全站儀在礦井巷道貫通測量中應(yīng)用實(shí)踐

＊王俊福 王昭

（1.晉能控股煤業(yè)集團(tuán) 挖金灣煤業(yè)有限公司 山西 037000 2.晉能控股煤業(yè)集團(tuán) 安全管理部 山西 037000）

為了提升巷道掘進(jìn)效率礦井長距離巷道多采用對掘方式，掘進(jìn)過程中需要不斷的測定，從而確保巷道可精準(zhǔn)貫通[1-2]。貫通測量是礦井測量中的一項(xiàng)重要工作，高精度的貫通測量工作可提升礦井巷道掘進(jìn)速度、掘進(jìn)質(zhì)量。隨著礦井測量技術(shù)的不斷發(fā)展，測量設(shè)備也朝功能多樣化、全自動化以及數(shù)字化等方向發(fā)展[3-7]。文中就以山西某礦+800m東大巷貫通為工程背景，提出采用TC402全站儀（萊卡全站儀）應(yīng)用到巷道貫通測量中，實(shí)現(xiàn)了巷道的高精度貫通需要，現(xiàn)場取得較為顯著的應(yīng)用成果。

1.工程概況

山西某礦設(shè)計(jì)產(chǎn)能為260萬t/a，井田面積為18.5km2，所采的3#、5#、9#煤層均為優(yōu)發(fā)熱量高、低硫的優(yōu)質(zhì)煉焦煤?，F(xiàn)階段主采的5#煤層厚度平均2.3m，傾角2-10°。根據(jù)礦井生產(chǎn)安排，下階段需要開采6采區(qū)5#煤層，現(xiàn)階段已經(jīng)完成6采區(qū)5#煤層6502軌道巷鋪設(shè)，該巷長度總計(jì)1560m。6502巷需要與礦井+800m東大巷聯(lián)通，從而形成完整的采區(qū)軌道運(yùn)輸系統(tǒng)，貫通路線長度達(dá)到2970m，全巖巷貫通。貫通測量采用礦區(qū)獨(dú)立坐標(biāo)系。

2.貫通測量設(shè)備及測量路線

貫通測量路線從+800m東大巷處開始，貫通路線除6505軌道巷采用7″級經(jīng)緯導(dǎo)線以外，其余巷道均采用15″級經(jīng)緯導(dǎo)線。貫通測量中使用的主要測量設(shè)備包括有2臺經(jīng)緯儀（型號分別為DJ2型、DJ6型）、一把50m鋼卷尺、兩個鉛錘球、一把3m鋼尺、以及若干記錄簿及記錄板。貫通測量時(shí)在貫通面上中線偏差在0.3m以內(nèi)、腰線偏差在0.2m以內(nèi)。

水平角觀測：當(dāng)為7″導(dǎo)線時(shí)測量儀器為DJ2型經(jīng)緯儀，采用測回法進(jìn)行觀測，當(dāng)測量的導(dǎo)線邊長在15m以內(nèi)時(shí)對中、測回?cái)?shù)均為3次，當(dāng)測量導(dǎo)線邊長在15-30m時(shí)對中、測回?cái)?shù)均為2次，當(dāng)測量導(dǎo)線邊長在15-30m時(shí)對中數(shù)1次、測回?cái)?shù)2次；當(dāng)為15″導(dǎo)線時(shí)測量儀器為DJ6型經(jīng)緯儀，采用復(fù)測法或者測回法觀測，導(dǎo)線邊長15m以內(nèi)時(shí)對中、測回?cái)?shù)均為2次，邊長在15m以上時(shí)，對中1次、測回2次。具體采用的經(jīng)緯儀測量精度及限差要求見表1、表2所示。

表1 水平角觀測限差

表2 垂直角觀測限差

根據(jù)井下實(shí)際情況確定的測量路線為：+800m東大巷透點(diǎn)→+800m東大巷→3506運(yùn)輸巷→5采集中運(yùn)輸巷口→1306巷上口→3105軌道巷進(jìn)風(fēng)口→3105軌道巷→聯(lián)絡(luò)巷→6502軌道巷→6502軌道巷透點(diǎn)。

3.貫通精度分析

(1)允許偏差值確定

井下巷道貫通測量可分為井內(nèi)巷道貫通、立井貫通以及兩井間貫通3種類型。若是通過一條導(dǎo)線起算邊開始，通過鋪設(shè)導(dǎo)線到達(dá)貫通巷道兩端的均為井內(nèi)巷道貫通；立井貫通是指從地面施工的立井或者從井下延伸的立井貫通；兩井間貫通是指巷道貫通前不能從一條起算邊向貫通的巷道兩邊鋪設(shè)測量導(dǎo)線，僅能從兩個井口通過地面、井下聯(lián)系測量，再到貫通巷道兩端的測量，簡單來說就是貫通測量包括有地面、井下聯(lián)系測量環(huán)節(jié)。通過上述分析可知，6502巷需要與礦井+800m東大巷聯(lián)通屬于巷道貫通測量。

巷道貫通測量時(shí)在貫通位置測量偏差包括3個方向[8]：①水平面方向沿著巷道中線的長度偏差；②水平面垂直巷道中心線上的左、右偏差（△x）；③垂直面在巷道腰線上的上、下偏差（△h）。上述偏差中，水平面方向沿著巷道中線的長度偏差僅會影響巷道貫通距離，對巷道貫通質(zhì)量影響相對較小；水平面巷道中心線上的左、右偏差以及垂直面在巷道腰線上的上、下偏差會對巷道貫通質(zhì)量產(chǎn)生直接影響，因此稱為貫通重要方向的偏差。

根據(jù)《煤礦測量規(guī)程》相關(guān)規(guī)定并結(jié)合貫通巷道的測量精度要求，最終確定貫通巷道在水平重要方向上允許偏差在±0.3m、高程重要方向的允許偏差為±0.3m。

(2)測量誤差分析

測量精度對貫通巷道質(zhì)量有顯著影響，因此必須根據(jù)相關(guān)規(guī)程要求，認(rèn)真對貫通測量方案進(jìn)行設(shè)計(jì)并精心組織施工。由于礦井巷道貫通屬于大型貫通工程，因此建議采取下述方式提高貫通質(zhì)量：采用陀螺全站儀實(shí)現(xiàn)礦井測量側(cè)向，通過光電測距導(dǎo)線構(gòu)建地面獨(dú)立控制網(wǎng)、提高地面及井下聯(lián)系測量精度，貫通測量加測陀螺定向邊并進(jìn)行平差計(jì)算。

根據(jù)6502軌道巷與+800m東大巷貫通后的聯(lián)測，得到高度閉合差在-48mm，表明6502軌道巷導(dǎo)線測量取得較好的精度控制效果。

礦井貫通巷道高度測量采用全站儀+前視懸掛棱鏡方法，此測量方法與常規(guī)的三角高程測量方法有顯著差異，測定誤差需要根據(jù)實(shí)際累積測量的數(shù)據(jù)分析得出。根據(jù)測量路線實(shí)測有20個閉合導(dǎo)線，根據(jù)測量結(jié)果并結(jié)合誤差公式即可計(jì)算得到實(shí)際測量誤差。

采用全站儀+前視懸掛棱鏡方法測量獲取的單位長度高差中誤差可通過下述公式計(jì)算：

將各參數(shù)帶入到上式中即可計(jì)算得到：

mho=±144.7（mm）

依據(jù)單位長度三角高程測量路線的高差中誤差計(jì)算：

兩次測量獲取到的測量均值中誤差可通過下式計(jì)算：

預(yù)計(jì)+800m東大巷與6502軌道巷貫通時(shí)的重要方向貫通誤差MH預(yù)=2，MH平=±353mm。

4.巷道測量精度保障措施

在巷道掘進(jìn)貫通過程中應(yīng)每隔30-40m通過使用經(jīng)緯儀對中線的測量精度進(jìn)行校核。校核過程中應(yīng)先將經(jīng)緯儀布置在被校核點(diǎn)位置，檢查該點(diǎn)與附近的其他點(diǎn)位是否在同一水平直線上。當(dāng)發(fā)現(xiàn)檢查點(diǎn)中線偏差在80″以內(nèi)時(shí)，則巷道繼續(xù)掘進(jìn)；若偏差在80″以上時(shí)則采取依據(jù)預(yù)先制定的措施糾正巷道掘進(jìn)中線偏差。巷道貫通前50-60m時(shí)，將整個測量導(dǎo)線進(jìn)行一次全方位復(fù)測，根據(jù)復(fù)測結(jié)果確定最后一組中線方向，從而最大程度的消除測量誤差，提高貫通測量精度。

貫通導(dǎo)線測量復(fù)測可根據(jù)下述要求開展：依據(jù)巷道掘進(jìn)進(jìn)尺情況，每隔3-4個月進(jìn)行一次導(dǎo)線復(fù)測，并通過嚴(yán)密平差法對導(dǎo)線精度進(jìn)行復(fù)核，以便精準(zhǔn)控制導(dǎo)線方向；通過導(dǎo)線網(wǎng)進(jìn)行導(dǎo)線復(fù)測，將導(dǎo)線網(wǎng)按照要求布置成若干彼此連接的導(dǎo)線環(huán)，對導(dǎo)線網(wǎng)中的所有角、邊等進(jìn)行復(fù)測，復(fù)測時(shí)應(yīng)布置2組人員采用2組不同的儀器進(jìn)行，以便后期對復(fù)測數(shù)據(jù)進(jìn)行核驗(yàn)。

在巷道貫通后應(yīng)盡快安排人員對礦井相關(guān)圖紙進(jìn)行更新，并組織人員分析測量數(shù)據(jù)，計(jì)算導(dǎo)線全長閉合差以及角度閉合差，并將計(jì)算值與允許值進(jìn)行比對。

5.總結(jié)

文中對山西某礦6502巷與+800m東大巷貫通測量工程進(jìn)行研究，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況對貫通測量方案進(jìn)行合理選擇，后依據(jù)測量限差要求對測量時(shí)出現(xiàn)的誤差進(jìn)行估算，采用先進(jìn)的測量方法以及測量設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)測。

采用南方CASS等專業(yè)軟件對現(xiàn)場測量得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過Excel軟件對測量誤差進(jìn)行計(jì)算，從而實(shí)現(xiàn)對測量數(shù)據(jù)的驗(yàn)證。測量過程中三角高程測量長度、高程路線的高差中無誤差分別為±144.7mm、±249.3mm，預(yù)計(jì)貫通誤差為±353mm，精度可滿足貫通測量要求。

在巷道貫通測量中應(yīng)及時(shí)對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行校核，從而提升測量精度。貫通測量后應(yīng)依據(jù)新老導(dǎo)線進(jìn)行等權(quán)平差處理，不僅可達(dá)到測量數(shù)據(jù)檢驗(yàn)?zāi)康亩铱商嵘郎y量精度。