煤礦井下貫通測(cè)量方案的優(yōu)化研究

鄭衛(wèi)軍

（大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司云崗礦， 山西 大同 037017）

煤礦井下的貫通測(cè)量是指兩個(gè)以上同向或者相向的巷道在進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)時(shí)，為保證巷道之間的位置關(guān)系或者對(duì)接準(zhǔn)確性而進(jìn)行的測(cè)量作業(yè)，一般情況下煤礦井下的巷道貫通測(cè)量主要采用經(jīng)緯儀或者導(dǎo)線測(cè)量，但隨著綜采作業(yè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，煤礦井下巷道貫通距離不斷增加，最遠(yuǎn)的已達(dá)到20 km 以上，因此傳統(tǒng)的井下貫通測(cè)量方案在實(shí)際使用過(guò)程中暴露出了操作流程繁瑣、定位精度差的缺陷，無(wú)法滿足長(zhǎng)距離巷道貫通測(cè)量時(shí)的精度要求[1]。本文提出了一種新的貫通測(cè)量方案，在運(yùn)輸巷掘進(jìn)作業(yè)過(guò)程中通過(guò)對(duì)導(dǎo)線測(cè)量和陀螺定向測(cè)量的綜合對(duì)比、修正，實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)距離巷道的精確測(cè)量。同時(shí)在測(cè)量的過(guò)程中根據(jù)煤礦井下實(shí)際地址條件總結(jié)了影響井下貫通測(cè)量精度的因素，在測(cè)量的過(guò)程中對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行精確的轉(zhuǎn)換和分析，根據(jù)設(shè)備的測(cè)量技術(shù)特點(diǎn)，利用不同設(shè)備測(cè)量不同的路線，最大限度的降低系統(tǒng)測(cè)量誤差的影響，根據(jù)實(shí)際驗(yàn)證結(jié)果可知，優(yōu)化后的井下貫通測(cè)量方案在高程方向上的最大誤差僅-0.113 m，在水平方向上的最大誤差僅-0.193 m，極大的提升了井下長(zhǎng)距離巷道貫通測(cè)量的精度，具有極大的應(yīng)用推廣價(jià)值。

1 井下巷道貫通工程基本情況

井下巷道運(yùn)輸巷是將煤炭運(yùn)輸?shù)降孛嫔系闹黧w通道，直接關(guān)系到煤礦井下運(yùn)輸作業(yè)的效率和安全性，對(duì)巷道成型精度要求較高。某礦井下主井和副井之間的運(yùn)輸大巷長(zhǎng)約20 km 屬于特大型井下貫通工程，對(duì)貫通測(cè)量的精度要滿足±0.3 m 內(nèi)，同時(shí)對(duì)施工工期要求較為嚴(yán)格，其煤礦井下貫通測(cè)量路徑如圖1 所示。

圖1 煤礦井下貫通測(cè)量路徑示意圖（mm）

由于該貫通工程屬于特大型的工程項(xiàng)目，在測(cè)量前需要根據(jù)井下巷道的實(shí)際結(jié)構(gòu)，對(duì)測(cè)量方案進(jìn)行研究，對(duì)測(cè)量過(guò)程中所使用設(shè)備的合理性進(jìn)行分析，對(duì)測(cè)量過(guò)程中的誤差進(jìn)行提前預(yù)測(cè)并制定減少測(cè)量誤差的方案，根據(jù)該項(xiàng)目的實(shí)際情況，針對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件下的測(cè)量特點(diǎn)，在施工中選擇了采用導(dǎo)線測(cè)量和陀螺定向測(cè)量的方案。

導(dǎo)線測(cè)量時(shí)，為了確保測(cè)量精度，在1 號(hào)外運(yùn)巷和2 號(hào)外運(yùn)輸巷分別采用測(cè)量精度為1.5 mm 和1 mm 的全站儀對(duì)其進(jìn)行測(cè)量，每次進(jìn)行兩個(gè)測(cè)回測(cè)量，連續(xù)進(jìn)行三次測(cè)量。另一組人員則采用測(cè)量精度為1 mm 的全站儀對(duì)其進(jìn)行二次測(cè)回測(cè)量，然后將所有測(cè)量結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)一匯總，取測(cè)得的加權(quán)平均值。

在采用陀螺儀進(jìn)行定向測(cè)量時(shí)，選擇測(cè)量精度為±5 mm 的陀螺經(jīng)緯儀進(jìn)行陀螺定向測(cè)量，將測(cè)量結(jié)果進(jìn)行匯總分析，并進(jìn)行貫通導(dǎo)線數(shù)據(jù)的修正。

在測(cè)量的過(guò)程中，為了確保測(cè)量精度，在水平巷道內(nèi)進(jìn)行測(cè)量時(shí)選擇了水準(zhǔn)儀進(jìn)行一級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量，在傾斜巷道內(nèi)測(cè)量時(shí)采用了全站儀進(jìn)行三角高程測(cè)量，同時(shí)在每次測(cè)量的時(shí)候均選擇3 組人員進(jìn)行三次測(cè)量后取各組測(cè)量結(jié)果的加權(quán)平均值，最大限度的確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2 井下貫通測(cè)量方案

由于傳統(tǒng)的測(cè)量方案存在較大的測(cè)量誤差，因此在傳統(tǒng)測(cè)量方案的基礎(chǔ)上，依據(jù)所選擇的測(cè)量設(shè)備和測(cè)量方案，提出了新的貫通測(cè)量方法，該方案主要是對(duì)測(cè)量過(guò)程中的測(cè)角中誤差和陀螺定向的誤差量進(jìn)行優(yōu)化。在利用導(dǎo)線測(cè)量時(shí)對(duì)主要是對(duì)測(cè)量過(guò)程中的測(cè)量設(shè)備選擇和測(cè)量結(jié)果分析方法進(jìn)行優(yōu)化，在進(jìn)行測(cè)量設(shè)備選擇是根據(jù)測(cè)量區(qū)域的不同分別選擇了具有較高測(cè)量精度的全站儀，降低了在測(cè)量過(guò)程中的測(cè)量誤差，同時(shí)分兩組人員測(cè)量后將測(cè)量結(jié)果進(jìn)行加權(quán)平均，根據(jù)實(shí)際測(cè)量分析，該測(cè)量方案下能夠?qū)⒃谒椒较蛏系臏y(cè)量誤差控制在±0.08 m 內(nèi)，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)測(cè)量±0.7 m 的測(cè)量誤差。

陀螺定向誤差的優(yōu)化，為了降低傳統(tǒng)陀螺定向測(cè)量的誤差，同時(shí)又能夠降低在測(cè)量過(guò)程中的測(cè)量工序，提升測(cè)量效率，本文提出了有效的利用井下定線測(cè)量時(shí)的測(cè)量結(jié)果，在該測(cè)量結(jié)果的基礎(chǔ)上利用測(cè)量數(shù)值優(yōu)化公式[2]：

式中：M為陀螺定向測(cè)量誤差；m為陀螺儀的定向測(cè)量精度；ρ 為每次測(cè)量弧度的秒值，取206；Yn為表示每次測(cè)量時(shí)的中心坐標(biāo)；Yk為表示在相遇點(diǎn)處的北坐標(biāo)。

根據(jù)實(shí)際測(cè)量，優(yōu)化后的陀螺定向測(cè)量精度可達(dá)±0.21 mm。

3 井下貫通測(cè)量數(shù)據(jù)的分析

由于新的井下貫通測(cè)量方案中采用了多種測(cè)量設(shè)備共同配合作業(yè)，各設(shè)備的測(cè)量精度存在較大的差異性，為了統(tǒng)一測(cè)量分析結(jié)果，對(duì)各個(gè)測(cè)量數(shù)值均進(jìn)行了加權(quán)平均法進(jìn)行處理，對(duì)各個(gè)測(cè)量結(jié)果按照帶有誤差的方向附和導(dǎo)線進(jìn)行平差。陀螺儀的定向中誤差在設(shè)置時(shí)應(yīng)根據(jù)兩測(cè)回的的觀測(cè)誤差取對(duì)中值。全站儀的測(cè)角中誤差則應(yīng)首先對(duì)同組人員所測(cè)結(jié)果取平均值，然后對(duì)不同組人員的測(cè)量結(jié)果取加權(quán)平均值處理。各個(gè)設(shè)備的測(cè)距中誤差基本相同[3]，因此在進(jìn)行測(cè)量時(shí)統(tǒng)一設(shè)置為1/40 000，滿足測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一需求。在對(duì)各個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析時(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)按帶有誤差方向進(jìn)行平差處理，并根據(jù)巷道掘進(jìn)方向進(jìn)行定位修正，確保滿足精確測(cè)量的需求。

4 結(jié)論

針對(duì)傳統(tǒng)的貫通測(cè)量方案在水平方向和高程方向上的誤差均超過(guò)1 m，無(wú)法滿足長(zhǎng)距離運(yùn)輸大巷的貫通測(cè)量需求的現(xiàn)狀，通過(guò)對(duì)導(dǎo)線測(cè)量和陀螺定向測(cè)量的綜合對(duì)比、修正，實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)距離巷道的精確測(cè)量，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用表明：

1）進(jìn)行貫通測(cè)量設(shè)備選擇時(shí)，在水平巷道內(nèi)進(jìn)行測(cè)量時(shí)選擇了水準(zhǔn)儀進(jìn)行一級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量，在傾斜巷道內(nèi)測(cè)量時(shí)采用了全站儀進(jìn)行三角高程測(cè)量，導(dǎo)線測(cè)量時(shí)選擇不同精度的全站儀進(jìn)行測(cè)量。

2）對(duì)各個(gè)測(cè)量數(shù)值均進(jìn)行了加權(quán)平均法進(jìn)行處理，對(duì)各個(gè)測(cè)量結(jié)果按照帶有誤差的方向附和導(dǎo)線進(jìn)行平差，確保對(duì)數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性。

3）根據(jù)實(shí)際驗(yàn)證，優(yōu)化后的測(cè)量方案，陀螺定向測(cè)量精度可達(dá)±0.21 mm，測(cè)角中誤差控制在±0.08 m內(nèi)，極大地提升了煤礦井下巷道貫通測(cè)量的精度。