長(zhǎng)角短邊法在井下導(dǎo)線測(cè)量中的應(yīng)用

姜 鑫

（山西宏宇誠(chéng)鑄建設(shè)工程有限公司，山西 朔州 038300）

導(dǎo)線測(cè)量是礦山測(cè)量中重要一個(gè)分支。 導(dǎo)線測(cè)量主要將采掘巷道中若干個(gè)導(dǎo)線點(diǎn)連接成折線，利用專業(yè)測(cè)量?jī)x器以及測(cè)量方法依次測(cè)量出各個(gè)導(dǎo)線點(diǎn)方位坐標(biāo)[1-5]，從而對(duì)采掘巷道掘進(jìn)方向及高程進(jìn)行控制。 導(dǎo)線測(cè)量效率及精度直接影響著巷道掘進(jìn)精度，一旦導(dǎo)線測(cè)量出現(xiàn)誤差，很容易發(fā)生重大煤礦安全事故，如貫通誤差事故、空巷掘進(jìn)事故等，制約著巷道安全快速掘進(jìn)。 在煤礦井下實(shí)際導(dǎo)線測(cè)量中，受井下作業(yè)環(huán)境、測(cè)量方法、測(cè)量設(shè)備等影響，測(cè)量效率低[6]、測(cè)量勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度大以及誤差率高，難以滿足巷道高精度快速掘進(jìn)需求[7]。以麻家梁煤礦14106 回風(fēng)順槽導(dǎo)線測(cè)量為例，對(duì)巷道掘進(jìn)前期導(dǎo)線測(cè)量主要存在的問題進(jìn)行分析，并根據(jù)現(xiàn)狀對(duì)原導(dǎo)線測(cè)量方法進(jìn)行優(yōu)化，提出了長(zhǎng)角短邊導(dǎo)線測(cè)量法。

1 概述

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)麻家梁礦14106 回風(fēng)順槽位于一采區(qū)中部，巷道西部為14104 采空區(qū)，南部為運(yùn)輸大巷，東部為實(shí)煤區(qū)，西部為井田邊界。14106 回風(fēng)順槽設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為1 490 m，巷道沿4#煤層底板掘進(jìn)，巷道寬度為4.2 m，高度為3.5 m。4#煤層為石炭系煤層，煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，賦存穩(wěn)定性差，煤層內(nèi)含4-6 層泥巖及砂巖，夾矸總厚度為0.9 m，煤層可采厚度為9.20 m，平均傾角為5°。 煤層直接頂以砂質(zhì)泥巖為主，平均厚度為1.8 m；基本頂以粗砂巖為主，平均厚度為12 m，直接底以炭質(zhì)泥巖為主，平均厚度為6.7 m。

14106 回風(fēng)順槽采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)工藝，采用EBZ260 型掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)，采用SSJ-800 型帶式輸送機(jī)運(yùn)輸煤矸，巷道單進(jìn)水平為7.2 m/d，截至2020年8月19日巷道已掘進(jìn)640 m。

2掘進(jìn)機(jī)前期傳統(tǒng)導(dǎo)線測(cè)量方法及問題

2.1 傳統(tǒng)導(dǎo)線測(cè)量方法

14106 回風(fēng)順槽在前期掘進(jìn)過程中每掘進(jìn)50m 進(jìn)行一次導(dǎo)線延伸，以有效控制巷道掘進(jìn)方向。 每次導(dǎo)線測(cè)量時(shí)布置三個(gè)導(dǎo)線點(diǎn)，導(dǎo)線間距為10～15 m，具體測(cè)量方法如下：首先將測(cè)量?jī)x器架設(shè)在已知導(dǎo)線點(diǎn)B 上，在已知導(dǎo)線點(diǎn)A 和待測(cè)點(diǎn)C 上吊掛棱鏡進(jìn)行觀測(cè)，從而測(cè)得待測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)參數(shù)，以此類推直至所有導(dǎo)線點(diǎn)測(cè)量完成，測(cè)量方法如圖1 所示。 該方法進(jìn)行導(dǎo)線測(cè)量時(shí)架設(shè)儀器以及儀器對(duì)中整平次數(shù)根據(jù)巷道導(dǎo)線點(diǎn)數(shù)量而定，若巷道內(nèi)布置N 個(gè)導(dǎo)線點(diǎn)，則需安裝N 次儀器。

圖1 傳統(tǒng)導(dǎo)線測(cè)量施工

2.2 前期巷道導(dǎo)線測(cè)量現(xiàn)狀

14106 回風(fēng)順槽在前期掘進(jìn)中共計(jì)進(jìn)行11 次導(dǎo)線測(cè)量，共計(jì)布置導(dǎo)線點(diǎn)33 個(gè)，平均巷道掘進(jìn)55 m 進(jìn)行一次導(dǎo)線延伸。 在導(dǎo)線測(cè)量過程中，由于巷道內(nèi)風(fēng)速大、 粉塵濃度高，以及測(cè)量空間有限，導(dǎo)致測(cè)量受環(huán)境影響大，測(cè)量誤差率高。 通過現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)，受導(dǎo)線測(cè)量誤差傳遞影響，14106回風(fēng)順槽掘進(jìn)至605～620 m 段時(shí)，巷道中線與設(shè)計(jì)中線出現(xiàn)偏差，致使巷道必須進(jìn)行擴(kuò)幫，造成巷道右?guī)统瑢?，最大超寬達(dá)1.4 m，不僅增加了巷道支護(hù)工程量，影響巷道成型率，而且很容易發(fā)生頂板垮落事故，影響巷道的安全掘進(jìn)。

2.3 傳統(tǒng)導(dǎo)線測(cè)量主要問題

（1）勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度大：傳統(tǒng)導(dǎo)線測(cè)量方法作業(yè)時(shí)，需5 個(gè)人相互配合，即一人觀測(cè)，兩人吊掛棱鏡，兩人記錄數(shù)據(jù)。 由于14106 回風(fēng)順槽設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為1 490 m，需布設(shè)90 個(gè)導(dǎo)線點(diǎn)，測(cè)量時(shí)需多人協(xié)調(diào)設(shè)備搬運(yùn)、測(cè)量，從而增加了測(cè)量過程中勞動(dòng)強(qiáng)度。

（2）測(cè)量效率低：傳統(tǒng)導(dǎo)線測(cè)量時(shí)每個(gè)測(cè)點(diǎn)觀測(cè)后需重新安裝一次測(cè)量?jī)x器，并需對(duì)中整平，測(cè)量工序繁瑣、測(cè)量周期長(zhǎng)。 14106 回風(fēng)順槽前期導(dǎo)線測(cè)量時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)每個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)量時(shí)間為1.2 h，每進(jìn)行一次導(dǎo)線測(cè)量延伸需用時(shí)4 h 左右，不僅影響著巷道掘進(jìn)施工，而且大大降低了導(dǎo)線測(cè)量效率。

（3）測(cè)量誤差大：在井下導(dǎo)線測(cè)量中誤差主要由儀器誤差和測(cè)量誤差兩方面造成的，傳統(tǒng)導(dǎo)線測(cè)量?jī)x器對(duì)中整平次數(shù)多，受環(huán)境及測(cè)量人員技術(shù)水平等限制[8]，測(cè)量過程中儀器對(duì)中誤差率高，且誤差累計(jì)，從而降低了巷道長(zhǎng)距離導(dǎo)線測(cè)量精度。

3 長(zhǎng)角短邊導(dǎo)線測(cè)量法應(yīng)用分析

3.1 長(zhǎng)角短邊導(dǎo)線測(cè)量原理

長(zhǎng)角短邊導(dǎo)線測(cè)量主要利用一組已知導(dǎo)線點(diǎn)作為參數(shù)點(diǎn)，將若干個(gè)可見的待測(cè)導(dǎo)線點(diǎn)作為觀測(cè)點(diǎn)，對(duì)每個(gè)待測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，測(cè)出測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)[9]。與傳統(tǒng)導(dǎo)線測(cè)量方法相比，長(zhǎng)角短邊導(dǎo)線測(cè)量法在可見范圍內(nèi)可對(duì)多個(gè)導(dǎo)線點(diǎn)一次性觀測(cè)，減少了測(cè)量?jī)x器安裝次數(shù)和對(duì)中整平次數(shù)，簡(jiǎn)化了導(dǎo)線測(cè)量工序，縮短了測(cè)量時(shí)間[10]。

3.2 長(zhǎng)角短邊導(dǎo)線測(cè)量方案

以14106 回風(fēng)順槽一組導(dǎo)線點(diǎn)為例，導(dǎo)線點(diǎn)編號(hào)為A、B、C，其中A 點(diǎn)為已知點(diǎn)，B、C 點(diǎn)為已測(cè)點(diǎn)，C1、C2、C3...Cn 為巷道內(nèi)布置的待測(cè)導(dǎo) 線點(diǎn)。具體導(dǎo)線測(cè)量方法如下：

（1）在進(jìn)行長(zhǎng)角短邊導(dǎo)線測(cè)量前需對(duì)已測(cè)導(dǎo)線點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測(cè)，復(fù)測(cè)時(shí)將全站儀架設(shè)在已測(cè)點(diǎn)B上，對(duì)A、C兩點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，復(fù)測(cè)時(shí)主要確定已測(cè)點(diǎn)是否發(fā)生位移。

（2）復(fù)測(cè)工作完成后，在已測(cè)點(diǎn)C 上安裝儀器并對(duì)中整平，依次在可見待測(cè)點(diǎn)C1、C2、C3上安裝棱鏡，進(jìn)行∠BCC1、∠BCC2、∠BCC3等角度測(cè)量；同時(shí)采用鋼尺對(duì)CC1、C1C2、C2C3之間距離S1、S2、S3進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，并量取儀器高和視高，如圖2 所示，此時(shí)第一個(gè)測(cè)站測(cè)量工作完成。

圖2 長(zhǎng)角短邊法導(dǎo)線測(cè)量平面

（3）待第一組測(cè)點(diǎn)準(zhǔn)確測(cè)量后，將測(cè)量?jī)x器安裝在C3上并進(jìn)行對(duì)中整平，同樣方法對(duì)C3點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)算，確認(rèn)無誤后采用與第一組相同的測(cè)量方法對(duì)下一組可見的待測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，依此類推直至巷道掘進(jìn)到位。

3.3 長(zhǎng)角短邊法導(dǎo)線測(cè)量?jī)?yōu)點(diǎn)

（1）降低了導(dǎo)線測(cè)量工作量：采用長(zhǎng)角短邊導(dǎo)線測(cè)量時(shí)，減少了測(cè)量過程中儀器安裝及對(duì)中整平次數(shù)，減少了測(cè)量工作量。 以14106 回風(fēng)順槽為例，巷道內(nèi)共布置90 個(gè)導(dǎo)線點(diǎn)，采用傳統(tǒng)導(dǎo)線測(cè)量時(shí)需安裝儀器90 次，并進(jìn)行觀測(cè)；而采用長(zhǎng)角短邊導(dǎo)線測(cè)量時(shí)，以每個(gè)測(cè)站可觀測(cè)到5 個(gè)測(cè)點(diǎn)，整條巷道只需布置14 個(gè)測(cè)站，進(jìn)行14 次導(dǎo)線點(diǎn)測(cè)量即可，減少了測(cè)點(diǎn)觀測(cè)數(shù)量76 個(gè)，測(cè)量周期縮短了2/3，大大提高導(dǎo)線測(cè)量效率，降低了導(dǎo)線測(cè)量的勞動(dòng)強(qiáng)度。

（2）提高了測(cè)量精度：在導(dǎo)線測(cè)量過程中誤差源主要來自測(cè)角誤差和測(cè)邊誤差，一般測(cè)角誤差大于側(cè)邊誤差；而采用長(zhǎng)角短邊導(dǎo)線測(cè)量時(shí)測(cè)點(diǎn)數(shù)量減少，相鄰兩個(gè)測(cè)點(diǎn)之間距離增加，減少了測(cè)角數(shù)量，從而有效避免了測(cè)角誤差累積及傳遞現(xiàn)象，同時(shí)測(cè)量減少了儀器對(duì)中次數(shù)，降低了儀器對(duì)中誤差，從而大大提高了導(dǎo)線測(cè)量精度。

（3）實(shí)用性強(qiáng)：長(zhǎng)角短邊導(dǎo)線測(cè)量不僅可用于井下采掘巷道、硐室等測(cè)量，而且還可用于礦山、橋梁、隧道等測(cè)量，特別是在復(fù)雜地段，如礦區(qū)、山區(qū)等通視差、遮擋物多等地段，采用該方法進(jìn)行導(dǎo)線測(cè)量可減少測(cè)點(diǎn)數(shù)量，簡(jiǎn)化測(cè)量工序，減少測(cè)量?jī)?nèi)外業(yè)工程量。

4 結(jié)語(yǔ)

截至2021年2月，14106 回風(fēng)順槽已掘進(jìn)到位，且與14106 切巷順利貫通。 采用長(zhǎng)角短邊法進(jìn)行導(dǎo)線測(cè)量，14106 回風(fēng)順槽在后期掘進(jìn)時(shí)共計(jì)布置10 個(gè)測(cè)站，每個(gè)測(cè)站觀測(cè)時(shí)間為1.5 h，共計(jì)用時(shí)15 h，測(cè)量效率提高了90%；而且采用該測(cè)量方法后14106 回風(fēng)順槽順利與切巷貫通，貫通誤差率低于1.2%，取得了顯著成效。