煤礦巷道貫通測量中測繪新技術(shù)的應(yīng)用分析

＊趙毅彪

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)馬脊梁礦 山西 037003）

引言

在煤礦作業(yè)的過程中，貫通測量是一個非常重要的環(huán)節(jié)。通常該參數(shù)的精確度直接影響巷道的質(zhì)量，因此對后期的煤礦安全生產(chǎn)產(chǎn)生影響。當(dāng)前由于科技的不斷進(jìn)步，貫通測量技術(shù)得到了前所未有的發(fā)展。傳統(tǒng)的煤礦測試主要是以光學(xué)儀器和鋼尺為工具進(jìn)行測量，此類型作業(yè)將大大增加工人的勞動強度，并且精度不高。最近幾年，在貫通測量的過程中選用全站儀、GPS等設(shè)備，不僅可以大大提高測量的精度，而且降低了工作人員的勞動強度。并且可以為煤礦的后期作業(yè)提供有效的安全保障。

測繪技術(shù)主要是結(jié)合了測量與制圖兩種技術(shù)，其目標(biāo)取決于測量已有的界限及特點，將電子計算機、光學(xué)等多項技術(shù)進(jìn)行較好的結(jié)合，準(zhǔn)確測量地理環(huán)境，并繪制成相應(yīng)的圖，該技術(shù)的核心要素主要為空間信息、全球衛(wèi)星導(dǎo)航等。在實施測量之前，必須要創(chuàng)建完善的地面控制網(wǎng)，以更好地開展后續(xù)工作。在開展測量的環(huán)節(jié)中，其結(jié)果非常容易受工程施工要素的影響，造成偏差的發(fā)生。可是測量的效果又直接影響著采煤的工作效率及經(jīng)濟(jì)效益。如果測量發(fā)生較大的偏差，極有可能會威脅到相關(guān)的人員。因此，在煤礦開采工作中，將測繪新技術(shù)運用到其測量工作之中，為了更好地完成巷道開采工作，明確巷道的開門部位，提高貫通作業(yè)的精確度，為貫通工作的開展提供可靠的保障。

1.礦井巷道貫通測量的意義

一方面，對于大型礦井而言，巷道貫通測量不僅可以大大降低礦井的工程成本，而且能夠保證工程進(jìn)度。通常，礦井巷道貫通測量數(shù)據(jù)精度決定巷道掘進(jìn)的速度。并且可以幫助大型煤礦提高不同礦井貫通的速度，從而大大降低大型礦井建設(shè)的時長。因此，不僅可以保證工程項目的進(jìn)度也節(jié)省企業(yè)的開支。另一方面，大型礦井巷道貫通測量能夠有效地提升工程的施工安全。在進(jìn)行作業(yè)時，巷道貫通數(shù)據(jù)精確度將直接決定工程進(jìn)度是否能夠順利進(jìn)行。假如巷道貫通測量精確度不高，那么直接導(dǎo)致巷道與巷道連接不精確，更有甚者將會將會出現(xiàn)較大的偏差，這樣將可能引發(fā)巷道掘進(jìn)安全事故。由此可以看出，貫通測量工作人員必須保證測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

2.測繪新技術(shù)在煤礦巷道貫通測量中的應(yīng)用

(1)獨立坐標(biāo)系建立

測繪新技術(shù)應(yīng)用在礦井中必須根據(jù)自主的坐標(biāo)體系才能夠使其功能獲得充分運用，而坐標(biāo)體系是不是能夠恰當(dāng)選用是一切測量工作中的根本所在，直接影響到測量結(jié)果的準(zhǔn)確性及穩(wěn)定性。礦山以內(nèi)所設(shè)定的測量地面控制縱網(wǎng)的平面坐標(biāo)，不僅要確?？梢缘玫奖壤_的地貌圖，而且要可以保證滿足放樣階段的要求。如圖1所示，假定當(dāng)中有一個橢圓型的柱面，將其橫套于橢球上表面，使其能夠與這其中的一個子午線相互交聯(lián)，使橢圓柱的重心軸線可以通過圓球的中心，并慢慢經(jīng)過橢圓形的柱面，獲得一個平面圖型的直角坐標(biāo)。根據(jù)這一系統(tǒng)能夠及時改正評測導(dǎo)線的周長，見公式（1）。

圖1 高斯-克呂格投影

式中，RS所表示的是長度所處部位的橢球曲率半徑；Lm所代表的是測距邊超過了地面水平面的高程均值；ym所代表的是與兩個端點之間相距的橫坐標(biāo)的均值；D代表的是實際工程所取得測量結(jié)果；D0代表的是歸化計算到橢球面之上的長度。

從式（1）可知，在對邊長進(jìn)行計算的時候，從高程歸化面計算到低程歸化面，其長度會持續(xù)縮短；而在計算橢球面的距離的時候，在計算到了高斯平面的時候，其長度會增加。如果要想發(fā)生轉(zhuǎn)變，就需要對其中的各個參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)計算，實現(xiàn)點坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換控制，取得新的坐標(biāo)。但是這個過程極其復(fù)雜，需要進(jìn)一步簡化處理，簡化之后只需要移動中心部位的子午線即可，以滿足測量工作的實際需求。

(2)貫通測量質(zhì)量控制

在該項目的具體進(jìn)行中，全線貫通測量的質(zhì)量管理是一個十分關(guān)鍵的階段，將其分為三個部分，各自為礦井、地底及地面三層面的控制。因為受礦井條件的影響，其標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定不易完成，礦井煤巷的條件與地面以上存有對應(yīng)的差別，空氣標(biāo)準(zhǔn)也出現(xiàn)很大的不同，礦井導(dǎo)線的設(shè)定必須從下邊停車場的起止邊來開展，順著煤礦的重要煤巷，運用支導(dǎo)線的方式來持續(xù)地擴(kuò)展，擴(kuò)展范疇不斷擴(kuò)張，其測角存有的偏差也不斷擴(kuò)張，為了有效遏制擴(kuò)張，需要定期定距地測量陀螺的定向邊。

礦井開采工作中所進(jìn)行的測量工作極易受到施工要素的影響，造成測量機器在使用的環(huán)節(jié)中無法獲得確切的控制，無法對測量的精確度進(jìn)行多方面掌握，因此當(dāng)場必須實現(xiàn)測算及紀(jì)錄，假如發(fā)生了數(shù)據(jù)信息與限差不相符的情況，則需要進(jìn)行二次測量及核查，并且在這一過程中需要保持測量設(shè)備的平穩(wěn)，并利用有效的擋風(fēng)方式，盡可能避免風(fēng)力因素對測量工作造成影響，并且在開展了測量工作之后，還需要反復(fù)進(jìn)行測量，避免人為因素所造成的影響。

(3)距離測量與誤差分析

光電測距之所以會產(chǎn)生誤差，其關(guān)鍵是由于氣象參數(shù)、周期等諸多因素。調(diào)制頻率之所以產(chǎn)生誤差，其主要是因為所用儀器中存在電子設(shè)備老化的問題，會對頻率的標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生影響，進(jìn)而導(dǎo)致誤差的出現(xiàn)。但是這一誤差可以借助相應(yīng)的設(shè)備來對其進(jìn)行檢測，糾正距離，以清除誤差。氣象參數(shù)形成誤差，是由于工程現(xiàn)場的實際氣壓及氣溫脫離了預(yù)先所設(shè)定的差數(shù)數(shù)值，彼此之間具有很大的差別，但是在一般情況下，這種誤差的形成極易對測量工作的精確性產(chǎn)生影響，在完成非高精密測量的情況下，可以不計入。周期時間存在的誤差是十分獨特的，無法清除，這就要測量工作中必須盡可能消除儀器所造成的影響，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。而由于測相設(shè)備自身存在的問題及幅相存在的誤差，測相工作出現(xiàn)了一定的誤差，測相設(shè)備可以通過持續(xù)預(yù)估均值來可以降低影響，而幅相所造成的誤差需要借助測量設(shè)備功能提升的方式來進(jìn)行改善。照準(zhǔn)誤差的產(chǎn)生在很大的程度上是因為人為因素所造成的。儀器配合常數(shù)來測定誤差可經(jīng)過多次測定來降低。

3.實驗論證分析

為了更好地檢測以上測繪新技術(shù)在實際應(yīng)用之中的效果，以某個礦區(qū)為例，對研發(fā)的技術(shù)運用到全線貫通測量的工作之中，并進(jìn)行模擬、對比，得到真實的結(jié)果。通過開展分析發(fā)現(xiàn)，本項測量工作的進(jìn)行必須挑選最好的線路，對西部地區(qū)當(dāng)中的可挑選線路開展模擬，見圖2。

圖2 實驗地區(qū)模擬及路線選擇

由圖2可知，有三條路線可以使用，第一條為2700m，第二條為2900m，第三條為3100m。在工程施工的環(huán)節(jié)中，因為受圖型要素的限定，在貫通測量工作的進(jìn)行中挑選第一條做為選定線路，從一礦的副井開始，中間先后經(jīng)過了多個煤巷，以三礦的主井結(jié)束。在結(jié)束開采工作的時候，西部地區(qū)始終采用傳統(tǒng)化的設(shè)備來進(jìn)行測量，這已經(jīng)無法滿足當(dāng)前開采任務(wù)的要求，在實現(xiàn)模擬的環(huán)節(jié)，能夠挑選防爆型站儀來替代傳統(tǒng)式的鋼卷尺及光學(xué)經(jīng)緯儀來進(jìn)行測量，并運用GPS技術(shù)來合理調(diào)節(jié)地面的檢測工作。應(yīng)用靜態(tài)數(shù)據(jù)精準(zhǔn)定位法來對GPS操縱網(wǎng)實施精確測量，并盡可能保持15°之上的衛(wèi)星高度，且維持超過五顆觀測通訊衛(wèi)星總數(shù)，觀測的時間一定要超過一小時，確保在觀測的環(huán)節(jié)中無線天線機的定位標(biāo)示偏向為正北方，精準(zhǔn)定位的偏差處在5°之內(nèi)。

在本文進(jìn)行模擬中，西部礦山有著較高的海拔，結(jié)合工程的實際，選擇適當(dāng)?shù)母叱套鳛橥队暗乃矫?，并且要將其坐?biāo)值轉(zhuǎn)變?yōu)楦咚蛊矫娴淖鴺?biāo)值，見式（2）。

式中，ai代表的是i點在礦山中投射水平面坐標(biāo)體系當(dāng)中的橫坐標(biāo)；bi代表的是i點在該平面坐標(biāo)當(dāng)中的縱坐標(biāo)；a0和b0代表的是起點以上高斯函數(shù)平面圖之中的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)；ai和bi所代表的是i點在該平面圖上的橫縱坐標(biāo)；g代表的是長短的比例系數(shù)。

為了使實驗結(jié)果更加準(zhǔn)確，在礦區(qū)開采工作中可以借助紅外測距儀來實施地面控制，保證兩個進(jìn)井點可以形成較好的聯(lián)通。在井口部位開展測量工作的時候，經(jīng)過導(dǎo)線的連接可以形成相應(yīng)的視點，以此來消除I-I坐標(biāo)方位存在的角度差對貫通產(chǎn)生的影響。在控制地面高程的時候，必須滿足相應(yīng)要求，詳見下表。

表1 四等水準(zhǔn)測量規(guī)定

滿足以上要求之后進(jìn)行模擬，由于所模擬的貫通工程有著較長的導(dǎo)線，其斜井達(dá)到1050m的井筒，為了滿足相關(guān)的規(guī)范要求，需要嚴(yán)格控制貫通點的水平及高程誤差，確保其處于0.3m和0.2m之間，則可以獲取最佳的貫通點。

基于上述研究，對最佳貫通點在bi上存在的偏差進(jìn)行預(yù)估，對貫通相遇部位進(jìn)行預(yù)估。將對已有技術(shù)的預(yù)估誤差與模擬結(jié)果進(jìn)行比較，詳見下表。

表2 實驗結(jié)果對比

通過上表可以發(fā)現(xiàn)，在將測繪新技術(shù)應(yīng)用到了實踐之后，其產(chǎn)生的誤差與現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)果進(jìn)行對比分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)得到了顯著的改善，測繪新技術(shù)可以進(jìn)行實踐應(yīng)用，有助于提升貫通測量工作的有效性。

4.結(jié)語

對于我國西部而言，通常煤礦所處的環(huán)境比較復(fù)雜，并且經(jīng)濟(jì)水平也相對較低，因此給貫通測量帶來一定的不便性，其大大影響了測量的精度、人工成本以及勞動強度等，從而嚴(yán)重影響了礦井的安全生產(chǎn)。對現(xiàn)階段運用的巷道貫通測量技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)分析，與實際工程相結(jié)合，提出全新的測繪技術(shù)，并將其運用到實際中，通過實驗來進(jìn)行驗證，通過運用測繪新技術(shù)可有效降低測量的誤差，與現(xiàn)存的技術(shù)相對比，新技術(shù)可更好地運用于巷道貫通的測量工作之中，以期為新領(lǐng)域的研究及創(chuàng)新提出可靠的參考。