李建力

(晉煤集團(tuán)寺河煤礦，山西 晉城 048205)

0 引言

隨著礦井開(kāi)采水平逐漸地向邊界深部延伸，長(zhǎng)距離的工作面相繼布設(shè)。使用傳統(tǒng)的測(cè)量方法很難滿(mǎn)足礦井生產(chǎn)需求。于是將用于隧道、井工直伸型巷道貫通用的陀螺全站儀引用到大采高長(zhǎng)距離工作面貫通測(cè)量中。

井下作業(yè)環(huán)境較為復(fù)雜，比如風(fēng)大、視線不暢、淋水等因素都對(duì)貫通測(cè)量精度帶來(lái)不利的影響。使用傳統(tǒng)的測(cè)量方法使得長(zhǎng)距離工作面貫通必須多測(cè)幾遍導(dǎo)線、多架設(shè)幾次儀器，多測(cè)幾個(gè)測(cè)回等，這樣的方法既費(fèi)時(shí)、又費(fèi)力而且測(cè)量精度不高。這樣的方法顯然已不適應(yīng)礦井測(cè)量的發(fā)展需要。

陀螺全站儀定向可以克服以上不利因素。經(jīng)過(guò)幾年實(shí)踐證明，加設(shè)陀螺定向邊并經(jīng)過(guò)角度平差后的導(dǎo)線測(cè)角精度可以提高1.5～2倍。

1 工作面加設(shè)陀螺邊后的測(cè)量方案

1.1 工作面概況及測(cè)量方案

工作面概況：3303工作面走向長(zhǎng)度3 620.8 m，寬度為249.6 m，可采長(zhǎng)度3 620.8 m。貫通巷道總長(zhǎng)約7 891.6 m。貫通測(cè)量導(dǎo)線總長(zhǎng)約8 000 m，是寺河煤礦目前設(shè)計(jì)和貫通長(zhǎng)度排名第二長(zhǎng)的工作面，僅次于3302工作面。工作面設(shè)計(jì)共有4條順槽巷道，其中已有2條巷道已掘，其它的掘進(jìn)工程分別交由連采一隊(duì)和連采二隊(duì)對(duì)掘貫通。連采一隊(duì)負(fù)責(zé)施工3303工作面切眼和尾巷后，反掘施工33033巷和33037巷各200 m。連采二隊(duì)負(fù)責(zé)正掘施工33033巷和33037巷直至貫通。

測(cè)量方案：測(cè)設(shè)貫通導(dǎo)線時(shí)在G5架儀器后視G6，都以G6-G5為起始方位按設(shè)計(jì)的路線進(jìn)行施測(cè)。工作面中的導(dǎo)線必須每隔1KM通過(guò)橫川做一次閉合，以提高測(cè)量精度[1]。在33033巷和33035巷布設(shè)2條陀螺邊定向，數(shù)據(jù)必須進(jìn)行檢核。因此測(cè)量路線為： G6-G5→聯(lián)絡(luò)巷及橫川→33033巷→K←33033巷反掘段←3303切眼←33035巷←G5-G6。

1.2 貫通誤差預(yù)計(jì)分析

以3303大采高工作面貫通相遇點(diǎn)在水平X方向上的誤差預(yù)計(jì)。

以7″導(dǎo)線為基礎(chǔ)進(jìn)行誤差預(yù)計(jì)。分別在33033巷的3311-3312和33032巷的3212-3213邊布設(shè)2條陀螺邊來(lái)提高導(dǎo)線測(cè)量的精度[2]。以測(cè)角誤差對(duì)K點(diǎn)的影響進(jìn)行分析。

G5至3312點(diǎn)間方向附和導(dǎo)線段引起3312點(diǎn)在X方向上的中誤差：

設(shè)陀螺定向邊方位中誤差為：maT=±15″

=152×1 121 481/ρ2+72×7 691 674/ρ2=0.015 m

Mx(3312)=±0.122 m

式中：ηi—方向附合導(dǎo)線各點(diǎn)至重心YO1連線在y軸上的投影長(zhǎng)，見(jiàn)表1。

表值計(jì)算表

3311-3312陀螺邊至K點(diǎn)支導(dǎo)線引起K在X方向上的中誤差：

=152×2 013 561/ρ2+72×6 301 891/ρ2=0.018 m

MxK(西)=±0.134 m

式中：Ry—貫通點(diǎn)與支導(dǎo)線上各導(dǎo)線點(diǎn)連線在X軸投影長(zhǎng)，見(jiàn)表2。

表2 ∑Ry2計(jì)算表

G5至3213點(diǎn)間方向附和導(dǎo)線段引起3213點(diǎn)在X方向上的中誤差：

設(shè)陀螺定向邊方位中誤差為：maT=±15″

=152×1 387 684/ρ2+72×7 409 336/ρ2=0.016 m

Mx(3213)=±0.126 m

式中：ηi—方向附合導(dǎo)線各點(diǎn)至重心YO2連線在y軸上的投影長(zhǎng)，見(jiàn)表3。

表值計(jì)算表

3212-3213陀螺邊至K點(diǎn)支導(dǎo)線引起K在X方向上的中誤差：

=152×1 397 124/ρ2+72×3 930 336/ρ2= 0.012 m

MxK(東)=±0.110 m

式中：Ry—貫通點(diǎn)與支導(dǎo)線上各導(dǎo)線點(diǎn)連線在X軸投影長(zhǎng)，見(jiàn)表4。

顯然貫通點(diǎn)K在X方向上的預(yù)計(jì)中誤差由上述4部分組成：

表4 ∑Ry2計(jì)算表

=0.015+0.018+0.016+0.012=0.061 m

2 陀螺方位角測(cè)定原理及其過(guò)程

2.1 陀螺方位角測(cè)定原理

陀螺全站儀可以測(cè)定地面或井下任意測(cè)線的真方位角。陀螺儀軸在陀螺靈敏部本身重力和地球自轉(zhuǎn)的作用下，在子午面附近作衰減的簡(jiǎn)諧擺動(dòng)，在不考慮其他情況下，其擺動(dòng)的平衡位置即為儀器安地點(diǎn)的真子午線方向。用全站儀水平度盤(pán)讀出方向值，該方向值與儀器安置地點(diǎn)某一測(cè)線方向值之差，即為該測(cè)線的真方位角。但實(shí)際上陀螺儀軸與陀螺光學(xué)系統(tǒng)的光軸以及望遠(yuǎn)鏡光軸不可能在同一豎直面內(nèi)，所以陀螺儀軸穩(wěn)定位置通常不與測(cè)站處真子午線重合，二者之間有一夾角稱(chēng)為儀器常數(shù)，如圖1所示。井下坐標(biāo)方位角=陀螺方位角+儀器常數(shù)-子午線收斂角。

圖1 地面測(cè)定儀器常數(shù)

2.2 陀螺方位角測(cè)定過(guò)程

在已知邊上采用兩測(cè)回(或三測(cè)回)測(cè)量陀螺方位角，求得2個(gè)(或3個(gè))儀器常數(shù)。具體公式為：儀器常數(shù)計(jì)算=坐標(biāo)方位角+子午線收斂角-陀螺方位角[3]。

在井下工作面兩順槽分別布設(shè)一條陀螺邊測(cè)量陀螺方位角。測(cè)定陀螺方位角有逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法和中天法2種。目前，常用的一種觀測(cè)方法是逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法，它是依次連續(xù)觀測(cè)5個(gè)逆轉(zhuǎn)點(diǎn)，讀取各逆轉(zhuǎn)點(diǎn)相應(yīng)的水平度盤(pán)讀數(shù)U1U2…U5，擺動(dòng)平衡位置在全站儀水平度盤(pán)讀數(shù)，NT稱(chēng)為陀螺北方向值，如圖2所示。陀螺北方向值可按下式計(jì)算：

圖2 跟蹤逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法

盡快在原已知邊上再用兩測(cè)回(或三測(cè)回)測(cè)量陀螺方位角，再求得2個(gè)(或3個(gè))儀器常數(shù)。

3 陀螺全站儀定向內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

3.1 陀螺方位角內(nèi)業(yè)計(jì)算

計(jì)算出子午線收斂角γ、儀器常數(shù)和井下定向邊的坐標(biāo)方位角，具體計(jì)算見(jiàn)表5、表6和表7。

3.2 根據(jù)陀螺定向成果對(duì)附合導(dǎo)線進(jìn)行平差

表5 子午線收斂角計(jì)算

表6 儀器常數(shù)計(jì)算

4 結(jié)論

(1)加設(shè)陀螺定向邊并經(jīng)過(guò)角度平差后的導(dǎo)線測(cè)角精度可以提高1.5～2倍，可以控制測(cè)角誤差的積累，而且可以極大地提高工作面貫通的橫向精度。

表7 井下定向邊成果計(jì)算

(2)成果適用于長(zhǎng)距離貫通精度要求高的大采高工作面。隨著現(xiàn)代化大采高技術(shù)不斷推廣應(yīng)用，長(zhǎng)距離大采高工作面還會(huì)很多。這項(xiàng)成果應(yīng)用到長(zhǎng)距離工作面的貫通測(cè)量中，才能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確貫通，保證礦井正常的采掘秩序。