礦山曲線巷道中線標定方法探究

付 彪，李善宏，陳元壽

（西部礦業(yè)股份有限公司，青海 西寧 810000）

1 標定曲線巷道中存在的問題

我們經(jīng)常在曲線巷道中線標定過程中經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)，中線標定的長度對中線標定的精度、效率等造成影響，還會影響施工質(zhì)量和施工進度，達不到設(shè)計要求；在中線標定過程中，離掌子面距離較近，在施工過程中，經(jīng)常會會因放炮造成標定的中線損壞，反復(fù)標定會增加測量技術(shù)人員工作強度，還會對施工進度造成影響；在標定過程中弦過短，會增加現(xiàn)場標定的次數(shù)，增加工作強度，且在對下一組中線標定時，因受現(xiàn)場施工設(shè)備等外物的影響，對中線的標定會造成一定的難度。以上都是在現(xiàn)場標定過程中存在的一些問題，通過對曲線巷道中線標定在不同轉(zhuǎn)彎半徑、不同圓心角的情況下，選擇合適且高效的曲線巷道標定方法進行研究，解決以上問題對施工等造成的影響，提高曲線巷道施工質(zhì)量及施工進度，同時減少標定次數(shù)及標定精度。

2 曲線巷道中線標定方法

在礦山生產(chǎn)的過程中，因生產(chǎn)及設(shè)備的運行的需要，必須設(shè)計曲線巷道，而井下曲線巷道為圓曲線，曲線巷道的設(shè)計中，巷道的起點、終點、圓心角、轉(zhuǎn)彎半徑、坡度等要素都是設(shè)計中給定的。礦山井下運輸巷道設(shè)計了許多曲線巷道，轉(zhuǎn)彎和岔道較多，圓曲線根據(jù)礦車行駛速度及礦車軸距等因素設(shè)定曲線巷道的起點、終點及曲線半徑和轉(zhuǎn)角。曲線巷道中線的標定是井下測量工作中的一個重要組成部分，從生產(chǎn)到安全都不能離開這項工作。標定中線的工作主要有：直線部分巷道中線的延伸，曲線部分巷道中線的標定，開切新巷道時中線的標定等。在現(xiàn)場施工標定中，受空間等因素的影響，無法直接標定曲線巷道的中心線，只能在小范圍內(nèi)以直線代替曲線進行標定，通過將曲線分割成若干個直線來標定，這就需要對直線代替曲線方式進行探究，在不同的曲線巷道參數(shù)采用不同的標定方式。

（1）弦線法。在巷道設(shè)計完成后，進行現(xiàn)場中線的標定過程中，根據(jù)設(shè)計給定的圓心角、轉(zhuǎn)彎半徑、巷道規(guī)格等參數(shù)和合理確定弦長的原則，把巷道曲線等分成若干份。

圖1 弦線法曲線巷道中線標定圖

以給定曲線巷道圓心角α=90°，轉(zhuǎn)彎半徑R=20m，巷道寬D=2.8為例，首先確定對弦線的數(shù)量。

圖2 弦線法實地中線標定圖

設(shè)計的曲線巷道需要在實地標定出來，在實地標定過程中，將全站儀架設(shè)在點A位置，后視點P，然后按弦線方向在A1延長線方向標定一組中線點，中線點設(shè)置三個，中線點距離不小于1m。

圖3 曲線巷道弦線法中線標定大樣圖

在完成中線標定后，根據(jù)繪制的施工大樣圖，在現(xiàn)場施工過程中，按照中線延伸方向及弦線至兩幫的距離進行現(xiàn)場施工。

（2）弦切法。弦切法曲線巷道放樣，主要是用于圓心角大于90°的情況，這種情況下使用切線法及弦線法會使得切線或弦線的兩端會存在內(nèi)部相交，在現(xiàn)場標定時存在困難。弦切法是以弦線法和切線法作為放樣基礎(chǔ)，用弦線的延長線和切線向交來標定曲線巷道的中線。

首先根據(jù)給定的曲線巷道參數(shù)確定巷道的等分數(shù)，將曲線巷道圓心角進行等分，如巷道的圓心角為120°，轉(zhuǎn)彎半徑R為20m，巷道寬為2.8m為例，可以計算出曲線等分數(shù)為4。如圖5所示，在現(xiàn)場標定過程中A、B兩點的切線延伸，與12、23的弦線延長線分別相交，在現(xiàn)場標定時，只需要標定出指示掘進的延長線交點及彎道起始點即可，且要充分保證兩個交點與巷道兩壁的距離適中，如果距離巷道兩壁距離較近，可將中線向內(nèi)側(cè)進行偏移，應(yīng)用偏心進行放樣。

圖4 弦切法曲線巷道中線標定圖

在現(xiàn)場進行標定時，可采用坐標放樣、極坐標法、對邊測量等方法，施工大樣圖的繪制與弦線法的繪制一致。

（3）切線法。切線法是指利用曲線巷道的切線來代替曲線巷道的中線，來指示曲線巷道掘進方向的一種曲線巷道中線標定方法。在進行曲線巷道標定時，曲線巷道的切線數(shù)量由曲線巷道所設(shè)計的圓心角來確定。當一條切線無法進行曲線巷道中線標定時，可利用偏心進行標定。

以曲線巷道的寬度為3m，圓心角為90°，巷道設(shè)計轉(zhuǎn)彎半徑為20m為例，此切線法標定巷道中線采用偏心1m進行標定。可計算曲線巷道的主要參數(shù)：

轉(zhuǎn)折角β1=β2=180° +α/（n+1），n為切線個數(shù)，α為圓心角，則轉(zhuǎn)折角β1=β2=225°。

切線長：LA1=LB2=Rtan（α/(2n+2)）=19tan(90/(2+2))=7.87m。

切線長：L12=2LA1=2Rtan（α/(2n+2)）=2×7.87=15.74m。

圖5 切線法曲線巷道中線標定圖

設(shè)計的切線法曲線巷道標定圖在現(xiàn)場施工時需要根據(jù)繪制的施工大樣圖進行施工，圖示巷道在繪制施工大樣圖時選擇按半徑方向繪制，在大樣圖繪制時將每掘進1m時切線至巷道兩壁的距離標定在大樣圖上。大樣圖如圖6所示：

圖6 切線法曲線巷道中線標定大樣圖

在現(xiàn)場進行標定中線時，首先標定A-1方向，在巷道掘進至1點時，在標定指示1～2點方向的中線，以此類推，在最后標定出指示2-B方向的中線，完成曲線巷道中線標定的全過程。

3 曲線巷道中線標定方法的優(yōu)選

曲線巷道標定中線的特點是轉(zhuǎn)角大且弦長較短，所以標定中線工作頻繁，因此測量人員必須具有高度的責任感，密切配合，嚴格按技術(shù)規(guī)范要求執(zhí)行。用弦線法標定曲線巷道中線時，由于弦短轉(zhuǎn)點角多，所以標定中線較為頻繁，對施工隊生產(chǎn)影響時間較長，受井下空間較小，當現(xiàn)場延伸下一組中線拐點時，通常會發(fā)現(xiàn)視線被設(shè)備擋住的現(xiàn)象，嚴重影響后續(xù)標定工作。通過對曲線巷道中線標定的方法研究，對比不同方法及不同的轉(zhuǎn)彎半徑和圓心角，我們發(fā)現(xiàn)弦線法更適合于圓心角較小、轉(zhuǎn)彎半徑較大的曲線巷道的中線標定。而在使用切線法進行曲線巷道標定時，因切線相對于弦線更長，轉(zhuǎn)折角更少，在進行現(xiàn)場標定時，標定次數(shù)減少不僅降低了測量人員的工作強度，同時提高了測設(shè)的精度、減少了對現(xiàn)場施工的影響時間。而弦切法更適應(yīng)于圓心角大于90°，且轉(zhuǎn)彎半徑較小的情況，通過弦線和切線向結(jié)合的方法，提高精度和效率。