀器照準部瞄準后視點并讀數(shù)。根據(jù)兩個測回所測得角度值求出平均值作為最終角度值。邊長測量則利用全站儀的測距功能，通過儀器放出激光射到前視點的棱鏡上進行反射，儀器自動計算出斜距和平距，并在屏幕上顯示出來，一般在照準前視點時完成。需要注意的是，井下空間較地面狹窄，前視點位置有時位于掘進工作面迎頭，施工機械比較集中（如綜掘機，皮帶機頭等），因此不能正常架設(shè)腳架安裝棱鏡。為此，前輩研究的吊掛棱鏡法則更為有效的解決這一難題。

2 巷道高程測量

（1）井下高程點的設(shè)置。井下高程點的設(shè)置方法與導線點大致相同，也可以直接用導線點作為高程點。井下高程點除埋設(shè)在巷道頂板和底板外，還可以埋設(shè)在巷道兩幫。高程點一般每隔300m～500m設(shè)置一組，每組至少三個高程點，兩高程點之間距離30m～80m為宜，高程點也要進行編號，并標注在點位附近。

（2）水準測量。井下水準測量方法與地面大致相同，區(qū)別主要在兩個方面：一是井下巷道中沒有自然光，測量時需要用礦燈照明水準尺；二是井下水準點大多設(shè)在頂板上，觀測時需要將水準尺倒立頂在頂板測點位置。井下水準測量一般采用S3，S10型工程水準儀和普通水準標尺。測站檢核用兩次儀器高或雙面尺法。

井下水準測量施測時水準儀架設(shè)于兩尺點之間，前后視距離大致相等，這樣可以消除由于水準管軸與視準軸不平行所產(chǎn)生的誤差。視線長度一般為15m～40m為宜。要求每測站用兩次儀器高觀測，兩次儀器高測得高差互差不大于5mm，取平均值作為觀測結(jié)果。每組水準點間高差應(yīng)采用往返測量的方法測定，往返測量高差的較差不應(yīng)大于±50mm（R為水準點間的路線長度，以km為單位）。如果條件允許，可敷設(shè)水準環(huán)線，閉合差不大于±50mm（L為水準環(huán)線的總長度，以km為單位）。當成果滿足上述要求時，可取往返觀測的平均值作觀測結(jié)果，或按測站數(shù)分配高程閉合差。

（3）三角高程測量。三角高程測量是用全站儀觀測出測站點至前視點的垂直角和距離，儀器自動計算出儀器和覘標兩點間的高差。三角高程測量一般用在傾斜巷道中，也可以用于水平巷道。通常它都是與導線測量同時進行的，我們稱這種導線為高程導線。其高差計算原理為三角函數(shù)，公式為：

h=S·sinδ＋i－ v

式中S——斜距；δ——傾角；i——儀器高；v——覘標高。

用上式計算高差時應(yīng)注意，當測點設(shè)在巷道頂板時，量得的儀器高和覘標高應(yīng)以負值參與計算。儀器高和覘標高應(yīng)用小鋼卷尺在觀測開始前和結(jié)束后各量一次，目的是為了減小垂球線受負荷變形影響，兩次丈量的互差不得大于4mm，取平均值。閉合和附合高程路線的閉合差，可按邊長成正比分配。復測支線終點的高程，應(yīng)取兩次測量的平均值。高差經(jīng)改正后，可根據(jù)起始點的高程推算各導線點的高程。

3 井下控制導線的內(nèi)業(yè)計算

內(nèi)業(yè)計算能夠根據(jù)外業(yè)測得數(shù)據(jù)求出導線各邊的方位角和各測點得平面坐標及高程，并通過電腦制圖軟件展點繪圖。一般按以下順序進行。

（1）檢查整理記錄。在井下測角量邊過程中，都應(yīng)按規(guī)定的要求進行檢核，不符合要求時必須重測，直到滿足規(guī)程要求為止。在內(nèi)業(yè)計算開始之前，要重新檢查記錄，如檢驗角與最終角之差是否符合要求，是否有記錯、算錯等問題，若發(fā)現(xiàn)不符合要求而未算錯時，則應(yīng)重測。野外記錄本經(jīng)檢查無誤后，方可進行下一步計算。

（2）角度閉合差的規(guī)定。井下控制導線的形式如果為單一的附合導線和閉合導線，則可以采用簡易的近似平差方法。如果各單一導線組成了導線網(wǎng)，則應(yīng)進行導線網(wǎng)平差。井下導線坐標方位角閉合差規(guī)定見表1。

表1 井下導線坐標方位角閉合差規(guī)定

4 井下碎步測量

井下碎步測量主要是為礦圖的繪制提供測量數(shù)據(jù)，測量對象主要包括巷道和硐室。井下導線測量時，在完成測角量邊后，還應(yīng)量出前視點到頂、底的豎直距離和巷道兩幫的水平距離，測量結(jié)果用于礦圖繪制和進度報表的填寫。

5 結(jié)束語

隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的迅速發(fā)展，我國地下工程測量技術(shù)水平有了新的提高，特別是近年來隨著高精度的全站儀和全球定位系統(tǒng)（GPS）等精密儀器的出現(xiàn)，各種大型地下建筑物和構(gòu)筑物的工程建設(shè)、隧道建設(shè)、城市地下交通建設(shè)、各種礦山建設(shè)工程在不斷增多，給礦山井下測量提出了新的任務(wù)、新課題和新要求，并從單一的礦山測量擴大到整個地下工程測量，服務(wù)領(lǐng)域也不斷拓寬，從而更好地推動了礦山井下測量事業(yè)的進步和發(fā)展。