基準(zhǔn)線法在煤礦巷道測(cè)量實(shí)踐及精度分析

劉向花

（同煤集團(tuán)云崗礦，山西 大同 037017）

1 項(xiàng)目實(shí)施原因

煤礦在進(jìn)行開(kāi)采生產(chǎn)之前，必須要進(jìn)行相應(yīng)的地質(zhì)測(cè)量作業(yè)，完善井下和井上的控制測(cè)量、腰線標(biāo)定、放線測(cè)量等基礎(chǔ)測(cè)量工作。但是在實(shí)際的測(cè)量作業(yè)過(guò)程當(dāng)中，因煤礦井下測(cè)量環(huán)境的惡劣，受限于測(cè)量設(shè)備、作業(yè)技術(shù)人員等因素，導(dǎo)致測(cè)量作業(yè)所獲得的測(cè)量成果精度不高。當(dāng)應(yīng)用精度不高的測(cè)量成果進(jìn)行煤礦的開(kāi)采設(shè)計(jì)時(shí)，就會(huì)存在相應(yīng)的安全隱患，發(fā)生相應(yīng)的測(cè)量安全事故，導(dǎo)致人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。

當(dāng)在井下生產(chǎn)過(guò)程中需要沿煤層進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)時(shí)，必須要在掘進(jìn)方向上進(jìn)行頻繁的放線作業(yè)，但實(shí)際情況是有的煤層不是平整的，煤層表現(xiàn)為起伏不定的延伸狀態(tài)，因此就需要確保井下巷道在一條線上進(jìn)行施工作業(yè)。在云岡礦以往的井下巷道測(cè)量過(guò)程中，都是采用的方位法給線方案，在測(cè)量過(guò)程中發(fā)現(xiàn)存在著巷道階梯狀平行位移的問(wèn)題，結(jié)果導(dǎo)致順槽會(huì)向工作面方面進(jìn)行整體的平移，每100m順槽誤差偏移距近3m，后果較為嚴(yán)重。

針對(duì)這一情況，云岡礦地質(zhì)測(cè)量科以980強(qiáng)力皮帶大巷為研究對(duì)象，采用基準(zhǔn)線法進(jìn)行測(cè)量作業(yè)的實(shí)踐研究。實(shí)踐應(yīng)用效果表明，該980強(qiáng)力皮帶大巷采用基準(zhǔn)線法進(jìn)行測(cè)量作業(yè)，測(cè)量作業(yè)精度較高，符合設(shè)計(jì)要求，對(duì)于980強(qiáng)力皮帶大巷的建設(shè)起到了有效的保障作用。

2 工程概況

云岡礦二采區(qū)煤炭運(yùn)輸主要是準(zhǔn)備采用強(qiáng)力皮帶及大巷皮帶運(yùn)輸，因此必須對(duì)運(yùn)輸所用的980強(qiáng)力皮帶大巷進(jìn)行測(cè)試設(shè)計(jì)。980強(qiáng)力皮帶大巷設(shè)計(jì)分析：起點(diǎn)A坐標(biāo)參數(shù)：（63027.969，24928.499，680.989）；拐點(diǎn)B坐標(biāo)參數(shù)：（60788.099，24928.929）；623 段C坐標(biāo)參數(shù)：（59492.104，25235.645，708.930）。

（1）760強(qiáng)力皮帶大巷北開(kāi)始段，從坐標(biāo)參數(shù)：（63027.969，24928.499，680.989）開(kāi)始，方位180°，全長(zhǎng)2360m的距離到達(dá)了拐點(diǎn)B，坐標(biāo)參數(shù)：（60788.099，24928.929）。

（2）980強(qiáng)力皮帶大巷二采區(qū)段，該皮帶巷是布置在該煤礦的7號(hào)煤中，西部和東部區(qū)域?yàn)榇蓞^(qū)，北部有F2斷層，南部有F3斷層，巷道長(zhǎng)度1336m，方位336°到拐點(diǎn)B，坐標(biāo)參數(shù)：（60788.099，24928.929）。

（3）980強(qiáng)力皮帶大巷從起點(diǎn)到二采區(qū)段頭尾兩端點(diǎn)全長(zhǎng)為3577m，測(cè)量高差為27.830m，巷道的坡度為 0°25′36″。

云岡礦地質(zhì)測(cè)量科在基于相關(guān)理論知識(shí)分析和實(shí)踐作業(yè)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，決定對(duì)井下大型巷道采用基準(zhǔn)線法進(jìn)行測(cè)量作業(yè)。將980強(qiáng)力皮帶大巷巷道設(shè)計(jì)為一條線施工作業(yè)，采用基準(zhǔn)線法加捕捉點(diǎn)位法進(jìn)行測(cè)量放線作業(yè)，制定相應(yīng)的測(cè)量放線管理方案。

3 基準(zhǔn)線法測(cè)量方案的設(shè)計(jì)

3.1 基準(zhǔn)線法測(cè)量原理分析

基準(zhǔn)線法是以通過(guò)或平行于建筑物軸線的鉛垂面為基準(zhǔn)面，并和水平面相交形成基準(zhǔn)線，通過(guò)測(cè)定監(jiān)測(cè)點(diǎn)與基準(zhǔn)線偏離值的變化量，進(jìn)而計(jì)算建筑物水平位移的一種方法。如圖1所示。水平位移一般來(lái)說(shuō)是很小的，因此對(duì)水平位移觀測(cè)精度要求很高。為此，當(dāng)采用基準(zhǔn)線法進(jìn)行水平位移觀測(cè)時(shí)，應(yīng)符合下列要求：（1）應(yīng)在建（構(gòu)）筑物的軸線（或平行于軸線）方向埋設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)；（2）監(jiān)測(cè)點(diǎn)盡可能在基準(zhǔn)線上，在困難條件下觀測(cè)點(diǎn)偏離基準(zhǔn)線也不應(yīng)大于20mm。

圖1 基準(zhǔn)線原理示意圖

但是在實(shí)踐測(cè)量過(guò)程當(dāng)中，當(dāng)基準(zhǔn)線長(zhǎng)度較大時(shí)也會(huì)出現(xiàn)較大的誤差，因此為獲取較高的測(cè)量精度可以采用分段測(cè)量的辦法進(jìn)行測(cè)量作業(yè)。在確定基準(zhǔn)線上確定幾個(gè)分段點(diǎn)，測(cè)量其相對(duì)基準(zhǔn)線的偏離值，再將分段點(diǎn)作為起始點(diǎn)測(cè)量測(cè)點(diǎn)的相對(duì)分段基準(zhǔn)點(diǎn)的偏離值，再通過(guò)計(jì)算處理歸算到基準(zhǔn)線兩端點(diǎn)上。

3.2 測(cè)量方案分析

在本次測(cè)量實(shí)踐中，980強(qiáng)力皮帶大巷一條線施工的長(zhǎng)度達(dá)到了2365m，施工長(zhǎng)度較大。為了能有效地保障直線施工技術(shù)措施，必須采用基準(zhǔn)線法來(lái)對(duì)該巷道設(shè)計(jì)測(cè)量方案，具體的的測(cè)量方案步驟為：將980強(qiáng)力皮帶大巷在施工中依據(jù)的中線確定為基準(zhǔn)線AB；基于基準(zhǔn)線AB長(zhǎng)度因素將其分為7小段，每小段基準(zhǔn)線長(zhǎng)300m。先選定4 個(gè)分段點(diǎn)進(jìn)行分析，通過(guò)角度觀測(cè)測(cè)定C、D、E相對(duì)AB 的偏離值，這樣就可以使得測(cè)量成果通過(guò)計(jì)算處理歸算到基準(zhǔn)線AB兩端點(diǎn)上。角度測(cè)量示意圖如圖2所示。

圖2 角度測(cè)量示意圖

4 工程測(cè)量精度分析

在采用基準(zhǔn)線法來(lái)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，所分成的7小段每段的基準(zhǔn)線長(zhǎng)度均為300m，因此只需要對(duì)其中一段的基準(zhǔn)線測(cè)量結(jié)果進(jìn)行精度分析即可。測(cè)量設(shè)備為徠卡TS06plus-2工程型全站儀，角度測(cè)量精度為2″；測(cè)距1.5mm+2×10-6D；測(cè)量方法：絕對(duì)編碼、連續(xù)、對(duì)徑測(cè)量；放大倍數(shù)：30×，分辨率3″。在排除對(duì)中誤差的基礎(chǔ)上進(jìn)行測(cè)量精度計(jì)算。

（1）在980強(qiáng)力皮帶大巷的測(cè)量中，基準(zhǔn)線AB較長(zhǎng)，為偏離值誤差，采用了測(cè)放基準(zhǔn)線及捕捉點(diǎn)位法。分段點(diǎn)偏離值的計(jì)算可按圖3示意圖進(jìn)行求解。

圖3 分段測(cè)放基準(zhǔn)線示中分段點(diǎn)偏離值示意圖

根據(jù)圖3信息可知：

將（1）式進(jìn)行微分可知公式（2）：

取用ρ=0.206265×106可得公式（3）：

設(shè)定基準(zhǔn)線AB的中點(diǎn)為C時(shí)，即可得C點(diǎn)偏離值的中誤差計(jì)算公式為式（4）：

在該測(cè)試實(shí)踐當(dāng)中，每小分段的距離為300m時(shí)，根據(jù)以上公式計(jì)算得偏離值為3.84cm。偏離值計(jì)算如圖4所示。

圖4 偏離值計(jì)算示意圖

由相似三角形得：

通過(guò)式（5）、式（6）可得：LC=LC'，LD=LD'。

（2）徠卡TS06plus-2工程型全站儀測(cè)量時(shí)，300m分段點(diǎn)D、E兩點(diǎn)對(duì)AB的偏離值為3.84cm，同時(shí)分段點(diǎn)AD=300m，DE=300m。該巷道在進(jìn)行150m施工作業(yè)時(shí)，方位偏移41s就能糾正在基準(zhǔn)線上，有效地保障了該長(zhǎng)巷道的一條線施工作業(yè)，測(cè)量精度符合設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)語(yǔ)

在煤礦井下巷道的測(cè)量工作當(dāng)中，必須要根據(jù)巷道的實(shí)際情況來(lái)設(shè)計(jì)測(cè)量方案，在保障測(cè)量的準(zhǔn)則之外，利用相應(yīng)的技術(shù)方案，提高測(cè)量精度，可以有效地提高測(cè)量工作效率。本文對(duì)云岡礦980強(qiáng)力皮帶大巷采用基準(zhǔn)線法的測(cè)量實(shí)踐進(jìn)行了分析，測(cè)量方案精度較高，滿足980強(qiáng)力皮帶大巷一條線的施工要求。