長(zhǎng)距離精密導(dǎo)線在煤礦貫通測(cè)量中的應(yīng)用

張輝

（中煤大屯煤電（集團(tuán)）有限責(zé)任公司姚橋煤礦，江蘇徐州 221611）

0.前言

導(dǎo)線測(cè)量在礦山井下測(cè)量中的應(yīng)用相對(duì)較多，測(cè)量效果能夠滿足大部分工程測(cè)量的基本要求。但由于礦井內(nèi)部環(huán)境比較復(fù)雜，測(cè)量過(guò)程中各種影響因素較多，測(cè)量工作開(kāi)展難度較大。全站儀是一種非常先進(jìn)的測(cè)量設(shè)備，其具有測(cè)角和測(cè)距的功能，內(nèi)置測(cè)量軟件，可以根據(jù)測(cè)量對(duì)象不同，合理對(duì)測(cè)量方法進(jìn)行選擇。通過(guò)對(duì)全站儀導(dǎo)線測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用，可以直接得到三維位置信息，非常適合在礦山測(cè)量當(dāng)中進(jìn)行應(yīng)用。

1.陀螺儀在煤礦貫通測(cè)量當(dāng)中的應(yīng)用

陀螺儀出現(xiàn)于20世紀(jì)80年代，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，測(cè)量精度持續(xù)提升，在煤礦貫通測(cè)量中的應(yīng)用不斷增加。陀螺儀具有定軸向的特征，地球不斷處于自轉(zhuǎn)的過(guò)程中，其具有相對(duì)于慣性空間的自轉(zhuǎn)角，可以將地球自轉(zhuǎn)速度分為水平自轉(zhuǎn)速度和垂直自轉(zhuǎn)速度。從這些地方可以看出，其可以通過(guò)慣性測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用，來(lái)獲得地球背向信息，陀螺儀的定向精度在正負(fù)15''左右。陀螺儀器最早是用于航海導(dǎo)航，但隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，它在航空和航天事業(yè)中也得到廣泛的應(yīng)用。陀螺儀器不僅可以作為指示儀表，而更重要的是它可以作為自動(dòng)控制系統(tǒng)中的一個(gè)敏感元件，即可作為信號(hào)傳感器。根據(jù)需要，陀螺儀器能提供準(zhǔn)確的方位、水平、位置、速度和加速度等信號(hào)，以便駕駛員或用自動(dòng)導(dǎo)航儀來(lái)控制飛機(jī)、艦船或航天飛機(jī)等航行體按一定的航線飛行，而在導(dǎo)彈、衛(wèi)星運(yùn)載器或空間探測(cè)火箭等航行體的制導(dǎo)中，則直接利用這些信號(hào)完成航行體的姿態(tài)控制和軌道控制[1]。作為穩(wěn)定器，陀螺儀器能使列車在單軌上行駛，能減小船舶在風(fēng)浪中的搖擺，能使安裝在飛機(jī)或衛(wèi)星上的照相機(jī)相對(duì)地面穩(wěn)定等。作為精密測(cè)試儀器，陀螺儀器能夠?yàn)榈孛嬖O(shè)施、礦山隧道、地下鐵路、石油鉆探以及導(dǎo)彈發(fā)射井等提供準(zhǔn)確的方位基準(zhǔn)。由此可見(jiàn)，陀螺儀器的應(yīng)用范圍是相當(dāng)廣泛的，它在現(xiàn)代化的國(guó)防建設(shè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中均占重要的地位。

觀測(cè)程序。在實(shí)際開(kāi)展觀測(cè)工作的過(guò)程中，其通常會(huì)分為4個(gè)程序：（1）首先需要在地面上任選一點(diǎn)，并在這個(gè)過(guò)程中對(duì)當(dāng)?shù)貎x器常數(shù)C進(jìn)行測(cè)定，然后計(jì)算得到C值3個(gè)，將這三個(gè)值相加取平均值，就可以得到儀器的C值，在一般的情況下，每50km就可以得到一個(gè)C值。（2）通過(guò)已知邊上3個(gè)測(cè)回，就可以將儀器常數(shù)計(jì)算出來(lái)。（3）在煤礦井下的待定邊上，可以直接利用2個(gè)測(cè)回將已知邊上的陀螺方位角測(cè)量出來(lái)。（4）在返回地面之后，可以直接通過(guò)借助3個(gè)測(cè)回在已知邊上對(duì)陀螺方位角進(jìn)行測(cè)量，然后就可以將儀器常數(shù)求出來(lái)。可以直接根據(jù)上述步驟對(duì)儀器的精度和穩(wěn)定性進(jìn)行校驗(yàn)，從而保證陀螺儀測(cè)量結(jié)果精度。

2.陀螺儀在煤礦貫通測(cè)量中的應(yīng)用

在井下平面控制中的應(yīng)用。在開(kāi)展井下掘進(jìn)工作的過(guò)程中，需要直接利用導(dǎo)線對(duì)巷道掘進(jìn)方向進(jìn)行指示，但很多煤礦的巷道都采用的是環(huán)形回路，掘進(jìn)方向相對(duì)單一。在這種情況下，誤差累積速度增加很快，對(duì)精度要求也不斷提升。最近幾年，陀螺儀在煤礦貫通測(cè)量中的應(yīng)用不斷增加，在開(kāi)展支導(dǎo)線測(cè)量工作時(shí)，對(duì)陀螺方位角進(jìn)行加測(cè)是一種非常有效的方法，在大量工程當(dāng)中都有應(yīng)用。在通常的情況下，對(duì)陀螺邊進(jìn)行加測(cè)主要會(huì)采用如下幾種方式：（1）在導(dǎo)線末端可以加一條陀螺邊，從而形成附和導(dǎo)線。（2）直接在導(dǎo)線上加測(cè)陀螺邊，從而形成附和導(dǎo)線。（3）直接在每條邊上加測(cè)陀螺方位角。在開(kāi)展大量貫通測(cè)量的過(guò)程中，在陀螺邊數(shù)量的確定上已經(jīng)得到了共識(shí)，導(dǎo)線橫向誤差大大減少，測(cè)量精度有了明顯的提升。與未加測(cè)陀螺方位角相比，測(cè)量精度得到了比較明顯的改善，加測(cè)一條和三條的增益分別在50%與75%左右。因此，為了得到更好的貫通測(cè)量精度，就需要根據(jù)實(shí)際測(cè)量條件，合理對(duì)加測(cè)邊數(shù)量進(jìn)行確定[2]。

立筒安裝中的應(yīng)用。在立井井筒安裝的過(guò)程中，其主要分為罐道、罐道梁、管路、梯子和電纜。罐道和罐道梁是其中重要的組成部分，這兩個(gè)裝備安裝效果對(duì)立筒安裝效果，有著非常直接的影響。由于井筒的深度較深，其開(kāi)展放線的難度相對(duì)較大。為了有效解決這個(gè)問(wèn)題，可以直接借助井下陀螺儀來(lái)進(jìn)行定向，并使用垂線球來(lái)確定相關(guān)位置，然后利用鋼梁或者卡線板對(duì)其進(jìn)行固定處理，最后就可以將鋼梁的位置標(biāo)定出來(lái)。

在次要巷道和采區(qū)聯(lián)系測(cè)量中的應(yīng)用。采區(qū)測(cè)量主要是指井下開(kāi)采從采準(zhǔn)到回采的整個(gè)過(guò)程中，測(cè)量人員需要進(jìn)行一系列測(cè)量工作。其中一項(xiàng)比較重要的工作就是進(jìn)行采區(qū)聯(lián)系測(cè)量、坐標(biāo)、高程、以及導(dǎo)線傳遞方向等。在通常的情況下，巷道的長(zhǎng)度并不是非常長(zhǎng)，采區(qū)范圍也相對(duì)較小，巷道空間非常狹小，作業(yè)過(guò)程中受到的影響因素較多，巷道空氣也相對(duì)污濁。在過(guò)去開(kāi)展工作的過(guò)程中，通常會(huì)采用羅盤(pán)儀導(dǎo)線，實(shí)際應(yīng)用中需要保證羅盤(pán)儀不會(huì)受到磁性的干擾。如果在巷道內(nèi)部存在太大的磁性，就會(huì)對(duì)羅盤(pán)儀的影響導(dǎo)致非常大的影響，只能采用天井定向測(cè)量的方法，測(cè)量精度難以得到保證，測(cè)量人員的工作量也相對(duì)較大。

3.貫通測(cè)量結(jié)果分析

在貫通施工結(jié)束之后，對(duì)貫通誤差進(jìn)行了測(cè)量，發(fā)現(xiàn)其縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)的閉合差分別為0.12m和0.13m，貫通精度可以滿足工程的實(shí)際要求。本測(cè)量方法可以得到較高的測(cè)量精度，主要由以下幾個(gè)方面因素造成的：首先，通過(guò)采用全站儀對(duì)精密導(dǎo)線進(jìn)行測(cè)量，在進(jìn)行貫通測(cè)量的過(guò)程中，采用了獨(dú)立校驗(yàn)的方式，并在第一時(shí)間開(kāi)展了復(fù)測(cè)和復(fù)算工作，并采用了科學(xué)的方法對(duì)測(cè)量精度進(jìn)行了評(píng)定，并對(duì)評(píng)定結(jié)果與測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，更大程度上保證了測(cè)量精度。其次，為了提升貫通測(cè)量的精度，還使用加測(cè)陀螺定向邊，貫通測(cè)量精度得到了進(jìn)一步的提升。由于貫通精度相對(duì)較高，導(dǎo)線的長(zhǎng)度也會(huì)相對(duì)較長(zhǎng)，誤差累積的情況比較嚴(yán)重。另外，通過(guò)采用加測(cè)陀螺定向邊的方式，在更大程度上提升了貫通測(cè)量精度，再通過(guò)對(duì)“三架法”的應(yīng)用，還進(jìn)一步提升了相關(guān)工作開(kāi)展效率，保證測(cè)量結(jié)果的可靠性。

4.實(shí)踐中提升貫通精度的有效措施

為了進(jìn)一步提升貫通精度，就需要提升測(cè)角精度，在通常的情況下，需要在一定程度上增加導(dǎo)線的距離，從而有效避免累積誤差過(guò)大現(xiàn)象的發(fā)生。

做好測(cè)量前的準(zhǔn)備工作。在實(shí)際開(kāi)展測(cè)量工作之前，應(yīng)該認(rèn)真做好各種儀器設(shè)備的檢查工作，保證儀器設(shè)備的完整性。其次，還應(yīng)該認(rèn)真做好標(biāo)定要素的校核工作。

特殊環(huán)境作業(yè)的應(yīng)對(duì)措施：（1）如果作業(yè)環(huán)境中的風(fēng)較大，應(yīng)該對(duì)巷道采取一定的擋風(fēng)措施。（2）如果需要在運(yùn)輸線路當(dāng)中開(kāi)展測(cè)量工作，應(yīng)該做好現(xiàn)場(chǎng)的交通疏導(dǎo)工作，避免儀器震動(dòng)造成誤差過(guò)大情況的出現(xiàn)。（3）對(duì)于水霧和煤塵較大的巷道，為了避免對(duì)測(cè)量精度造成影響，就應(yīng)該合理減少測(cè)量距離[3]。

導(dǎo)線點(diǎn)的使用。在導(dǎo)線點(diǎn)使用之前，需要認(rèn)真做好導(dǎo)線點(diǎn)完好程度的檢查工作，保證導(dǎo)線點(diǎn)固定良好，避免出現(xiàn)垂球砸落儀器情況的發(fā)生。在儀器設(shè)備架設(shè)完畢之后，應(yīng)該認(rèn)真做好導(dǎo)線點(diǎn)移動(dòng)情況的監(jiān)測(cè)工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)進(jìn)行解決。

5.結(jié)語(yǔ)

隨著時(shí)代不斷發(fā)展，對(duì)開(kāi)展煤礦貫通測(cè)量提出了更高要求。針對(duì)當(dāng)前煤礦貫通測(cè)量中出現(xiàn)的各種問(wèn)題，應(yīng)該引起足夠的重視，認(rèn)真分析問(wèn)題發(fā)生的原因，能夠合理對(duì)高精度導(dǎo)線測(cè)量技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，保證測(cè)量精度。