井下全站儀導(dǎo)線測(cè)量方法的優(yōu)化及應(yīng)用

張 磊

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)晉華宮礦，山西 大同 037001）

導(dǎo)線測(cè)量是礦山測(cè)量工作中重要的一項(xiàng)內(nèi)容。導(dǎo)線測(cè)量主要將若干個(gè)導(dǎo)線點(diǎn)連接成折線，依次測(cè)量規(guī)格邊長(zhǎng)、導(dǎo)線點(diǎn)坐標(biāo)、高程等。傳統(tǒng)煤礦井下導(dǎo)線主要采用全站儀進(jìn)行井下測(cè)量，一般需3～5 人配合施工，但是由于井下施工條件復(fù)雜、測(cè)量工作受施工環(huán)境影響大、測(cè)量人員專業(yè)技術(shù)水平有限等影響，采用傳統(tǒng)全站儀導(dǎo)線測(cè)量時(shí)存在測(cè)量效率低、精度差、勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度大以及設(shè)備損壞嚴(yán)重等問題，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果無法滿足井下采掘施工要求，嚴(yán)重制約著井下巷道安全快速掘進(jìn)。本文以晉華宮礦2103 運(yùn)輸順槽為研究對(duì)象，針對(duì)巷道前期掘進(jìn)過程中傳統(tǒng)導(dǎo)線測(cè)量方法中存在的主要問題，對(duì)原導(dǎo)線測(cè)量方法進(jìn)行合理優(yōu)化，提出了“全站儀三腳架導(dǎo)線測(cè)量法”，力求進(jìn)一步提高導(dǎo)線測(cè)量精度，降低測(cè)量誤差，避免因測(cè)量誤差導(dǎo)致礦山安全事故發(fā)生。

1 2103運(yùn)輸順槽概述

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)晉華宮礦2103 運(yùn)輸順槽位于301 采區(qū)，南至12-2 號(hào)層301 盤區(qū)回風(fēng)巷，西部為8103 回采工作面，東部、北部均為實(shí)體。

2103 運(yùn)輸順槽設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為632 m，巷道斷面規(guī)格為寬×高=4.5 m×3.5 m，巷道掘進(jìn)煤層為12-2 號(hào)層，煤層賦存穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，東部為分叉區(qū)，西部為合并區(qū)。煤層平均厚度為6.52 m，平均傾角為5°。2103 運(yùn)輸順槽采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)工藝，截至目前巷道已掘進(jìn)240 m。

巷道掘進(jìn)期間，通過導(dǎo)線點(diǎn)對(duì)巷道延伸進(jìn)行控制，巷道每掘進(jìn)40 m 布置1 組導(dǎo)線點(diǎn)（共計(jì)3 個(gè)），在現(xiàn)場(chǎng)由地測(cè)科對(duì)導(dǎo)線點(diǎn)進(jìn)行延伸及標(biāo)定。巷道掘進(jìn)前期主要采用全站儀依次對(duì)導(dǎo)線點(diǎn)進(jìn)行給定，但采用傳統(tǒng)全站儀導(dǎo)線測(cè)量時(shí)，使用1 臺(tái)全站儀、1 臺(tái)三腳架以及1 臺(tái)棱鏡等設(shè)備進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量工序復(fù)雜、儀器對(duì)中整平次數(shù)多，導(dǎo)致導(dǎo)線測(cè)量精度低、誤差率高。通過現(xiàn)場(chǎng)復(fù)測(cè)發(fā)現(xiàn)，2103 運(yùn)輸順槽在掘進(jìn)至220 m 處時(shí)巷道出現(xiàn)偏差，向巷道左幫設(shè)計(jì)位置偏離0.8 m，對(duì)此，晉華宮礦地測(cè)科決定對(duì)原導(dǎo)線測(cè)量方法進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。

2 全站儀導(dǎo)線測(cè)量方法優(yōu)化

為了解決傳統(tǒng)全站儀導(dǎo)線測(cè)量時(shí)工序復(fù)雜、測(cè)量誤差率高、勞動(dòng)強(qiáng)度大等技術(shù)難題，決定對(duì)2103 運(yùn)輸順槽采用三腳架法進(jìn)行導(dǎo)線測(cè)量?jī)?yōu)化。

2.1 測(cè)量前準(zhǔn)備工作

1）儀器及人員配備：采用三腳架法導(dǎo)線測(cè)量時(shí)，需配備1 臺(tái)全站儀、3 副三腳架、2 個(gè)棱鏡和2 個(gè)鉛錘覘標(biāo)；此外，還需配備4 名測(cè)量人員，1 人觀測(cè)、1 人記錄、2 人對(duì)前后棱鏡進(jìn)行照明。

2）導(dǎo)線點(diǎn)復(fù)測(cè)：在利用三腳架法進(jìn)行導(dǎo)線測(cè)量前，需對(duì)起始點(diǎn)、已知點(diǎn)間進(jìn)行復(fù)測(cè)，并將復(fù)測(cè)結(jié)果與前一次測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，若復(fù)測(cè)數(shù)據(jù)無誤，方可使用，若存在誤差則必須及時(shí)更正；同時(shí)應(yīng)對(duì)起始點(diǎn)、已知點(diǎn)位移情況進(jìn)行檢查，防止因采動(dòng)影響而導(dǎo)致已知點(diǎn)發(fā)生位移現(xiàn)象。

3）儀器檢查：在采用三腳架法導(dǎo)線測(cè)量前，應(yīng)對(duì)測(cè)量設(shè)備進(jìn)行檢查，檢查內(nèi)容主要包括設(shè)備完好情況、設(shè)備內(nèi)部光學(xué)元件精密度等，避免因設(shè)備損壞而導(dǎo)致測(cè)量精度降低，產(chǎn)生測(cè)量誤差。

2.2 三腳架法導(dǎo)線測(cè)量方法

全站儀三腳架法導(dǎo)線測(cè)量示意圖如下頁(yè)圖1 所示，具體測(cè)量方法為：

圖1 全站儀三腳架法導(dǎo)線測(cè)量示意圖

1）首先將3 副三腳架分別安裝在A、B、C 三個(gè)導(dǎo)線點(diǎn)下方，其中A 點(diǎn)為起始點(diǎn)、B 點(diǎn)為已測(cè)點(diǎn)、C 點(diǎn)為待測(cè)點(diǎn)；三腳架整平對(duì)中后，在A 點(diǎn)三腳架上安裝1套全站儀，在B、C 兩點(diǎn)上安裝棱鏡，并進(jìn)行整平對(duì)中。

2）待全站儀、棱鏡安裝完成后，進(jìn)行角度、邊長(zhǎng)測(cè)量，測(cè)量方法與傳統(tǒng)導(dǎo)線測(cè)量方法相同；待第一個(gè)測(cè)站觀測(cè)完成且測(cè)量出待測(cè)點(diǎn)C 點(diǎn)坐標(biāo)后，將B 點(diǎn)三角架移動(dòng)至導(dǎo)線點(diǎn)D 下方，并對(duì)中整平，并將B 點(diǎn)棱鏡移動(dòng)至A 點(diǎn)三腳架上；將A 點(diǎn)全站儀移動(dòng)至C 點(diǎn)上，此時(shí)B、C 點(diǎn)為已知點(diǎn)，D 點(diǎn)為待測(cè)點(diǎn)，以同樣的測(cè)量方法測(cè)量出D 點(diǎn)坐標(biāo)。

3）采用三角架法進(jìn)行導(dǎo)線測(cè)量時(shí)，第一個(gè)測(cè)點(diǎn)需對(duì)3 副三腳架、1 臺(tái)全站儀進(jìn)行整平對(duì)中，在后續(xù)測(cè)量時(shí)只需對(duì)待測(cè)點(diǎn)處三腳架進(jìn)行對(duì)中整平即可，直至整個(gè)巷道導(dǎo)線測(cè)量完成。

2.3 測(cè)量期間注意事項(xiàng)

1）在進(jìn)行一次導(dǎo)線測(cè)量期間，不得變更棱鏡、全站儀型號(hào)，以防儀器設(shè)備參數(shù)出現(xiàn)偏差導(dǎo)致測(cè)量誤差，儀器移動(dòng)后必須保證儀器中心在同一鉛垂線上，從而降低鉛錘誤差。

2）在導(dǎo)線測(cè)量時(shí)移動(dòng)全站儀及棱鏡的過程中，嚴(yán)禁觸碰三角架以及儀器基座，儀器及棱鏡安裝后必須對(duì)水準(zhǔn)管進(jìn)行校準(zhǔn)，若發(fā)現(xiàn)偏差時(shí)必須重新對(duì)中整平。

3）在對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄時(shí)，測(cè)量人員必須嚴(yán)格對(duì)每一次測(cè)量站點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確復(fù)測(cè)，以提高測(cè)量數(shù)據(jù)精度，保證外業(yè)測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤。

3 全站儀三腳架導(dǎo)線測(cè)量實(shí)際應(yīng)用

3.1 應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

1）適應(yīng)性強(qiáng)。與傳統(tǒng)導(dǎo)線測(cè)量方法相比，三腳架法導(dǎo)線測(cè)量對(duì)施工環(huán)境要求相對(duì)較低，傳統(tǒng)方法主要將棱鏡吊掛在導(dǎo)線點(diǎn)下方，受施工環(huán)境中風(fēng)流、粉塵濃度影響較大，而該方法采用將棱鏡安裝在三腳架上，不受環(huán)境影響；同時(shí)采用該方法時(shí)可隨意設(shè)置站點(diǎn)，解決了傳統(tǒng)導(dǎo)線點(diǎn)觀測(cè)時(shí)視線受阻嚴(yán)重、能見度低等技術(shù)難題。

2）降低了勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度。采用三腳架法進(jìn)行導(dǎo)線測(cè)量時(shí)，每次在第一個(gè)測(cè)站處對(duì)測(cè)量設(shè)備進(jìn)行三次整平對(duì)中即可，在以后的測(cè)量中只需對(duì)待測(cè)點(diǎn)三腳架及棱鏡對(duì)中整平即可，與傳統(tǒng)導(dǎo)線測(cè)量相比，大大減少了測(cè)量?jī)x器對(duì)中整平次數(shù)，降低了測(cè)量勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度，簡(jiǎn)化了測(cè)量工序，縮短了測(cè)量時(shí)間。

3）提高了導(dǎo)線測(cè)量精度。在巷道導(dǎo)線測(cè)量中，若整條巷道需要進(jìn)行N 次導(dǎo)線測(cè)量，每次布置m 個(gè)導(dǎo)線點(diǎn)，采用傳統(tǒng)導(dǎo)線測(cè)量時(shí)需對(duì)儀器整平對(duì)中次數(shù)為mN 次；而采用三腳架法進(jìn)行導(dǎo)線測(cè)量時(shí)，只需整平對(duì)中m+（N-1）次，大大減少了測(cè)量過程中儀器對(duì)中整平次數(shù)，避免了儀器對(duì)中誤差傳遞現(xiàn)象，提高了導(dǎo)線測(cè)量精度。

3.2 實(shí)際應(yīng)用效果分析

截至2020 年9 月，2103 運(yùn)輸順已掘進(jìn)到位，巷道在后期掘進(jìn)過程中共計(jì)布置10 個(gè)測(cè)站、30 個(gè)導(dǎo)線點(diǎn)。通過采用三腳架法進(jìn)行導(dǎo)線測(cè)量后，每次測(cè)站測(cè)量時(shí)間由原來的3.2 h 降低為1.5 h，巷道在后期掘進(jìn)過程中，巷道導(dǎo)線誤差控制在了150 mm 以下，大大降低了導(dǎo)線測(cè)量誤差率，有效保證了2103 運(yùn)輸順槽與8103 工作面切巷的順利貫通。

4 結(jié)語

合理優(yōu)化全站儀導(dǎo)線測(cè)量方法對(duì)提高導(dǎo)線測(cè)量精度、降低測(cè)量誤差具有重要意義。晉華宮礦地質(zhì)科對(duì)2103 運(yùn)輸順槽掘進(jìn)過程中導(dǎo)線測(cè)量方法進(jìn)行優(yōu)化，采取了全站儀三腳架法，通過實(shí)際應(yīng)用效果來看，采用優(yōu)化后的導(dǎo)線測(cè)量方法后，大大提高了導(dǎo)線測(cè)量精度，降低了導(dǎo)線測(cè)量勞動(dòng)強(qiáng)度，且該方法適用于復(fù)雜條件下的采掘工作面，滿足巷道安全高效掘進(jìn)需求，取得了顯著應(yīng)用成效。