新形勢(shì)下礦山測(cè)量技術(shù)管理應(yīng)用研究

劉明武 張國(guó)平

【摘 要】文章結(jié)合新形勢(shì)下礦山生產(chǎn)實(shí)際，從地面控制測(cè)量、井下控制測(cè)量、井下貫通測(cè)量、日常中腰線管理、測(cè)量設(shè)備管理5個(gè)方面系統(tǒng)總結(jié)了礦山測(cè)量技術(shù)管理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和技術(shù)要點(diǎn)，對(duì)礦山測(cè)量技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望，對(duì)做好礦山測(cè)量技術(shù)管理工作具有一定的指導(dǎo)意義和參考價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】礦山測(cè)量;控制測(cè)量;中腰線管理;技術(shù)管理要點(diǎn)

【中圖分類號(hào)】TD17 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2022）02-0087-03

0 引言

礦山測(cè)量技術(shù)作為一門傳統(tǒng)的技術(shù)手段，經(jīng)過長(zhǎng)期的摸索和實(shí)踐，其理論體系和技術(shù)體系均相對(duì)成熟，涉及的各類測(cè)量技術(shù)、測(cè)量方法均取得了長(zhǎng)足的發(fā)展并積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)[1]。隨著數(shù)字化、信息化技術(shù)（如互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、5G技術(shù)）的日新月異，測(cè)量新技術(shù)的蓬勃發(fā)展（如CORS技術(shù)、3S技術(shù)），測(cè)量新裝備（如測(cè)繪無人機(jī)、陀螺全站儀、測(cè)量機(jī)器人、超站儀、鏡站儀等）的推廣使用，礦山測(cè)量工作模式發(fā)生翻天覆地的變化，礦山測(cè)量工作效率大幅提升，測(cè)量精度明顯提高，勞動(dòng)強(qiáng)度持續(xù)降低。同時(shí)，礦山自動(dòng)化、智能化采礦裝備的普及和快速掘進(jìn)系統(tǒng)的投用，大幅提高了礦井采掘效率，客觀上對(duì)測(cè)量裝備的可靠性、測(cè)量系統(tǒng)的穩(wěn)定性、測(cè)量作業(yè)的及時(shí)性、測(cè)量技術(shù)管理[2]的規(guī)范性提出了新的要求。一旦出現(xiàn)測(cè)量事故導(dǎo)致巷道跑偏或無法順利貫通，將嚴(yán)重影響礦井采掘進(jìn)度，給礦山企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，新形勢(shì)下開展礦山測(cè)量技術(shù)管理應(yīng)用研究意義重大[3]。

1 地面控制測(cè)量

礦區(qū)地面控制網(wǎng)的建立一般由專業(yè)測(cè)繪單位完成，礦井主要負(fù)責(zé)測(cè)量控制點(diǎn)的日常維護(hù)工作。在礦山開發(fā)的不同階段，均存在測(cè)量控制點(diǎn)被破壞的風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致礦區(qū)地面控制網(wǎng)被破壞，帶來使用上的不便。例如礦井建設(shè)階段，建設(shè)工業(yè)場(chǎng)地可能破壞或遮擋測(cè)量控制點(diǎn)。在礦山開采階段，地表沉陷可能導(dǎo)致測(cè)量控制點(diǎn)發(fā)生沉降或位移。因此，礦區(qū)地面控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)和定期維護(hù)更新顯得尤為重要。

技術(shù)管理要點(diǎn)：一是在設(shè)計(jì)地面控制網(wǎng)時(shí)，應(yīng)充分考慮礦井前期建設(shè)規(guī)劃，測(cè)量控制點(diǎn)點(diǎn)位選擇避開建設(shè)規(guī)劃區(qū)和采礦沉陷區(qū)，同時(shí)考慮點(diǎn)位通視條件和地基的穩(wěn)定性。二是充分利用礦井初期地面控制網(wǎng)成果，采用三角測(cè)量法、敷設(shè)附和導(dǎo)線或閉合導(dǎo)線等方法加密測(cè)量控制點(diǎn)，豐富測(cè)量控制網(wǎng)成果。三是利用礦井各期補(bǔ)充勘探，在井田范圍內(nèi)相對(duì)穩(wěn)定區(qū)域布設(shè)測(cè)量控制點(diǎn)，開展控制測(cè)量，更新完善礦區(qū)已有控制網(wǎng)，為在井田范圍內(nèi)開展地形測(cè)量、開采地表巖移觀測(cè)、采空區(qū)調(diào)查、地質(zhì)調(diào)查、開鑿井筒等提供測(cè)量基準(zhǔn)數(shù)據(jù)。四是建設(shè)礦區(qū)連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位導(dǎo)航服務(wù)系統(tǒng)（CORS），配套移動(dòng)站和手簿，可實(shí)現(xiàn)全天候地形圖測(cè)量、施工放樣、竣工測(cè)量等測(cè)量作業(yè)，同時(shí)針對(duì)CORS故障，可考慮另外配備一套GPS接收機(jī)及手簿，與CORS已有的接收機(jī)及手簿組成“1+1”RTK測(cè)量模式，利用礦井地面測(cè)量控制點(diǎn)計(jì)算轉(zhuǎn)換參數(shù)，每次測(cè)量前在1個(gè)已知測(cè)量控制點(diǎn)上進(jìn)行點(diǎn)校正，以滿足日常測(cè)量工作的需要。

2 井下控制測(cè)量

2.1 陀螺定向

井下主要開拓大巷連接的井筒間巷道貫通后，應(yīng)立即開展井下陀螺定向，至少布設(shè)2條陀螺定向邊，位于各自井筒附近的車場(chǎng)內(nèi)，邊長(zhǎng)均不小于50 m，然后施測(cè)坐標(biāo)方向附合導(dǎo)線，經(jīng)平差處理后作為井下控制測(cè)量的基準(zhǔn)。

技術(shù)管理要點(diǎn)：一是在各自井筒所在的井底車場(chǎng)內(nèi)施測(cè)陀螺定向邊后，應(yīng)及時(shí)在其周邊巷道內(nèi)布設(shè)導(dǎo)線點(diǎn)，將陀螺定向的方位和投點(diǎn)坐標(biāo)及時(shí)傳遞至該導(dǎo)線邊，為確保正常使用，應(yīng)埋設(shè)至少3個(gè)導(dǎo)線點(diǎn)，施測(cè)至少2條導(dǎo)線邊。二是導(dǎo)線點(diǎn)點(diǎn)位應(yīng)穩(wěn)定可靠，無淋水影響，噴漿巷道應(yīng)考慮另打錨桿，在錨桿端頭連接一個(gè)500 mm長(zhǎng)、一端焊接螺帽、一端焊接防銹三角測(cè)釘?shù)臏y(cè)量控制點(diǎn)（或純銅制定的測(cè)量控制點(diǎn)），實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期保存，方便后期使用。三是陀螺定向盡量采用全自動(dòng)或半自動(dòng)陀螺全站儀施測(cè)，嚴(yán)格按測(cè)量程序操作，確保測(cè)量精度。

2.2 基本控制導(dǎo)線

井下開拓大巷永久導(dǎo)線點(diǎn)應(yīng)隨大巷開拓及時(shí)布設(shè)，當(dāng)具備施測(cè)閉合導(dǎo)線或附合導(dǎo)線時(shí)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行施測(cè)，并進(jìn)行平差處理。若后期施工過程中出現(xiàn)個(gè)別導(dǎo)線點(diǎn)被破壞或被遮擋導(dǎo)致無法使用時(shí)，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況施測(cè)無定向?qū)Ь€或附合導(dǎo)線恢復(fù)導(dǎo)線點(diǎn)，使之滿足生產(chǎn)需要。

技術(shù)管理要點(diǎn)：一是永久導(dǎo)線點(diǎn)采用錨桿或螺帽焊接三角測(cè)釘（做防銹處理）制作，固定在錨桿外露部分或錨固在巷道頂板煤巖層中，要求永久導(dǎo)線點(diǎn)周邊巷道頂板穩(wěn)定，無淋水。二是永久導(dǎo)線點(diǎn)實(shí)行統(tǒng)一編號(hào)管理。開拓大巷永久點(diǎn)編號(hào)規(guī)則：中央一號(hào)回風(fēng)大巷為YHi，中央進(jìn)風(fēng)大巷為JFi，中央膠帶大巷為JDi，其中取值1，2，3，…，100?；夭上锏谰幪?hào)規(guī)則：采用X1、X2、X3、X4樣式編號(hào)，其中X1表示盤區(qū)編號(hào)，依次為A-E，X2表示工作面編號(hào)，X3表示順槽編號(hào)，膠帶順槽用J表示，回風(fēng)順槽用H表示，泄水巷用X表示，X4表示點(diǎn)號(hào)。三是頂板條件較差時(shí)，可采用在巷道底板上布設(shè)臨時(shí)點(diǎn)。四是巷道風(fēng)速較大時(shí)，應(yīng)采取擋風(fēng)措施，以采用雨傘為佳;五是在布設(shè)導(dǎo)線的過程中根據(jù)巷道條件盡可能加大邊長(zhǎng)，減少導(dǎo)線點(diǎn)數(shù)。六是在測(cè)角測(cè)距時(shí)，儀器多次對(duì)中整平，瞄目標(biāo)時(shí)盡可能瞄垂球線的上部，采用擺動(dòng)觀測(cè)、正倒鏡觀測(cè);測(cè)角時(shí)盡可能縮小望遠(yuǎn)鏡的傾角，調(diào)節(jié)微動(dòng)螺旋時(shí)沿同一方向;測(cè)距時(shí)適時(shí)進(jìn)行斜邊測(cè)量，對(duì)已測(cè)水平邊長(zhǎng)進(jìn)行檢核。七是高程測(cè)量時(shí)，在1個(gè)測(cè)站上同時(shí)測(cè)量前后視高差，減少量高誤差的影響;棱鏡高、儀器高讀2遍，誤差不小于2 mm;三角高程測(cè)量時(shí)通過2次或多次變儀器高觀測(cè)提供測(cè)量精度，避免測(cè)量粗差的產(chǎn)生。八是導(dǎo)線測(cè)量盡量采用2秒級(jí)及以上的全站儀，確保測(cè)量精度;按7″導(dǎo)線施測(cè)，水平角觀測(cè)采用測(cè)回法，獨(dú)立測(cè)量?jī)蓽y(cè)回，距離測(cè)量?jī)蓽y(cè)回。九是附和導(dǎo)線、閉合導(dǎo)線測(cè)量由兩個(gè)技術(shù)力量相當(dāng)?shù)娜藛T單獨(dú)測(cè)量，單獨(dú)平差，并進(jìn)行檢核。

3 井下貫通測(cè)量

井下貫通測(cè)量分為開拓巷道貫通測(cè)量和采面貫通測(cè)量。其中涉及皮帶運(yùn)輸和猴車運(yùn)輸?shù)南锏缹?duì)巷道中線要求較高，需要重點(diǎn)關(guān)注[4]。

3.1 開拓巷道貫通測(cè)量

井下主要開拓大巷連接的井筒間巷道貫通后，應(yīng)立即開展井下陀螺定向，至少布設(shè)2條陀螺定向邊，位于各自井筒附近的車場(chǎng)內(nèi)，邊長(zhǎng)均不小于50 m，并根據(jù)兩井筒內(nèi)投點(diǎn)誤差決定采用哪個(gè)井筒導(dǎo)入的點(diǎn)坐標(biāo)作為坐標(biāo)起算數(shù)據(jù)，然后施測(cè)方向附合導(dǎo)線，經(jīng)平差處理后作為井下控制測(cè)量的基準(zhǔn)。

技術(shù)管理要點(diǎn)：一是在各自井筒所在的井底車場(chǎng)內(nèi)施測(cè)陀螺定向邊后，應(yīng)及時(shí)在其周邊巷道內(nèi)布設(shè)導(dǎo)線點(diǎn)，將陀螺定向的方位和投點(diǎn)坐標(biāo)及時(shí)傳遞至該導(dǎo)線邊，為確保正常使用，應(yīng)埋設(shè)至少3個(gè)導(dǎo)線點(diǎn)，施測(cè)至少2條導(dǎo)線邊。二是導(dǎo)線點(diǎn)點(diǎn)位應(yīng)穩(wěn)定可靠，無淋水影響，噴漿巷道應(yīng)考慮另打錨桿，在錨桿端頭連接一個(gè)500 mm長(zhǎng)、一端焊接螺帽、一端焊接防銹三角測(cè)釘?shù)臏y(cè)量控制點(diǎn)（或純銅制定的測(cè)量控制點(diǎn)），實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期保存，方便后期使用。

3.2 采面貫通測(cè)量

技術(shù)管理要點(diǎn)：一是以開拓大巷內(nèi)的基本控制導(dǎo)線中的永久導(dǎo)線點(diǎn)為測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)，開展采面貫通測(cè)量。二是測(cè)量導(dǎo)線點(diǎn)隨巷道掘進(jìn)布設(shè)，根據(jù)巷道變坡情況點(diǎn)位間距盡量保持均勻，并綜合考慮皮帶安裝、風(fēng)筒敷設(shè)、設(shè)備布置等影響。三是導(dǎo)線測(cè)量嚴(yán)格按7″導(dǎo)線要求進(jìn)行，并考慮貫通后形成閉合導(dǎo)線或附合導(dǎo)線的可能性。四是高程測(cè)量采用三角高程測(cè)量方法，為減少各類量高誤差的影響，高程測(cè)量可與導(dǎo)線測(cè)量分別進(jìn)行，采用“三架法”傳遞高程。五是貫通后，應(yīng)及時(shí)施測(cè)閉合導(dǎo)線或附合導(dǎo)線并進(jìn)行平差處理，評(píng)定貫通精度，并為后期安裝測(cè)量提供控制測(cè)量數(shù)據(jù)。

4 日常中腰線管理

4.1 激光指向儀管理

目前，井下巷道掘進(jìn)普遍采用激光指向儀控制巷道中線和坡度，激光指向儀的安裝和使用顯得尤為重要。

技術(shù)管理要點(diǎn)：一是激光指向儀前方激光指向點(diǎn)應(yīng)不少于3個(gè)，點(diǎn)間距應(yīng)不小于10 m，激光指向儀光束應(yīng)同時(shí)穿過激光指向點(diǎn)所在線繩及線繩上的明顯標(biāo)志，并被該線繩及線繩上的明顯標(biāo)志平分。二是激光指向點(diǎn)所在線繩應(yīng)采用棉線繩，下端吊掛質(zhì)量不小于0.2 kg、材質(zhì)均勻、重心穩(wěn)定、規(guī)則形狀的重物，確保線繩無明顯擺動(dòng)。三是激光指向儀距巷道迎頭距離超過50 m后，應(yīng)延伸一組激光指向點(diǎn)，并調(diào)整激光參數(shù)。激光指向儀距迎頭距離一般不超過200 m。四是激光指向儀應(yīng)實(shí)現(xiàn)掛牌管理，牌板吊掛在激光指向儀附近，牌板應(yīng)包含激光指向儀安裝參數(shù)和激光控制巷道頂?shù)装鍏?shù)，便于現(xiàn)場(chǎng)施工人員校核激光指向的準(zhǔn)確性和控制巷道掘進(jìn)參數(shù)。五是每班掘進(jìn)前，由質(zhì)量驗(yàn)收員檢查激光指向儀的完好情況，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。

4.2 中腰線標(biāo)定管理

巷道中腰線一般采用全站儀進(jìn)行標(biāo)定，但存在標(biāo)定相對(duì)滯后，與巷道實(shí)際施工坡度不一致的情形。采用激光坡度標(biāo)定巷道中腰線可實(shí)現(xiàn)中腰線隨巷道掘進(jìn)及時(shí)延伸。

技術(shù)管理要點(diǎn)：一是利用安裝好的激光指向儀發(fā)出的激光束，將巷道中腰線引至巷道頂板及兩幫一定高度。在巷道頂板中間位置掛一線繩，下端掛一重物，調(diào)節(jié)線繩左右位置使得激光指向儀光束穿過線繩并被線繩平分，此時(shí)線繩固定位置即為巷道中線位置。在巷道一幫支護(hù)材料上固定一線繩，水平拉至巷道另一幫，利用坡度規(guī)將巷道兩幫線繩固定位置調(diào)整至同一高度，然后在巷道中線位置頂板掛一鋼尺垂直量至線繩高度，計(jì)算出激光束至線繩間距，利用激光控制巷道頂?shù)装寰嚯x將腰線引至巷道兩幫。二是腰線標(biāo)定需至少2人配合完成，保證測(cè)量精度。三是中線可利用激光指向儀連續(xù)標(biāo)定，緊跟迎頭，腰線可滯后迎頭10～20 m。當(dāng)激光指向儀出現(xiàn)故障時(shí)，可利用巷道迎頭附近的中線和腰線臨時(shí)指導(dǎo)巷道掘進(jìn)。

4.3 變坡測(cè)量管理

變坡測(cè)量是巷道掘進(jìn)過程中一項(xiàng)經(jīng)常性工作，無論是按照設(shè)計(jì)坡度施工還是根據(jù)礦體賦存情況調(diào)整巷道施工層位，都需要開展變坡測(cè)量。變坡測(cè)量流程如下。

（1）現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定激光指向點(diǎn)L1、L2、L3，測(cè)量得到標(biāo)高G1、G2、G3和距離D12、D13。

（2）根據(jù)變坡測(cè)量前激光距巷道頂?shù)装寰嚯x，標(biāo)定迎頭設(shè)計(jì)頂板位置，并測(cè)量該點(diǎn)標(biāo)高Gy及激光指向儀L1至該點(diǎn)的距離D1y。

（3）計(jì)算變坡后激光安裝參數(shù)y、z及迎頭激光控頂距k。

y=x+G2-G1-D12×tanα

z=x+G3-G1-D13×tanα

k=x+Gy-G1-D1y×tanα

（4）根據(jù)x、y、z、k參數(shù)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，調(diào)整激光安裝參數(shù)，確保激光正常使用。

（5）升井后及時(shí)將激光安裝參數(shù)報(bào)送地測(cè)部。

（6）地測(cè)部根據(jù)施工區(qū)隊(duì)提供的激光參數(shù)，繪制巷道底板坡度圖，作為后期巷道驗(yàn)收、腰線標(biāo)定的依據(jù)。

技術(shù)管理要點(diǎn)：一是變坡測(cè)量應(yīng)實(shí)測(cè)變坡點(diǎn)巷道頂板標(biāo)高和激光點(diǎn)標(biāo)高，作為計(jì)算巷道實(shí)際施工坡度和變坡后激光控制迎頭頂?shù)装寰嚯x的依據(jù)。二是激光參數(shù)計(jì)算公式中巷道坡度α可正可負(fù)，變坡后上山掘進(jìn)時(shí)α為正值，變坡后下山掘進(jìn)時(shí)α為負(fù)值。三是變坡測(cè)量完成后應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定巷道變坡點(diǎn)位置，將巷道腰線延伸至變坡位置。

5 測(cè)量設(shè)備管理

5.1 測(cè)量設(shè)備定期校驗(yàn)

建立測(cè)量設(shè)備校驗(yàn)臺(tái)賬，根據(jù)測(cè)量設(shè)備規(guī)定校驗(yàn)周期開展儀器校驗(yàn)工作，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)進(jìn)行維修和保養(yǎng)，確保測(cè)量設(shè)備工況良好。礦井全站儀使用頻次相對(duì)較高，受井下作業(yè)環(huán)境影響，出現(xiàn)問題難以做到早發(fā)現(xiàn)早處理，不利于礦井正常測(cè)量作業(yè)。為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)全站儀問題，提高測(cè)量工作質(zhì)量，可建設(shè)全站儀校驗(yàn)場(chǎng)，通過定期校驗(yàn)儀器，客觀反映儀器精度，預(yù)防測(cè)量事故的發(fā)生。同時(shí)，定期對(duì)測(cè)量設(shè)備配件進(jìn)行檢查調(diào)校，確保正常使用。

5.2 測(cè)量設(shè)備規(guī)范管理

建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)量設(shè)備存放室，將測(cè)量設(shè)備分類編碼管理，做到一設(shè)備一臺(tái)賬，詳細(xì)記錄設(shè)備技術(shù)參數(shù)及使用、校驗(yàn)、維修、保養(yǎng)情況，實(shí)現(xiàn)全生命周期管理。

6 礦山測(cè)量技術(shù)發(fā)展前景展望

未來，隨著慣導(dǎo)系統(tǒng)、室內(nèi)定位技術(shù)[5]、5G通信技術(shù)、Lidar（激光雷法）技術(shù)在礦山井下的推廣使用，礦山測(cè)量技術(shù)必將隨之發(fā)生翻天覆地的變化，井下測(cè)量工作的開展必將越來越方便、快捷、高效。主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。

（1）巷道掘進(jìn)系統(tǒng)自帶定位導(dǎo)航功能，可實(shí)現(xiàn)一次定位，持續(xù)導(dǎo)航，自動(dòng)糾偏，保證巷道中腰線準(zhǔn)確無誤。

（2）采礦系統(tǒng)自帶定位導(dǎo)航功能，可實(shí)現(xiàn)記憶切割，接入回采區(qū)段三維地質(zhì)模型后，可自主規(guī)劃采礦路線，實(shí)現(xiàn)智能化采礦作業(yè)[6]。

7 結(jié)語

文章結(jié)合新形勢(shì)下礦山生產(chǎn)實(shí)際，從地面控制測(cè)量、井下控制測(cè)量、井下貫通測(cè)量、日常中腰線管理、測(cè)量設(shè)備管理5個(gè)方面系統(tǒng)總結(jié)了礦山測(cè)量技術(shù)管理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和技術(shù)要點(diǎn)，對(duì)礦山測(cè)量技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望，對(duì)做好礦山測(cè)量技術(shù)管理工作具有一定的指導(dǎo)意義和參考價(jià)值。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]張國(guó)良，朱家鈺，顧和和.礦山測(cè)量學(xué)[M].第2版.徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2008：215-231.

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