鄭衛(wèi)軍

（大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司云崗礦， 山西 大同 037017）

煤礦井下的貫通測量是指兩個以上同向或者相向的巷道在進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)時，為保證巷道之間的位置關(guān)系或者對接準(zhǔn)確性而進(jìn)行的測量作業(yè)，一般情況下煤礦井下的巷道貫通測量主要采用經(jīng)緯儀或者導(dǎo)線測量，但隨著綜采作業(yè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，煤礦井下巷道貫通距離不斷增加，最遠(yuǎn)的已達(dá)到20 km 以上，因此傳統(tǒng)的井下貫通測量方案在實(shí)際使用過程中暴露出了操作流程繁瑣、定位精度差的缺陷，無法滿足長距離巷道貫通測量時的精度要求[1]。本文提出了一種新的貫通測量方案，在運(yùn)輸巷掘進(jìn)作業(yè)過程中通過對導(dǎo)線測量和陀螺定向測量的綜合對比、修正，實(shí)現(xiàn)了長距離巷道的精確測量。同時在測量的過程中根據(jù)煤礦井下實(shí)際地址條件總結(jié)了影響井下貫通測量精度的因素，在測量的過程中對測量結(jié)果進(jìn)行精確的轉(zhuǎn)換和分析，根據(jù)設(shè)備的測量技術(shù)特點(diǎn)，利用不同設(shè)備測量不同的路線，最大限度的降低系統(tǒng)測量誤差的影響，根據(jù)實(shí)際驗(yàn)證結(jié)果可知，優(yōu)化后的井下貫通測量方案在高程方向上的最大誤差僅-0.113 m，在水平方向上的最大誤差僅-0.193 m，極大的提升了井下長距離巷道貫通測量的精度，具有極大的應(yīng)用推廣價值。

1 井下巷道貫通工程基本情況

井下巷道運(yùn)輸巷是將煤炭運(yùn)輸?shù)降孛嫔系闹黧w通道，直接關(guān)系到煤礦井下運(yùn)輸作業(yè)的效率和安全性，對巷道成型精度要求較高。某礦井下主井和副井之間的運(yùn)輸大巷長約20 km 屬于特大型井下貫通工程，對貫通測量的精度要滿足±0.3 m 內(nèi)，同時對施工工期要求較為嚴(yán)格，其煤礦井下貫通測量路徑如圖1 所示。

圖1 煤礦井下貫通測量路徑示意圖（mm）

由于該貫通工程屬于特大型的工程項(xiàng)目，在測量前需要根據(jù)井下巷道的實(shí)際結(jié)構(gòu)，對測量方案進(jìn)行研究，對測量過程中所使用設(shè)備的合理性進(jìn)行分析，對測量過程中的誤差進(jìn)行提前預(yù)測并制定減少測量誤差的方案，根據(jù)該項(xiàng)目的實(shí)際情況，針對復(fù)雜地質(zhì)條件下的測量特點(diǎn)，在施工中選擇了采用導(dǎo)線測量和陀螺定向測量的方案。

導(dǎo)線測量時，為了確保測量精度，在1 號外運(yùn)巷和2 號外運(yùn)輸巷分別采用測量精度為1.5 mm 和1 mm 的全站儀對其進(jìn)行測量，每次進(jìn)行兩個測回測量，連續(xù)進(jìn)行三次測量。另一組人員則采用測量精度為1 mm 的全站儀對其進(jìn)行二次測回測量，然后將所有測量結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)一匯總，取測得的加權(quán)平均值。

在采用陀螺儀進(jìn)行定向測量時，選擇測量精度為±5 mm 的陀螺經(jīng)緯儀進(jìn)行陀螺定向測量，將測量結(jié)果進(jìn)行匯總分析，并進(jìn)行貫通導(dǎo)線數(shù)據(jù)的修正。

在測量的過程中，為了確保測量精度，在水平巷道內(nèi)進(jìn)行測量時選擇了水準(zhǔn)儀進(jìn)行一級水準(zhǔn)測量，在傾斜巷道內(nèi)測量時采用了全站儀進(jìn)行三角高程測量，同時在每次測量的時候均選擇3 組人員進(jìn)行三次測量后取各組測量結(jié)果的加權(quán)平均值，最大限度的確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2 井下貫通測量方案

由于傳統(tǒng)的測量方案存在較大的測量誤差，因此在傳統(tǒng)測量方案的基礎(chǔ)上，依據(jù)所選擇的測量設(shè)備和測量方案，提出了新的貫通測量方法，該方案主要是對測量過程中的測角中誤差和陀螺定向的誤差量進(jìn)行優(yōu)化。在利用導(dǎo)線測量時對主要是對測量過程中的測量設(shè)備選擇和測量結(jié)果分析方法進(jìn)行優(yōu)化，在進(jìn)行測量設(shè)備選擇是根據(jù)測量區(qū)域的不同分別選擇了具有較高測量精度的全站儀，降低了在測量過程中的測量誤差，同時分兩組人員測量后將測量結(jié)果進(jìn)行加權(quán)平均，根據(jù)實(shí)際測量分析，該測量方案下能夠?qū)⒃谒椒较蛏系臏y量誤差控制在±0.08 m 內(nèi)，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)測量±0.7 m 的測量誤差。

陀螺定向誤差的優(yōu)化，為了降低傳統(tǒng)陀螺定向測量的誤差，同時又能夠降低在測量過程中的測量工序，提升測量效率，本文提出了有效的利用井下定線測量時的測量結(jié)果，在該測量結(jié)果的基礎(chǔ)上利用測量數(shù)值優(yōu)化公式[2]：

式中：M為陀螺定向測量誤差；m為陀螺儀的定向測量精度；ρ 為每次測量弧度的秒值，取206；Yn為表示每次測量時的中心坐標(biāo)；Yk為表示在相遇點(diǎn)處的北坐標(biāo)。

根據(jù)實(shí)際測量，優(yōu)化后的陀螺定向測量精度可達(dá)±0.21 mm。

3 井下貫通測量數(shù)據(jù)的分析

由于新的井下貫通測量方案中采用了多種測量設(shè)備共同配合作業(yè)，各設(shè)備的測量精度存在較大的差異性，為了統(tǒng)一測量分析結(jié)果，對各個測量數(shù)值均進(jìn)行了加權(quán)平均法進(jìn)行處理，對各個測量結(jié)果按照帶有誤差的方向附和導(dǎo)線進(jìn)行平差。陀螺儀的定向中誤差在設(shè)置時應(yīng)根據(jù)兩測回的的觀測誤差取對中值。全站儀的測角中誤差則應(yīng)首先對同組人員所測結(jié)果取平均值，然后對不同組人員的測量結(jié)果取加權(quán)平均值處理。各個設(shè)備的測距中誤差基本相同[3]，因此在進(jìn)行測量時統(tǒng)一設(shè)置為1/40 000，滿足測量標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一需求。在對各個測量數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析時，對數(shù)據(jù)按帶有誤差方向進(jìn)行平差處理，并根據(jù)巷道掘進(jìn)方向進(jìn)行定位修正，確保滿足精確測量的需求。

4 結(jié)論

針對傳統(tǒng)的貫通測量方案在水平方向和高程方向上的誤差均超過1 m，無法滿足長距離運(yùn)輸大巷的貫通測量需求的現(xiàn)狀，通過對導(dǎo)線測量和陀螺定向測量的綜合對比、修正，實(shí)現(xiàn)了長距離巷道的精確測量，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用表明：

1）進(jìn)行貫通測量設(shè)備選擇時，在水平巷道內(nèi)進(jìn)行測量時選擇了水準(zhǔn)儀進(jìn)行一級水準(zhǔn)測量，在傾斜巷道內(nèi)測量時采用了全站儀進(jìn)行三角高程測量，導(dǎo)線測量時選擇不同精度的全站儀進(jìn)行測量。

2）對各個測量數(shù)值均進(jìn)行了加權(quán)平均法進(jìn)行處理，對各個測量結(jié)果按照帶有誤差的方向附和導(dǎo)線進(jìn)行平差，確保對數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性。

3）根據(jù)實(shí)際驗(yàn)證，優(yōu)化后的測量方案，陀螺定向測量精度可達(dá)±0.21 mm，測角中誤差控制在±0.08 m內(nèi)，極大地提升了煤礦井下巷道貫通測量的精度。