井下導(dǎo)線測(cè)量技術(shù)優(yōu)化與成果分析

趙福濤

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)云崗礦地測(cè)科，山西 大同 037017）

在礦山測(cè)量中，煤礦井下的導(dǎo)線測(cè)量占有重要的地位，煤礦井下的各個(gè)平面點(diǎn)的精確測(cè)量都是通過(guò)井下的導(dǎo)線測(cè)量方法實(shí)現(xiàn)的，尤其在長(zhǎng)距離巷道掘進(jìn)工作當(dāng)中。在煤礦井下進(jìn)行測(cè)量的過(guò)程中，地質(zhì)條件和具體方法都會(huì)影響測(cè)量結(jié)果，最終影響采掘工作的安全進(jìn)行。因此，對(duì)傳統(tǒng)導(dǎo)線測(cè)量方法進(jìn)行優(yōu)化意義重大。以某煤礦的測(cè)量工作為載體，對(duì)提出的長(zhǎng)角短邊導(dǎo)線測(cè)量方法進(jìn)行驗(yàn)證，尋找一種能夠提升導(dǎo)線測(cè)量精度的新途徑[1]。

1 工程概述

案例中煤礦巷道的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度大致為1 200 m左右，巷道的斷面尺寸設(shè)計(jì)為4.5 m×4.0 m，均厚為6 m。礦井的切巷已施工完畢，且運(yùn)巷將再掘進(jìn)1 100 m與切巷貫通。由于巷道內(nèi)風(fēng)速、粉塵、人員和設(shè)備數(shù)量等因素影響，在進(jìn)行常規(guī)的巷道導(dǎo)線測(cè)量過(guò)程中，作業(yè)強(qiáng)度直線增加，巷道的順利貫通失去保障。

2 常規(guī)傳統(tǒng)巷道導(dǎo)線測(cè)量方法問(wèn)題分析

2.1 常規(guī)傳統(tǒng)導(dǎo)線測(cè)量施工方法

礦井的運(yùn)巷在采掘工作工期中，導(dǎo)線點(diǎn)延伸工作是在每掘進(jìn)30 m之后。為保持巷道掘進(jìn)的精度，導(dǎo)線點(diǎn)每組3個(gè)，在實(shí)際導(dǎo)線測(cè)量過(guò)程中，儀器設(shè)備的設(shè)定在已知導(dǎo)線點(diǎn)上，將已知導(dǎo)線點(diǎn)坐標(biāo)的具體值納入體系中，隨后通過(guò)待測(cè)導(dǎo)線點(diǎn)架設(shè)儀器完成前后視點(diǎn)的觀察數(shù)據(jù)采集，做好待測(cè)導(dǎo)線點(diǎn)具體坐標(biāo)的計(jì)算，將N個(gè)導(dǎo)線點(diǎn)設(shè)定在煤礦井下巷道內(nèi)，然后在點(diǎn)上架設(shè)儀器到巷道掘進(jìn)的地方[1]，如圖1所示。

圖1 常用導(dǎo)線測(cè)量技術(shù)

2.2 傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)主要存在的技術(shù)難題

當(dāng)前的貫通測(cè)量技術(shù)遇到的困境，只有通過(guò)對(duì)具體問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)分析，才能夠從根本上找出解決問(wèn)題的方法。表1為其中較為重要的幾個(gè)問(wèn)題[2]。

表1 傳統(tǒng)貫通測(cè)量技術(shù)存在具體問(wèn)題

3 優(yōu)化的基本原理和實(shí)測(cè)方法

3.1 長(zhǎng)角短邊法原理

長(zhǎng)角短邊法導(dǎo)線測(cè)量當(dāng)中，通過(guò)對(duì)其中一種參數(shù)導(dǎo)線點(diǎn)的引入，實(shí)現(xiàn)對(duì)可見(jiàn)的若干個(gè)待測(cè)導(dǎo)線點(diǎn)的全部觀測(cè)效果，坐標(biāo)可以一次分析得到。設(shè)備儀器架設(shè)、對(duì)中和整平次數(shù)大大減少，提升了導(dǎo)線測(cè)量效率，同時(shí)，導(dǎo)線測(cè)量精度也有很大提升。

3.2 測(cè)量方法

案例中的巷道在掘進(jìn)施工中，引入7″級(jí)布設(shè)形式。巷道復(fù)測(cè)的準(zhǔn)確導(dǎo)線點(diǎn)用A、B、C代表，待測(cè)點(diǎn)用Cn表示，在具體實(shí)時(shí)過(guò)程中，帶來(lái)較多的誤差，降低了結(jié)果精度，使得巷道安全順利貫通失去保障，具體方法過(guò)程如表2所示[3]。

表2 長(zhǎng)角短邊測(cè)量法

3.3 長(zhǎng)角短邊法導(dǎo)線測(cè)量計(jì)算

根據(jù)新的優(yōu)化算法，案例中的各個(gè)點(diǎn)位計(jì)算方法如下頁(yè)圖2所示。

圖2 長(zhǎng)角短邊法導(dǎo)線測(cè)量平面

設(shè)備點(diǎn)位于C點(diǎn)，隨后按照β1、β2、β3順序測(cè)出角度。再測(cè)到S1、S2、S3的具體數(shù)值。計(jì)算出α、γ，得到C2、C3導(dǎo)線點(diǎn)坐標(biāo)：

在B位置上，β的三個(gè)位置同樣能測(cè)量得到，再測(cè)出S1以及S2具體數(shù)值，那么SCC2、SCC3也能計(jì)算出，最終依次到C2、C3。具體算法為：

式中，S為邊長(zhǎng)，m；β為方位角，°；γ為CC3與CC2夾角，（°）；α為CC2與CC1夾角，（°）。根據(jù)這個(gè)方法，其余點(diǎn)位數(shù)據(jù)都能夠算出[4]。

4 優(yōu)化后的測(cè)量方法的工程運(yùn)用優(yōu)勢(shì)

優(yōu)化后的測(cè)量方法在實(shí)際工程運(yùn)用中降低了工作量，提升了工作精度，實(shí)用性強(qiáng)。

4.1 導(dǎo)線點(diǎn)測(cè)量工作量降低

相比于常規(guī)使用的導(dǎo)線測(cè)量方法，優(yōu)化后的方法大大降低了測(cè)量工作量。在本案例的貫通測(cè)量工作中，礦井的巷道減少了近30個(gè)點(diǎn)的測(cè)量工作，測(cè)量工作量明顯減少，提升了整個(gè)工程的效率。

4.2 降低導(dǎo)線測(cè)量誤差

傳統(tǒng)的測(cè)量工作中，測(cè)邊誤差以及測(cè)角誤差是導(dǎo)致最終測(cè)量誤差的兩大方面。經(jīng)過(guò)優(yōu)化的長(zhǎng)角短邊法的導(dǎo)線測(cè)量工作，測(cè)站數(shù)量明顯減少，大大降低了由于誤差累積產(chǎn)生的巨大誤差，使得導(dǎo)線測(cè)量精度得到顯著提升。

在優(yōu)化后的長(zhǎng)角短邊法導(dǎo)線測(cè)量工作中，伴隨著設(shè)備整平以及對(duì)中次數(shù)的減少，降低了測(cè)量誤差。通過(guò)測(cè)量次數(shù)的減少，使得最終測(cè)量精度得到有效保障[5]。

4.3 實(shí)用性強(qiáng)

優(yōu)化后的測(cè)量方法還可應(yīng)用于地面礦山、建筑導(dǎo)線測(cè)量等一些多阻擋物和多測(cè)量次數(shù)的山區(qū)或者工業(yè)園區(qū)的測(cè)量工作中，測(cè)量數(shù)據(jù)減少，計(jì)算過(guò)程減少，測(cè)量精度顯著提高[6]。

該優(yōu)化后的測(cè)量技術(shù)在工作面實(shí)際運(yùn)用后，在巷道只需要設(shè)定8個(gè)測(cè)量點(diǎn)，用時(shí)9.6 h結(jié)束，而傳統(tǒng)的測(cè)量方法需要數(shù)倍于當(dāng)前方法測(cè)量點(diǎn)數(shù)，且常規(guī)的測(cè)量方法比優(yōu)化的方法需要多用時(shí)20 h以上。在精度方面，本案例使用優(yōu)化后的方法進(jìn)行相關(guān)的測(cè)量，最終巷道與中切巷精準(zhǔn)完成貫通，在整個(gè)項(xiàng)目中測(cè)量的精度能提高九成以上，這為煤礦巷道的順利貫通提供了良好的保障，對(duì)工程安全、順利完成具有重大意義。

5 結(jié)論

1）該方法降低了導(dǎo)線點(diǎn)的布置量，降低了整個(gè)項(xiàng)目的勞動(dòng)強(qiáng)度。

2）該方法能夠降低數(shù)據(jù)的內(nèi)容量，降低計(jì)算次數(shù)，使得誤差產(chǎn)生的概率減少，同時(shí)還能夠降低誤差的累積，大大提升了測(cè)量精度。

3）該技術(shù)能夠有效降低工作時(shí)間，縮短了整個(gè)測(cè)量工作的工期。該技術(shù)的使用，不僅能夠提升效率，同時(shí)還能夠有效提升測(cè)量的精度。實(shí)踐證明了該技術(shù)的實(shí)用意義，也為同行業(yè)提供了一種有效的借鑒方式。