張 潔

(大同煤礦集團(tuán) 馬道頭煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 大同 037100)

煤礦井下巷道開拓前，需要進(jìn)行必要的導(dǎo)線測量工作來規(guī)劃指導(dǎo)井下巷道的現(xiàn)場施工，以期滿足設(shè)計(jì)圖紙的精度要求。在進(jìn)行井下導(dǎo)線測量時(shí)，必然有可能產(chǎn)生各種誤差，因此有必要對產(chǎn)生的各種誤差進(jìn)行分析、總結(jié)以及了解誤差累計(jì)的規(guī)律，進(jìn)而采取有效的措施來減小甚至消除這種誤差，從而為礦井井下開拓工程奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 導(dǎo)線測量誤差分析

采用導(dǎo)線測量控制井下開拓巷道的掘進(jìn)精度時(shí)，需要對導(dǎo)線的水平角、豎直角和邊長三要素進(jìn)行綜合測量。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)和文獻(xiàn)研究可知，實(shí)際導(dǎo)線測量工作中邊長和豎直角的測量一般均能滿足測量的精度要求，因此著重對水平角測量精度進(jìn)行分析研究。

水平角測量的精度誤差主要由測量儀器本身的誤差、測量方法的誤差以及對中誤差所致。其中：

（1）測量儀器本身的誤差誘因有多方面，例如儀器零件的加工誤差、組裝和校核誤差、儀器結(jié)構(gòu)誤差和穩(wěn)定性等因素。

（2）測量方法的誤差主要是由于人為的原因造成的，其誤差值大小如式(1)所示。

式中構(gòu)成測量方法誤差的核心因素主要由照準(zhǔn)誤差mv、讀數(shù)誤差mt和測回?cái)?shù)n組成。

（3）對中誤差由全站儀和其前后的棱鏡對中線測量誤差所致，進(jìn)一步導(dǎo)致水平角的測量誤差。

2 導(dǎo)線測量誤差計(jì)算

水平角測量精度可以通過測角中誤差這一數(shù)值指標(biāo)來反饋，而測角中誤差又可以根據(jù)多個(gè)雙次觀測值的方法求出。假設(shè)每次測量結(jié)果等精度，則可以利用兩次觀測值的差值來計(jì)算測角中誤差，如式（2）所示。

式中：d為兩次同精度測量結(jié)果的差值，n為兩次測量導(dǎo)線上差值的個(gè)數(shù)，且差值盡量在不同的導(dǎo)線上選取，并且盡量使差值的數(shù)量最大化。

為了提高測量結(jié)果的可靠性，可以選取多組導(dǎo)線進(jìn)行雙次觀測值的計(jì)算，并取多個(gè)雙次觀測值結(jié)果進(jìn)行平均，計(jì)算公式如式（3）所示。

式中：mβi為第i次雙次觀測值結(jié)果，i值越大則測角中誤差值的計(jì)算結(jié)果越精確。

以山西馬道頭礦為例，由于該礦井回風(fēng)大巷關(guān)鍵線路施工段現(xiàn)場施工時(shí)進(jìn)行了多次重復(fù)測量，構(gòu)成了可以采取雙次觀測值的方法來計(jì)算測角中誤差的前提條件。采用雙次觀測值測量方法時(shí)，在兩條相互獨(dú)立的導(dǎo)線上分別選取了8組點(diǎn)進(jìn)行差值計(jì)算，其差值變化情況以及測角中誤差計(jì)算結(jié)果如圖1所示。從圖中可以看出，除了第7組測點(diǎn)的差值和相應(yīng)的測角中誤差值波動性比較大以外，其余測點(diǎn)的差值和相應(yīng)的中誤差值變化波動性均較小，其測角中誤差平均值為5.2″，滿足安全規(guī)程要求的測角中誤差小于7″的規(guī)定，但是比較接近規(guī)定的臨近值大小，說明測量結(jié)果精度較低，雖然能夠滿足測量要求，但測量結(jié)果對工程質(zhì)量的精度控制度不高。

圖1 雙次觀測值法測量結(jié)果分析

3 陀螺定向測量精度分析

陀螺儀本身為一種具有測定真北方位的精密儀器，將其與經(jīng)緯儀組合形成的陀螺經(jīng)緯儀能夠不受時(shí)間和環(huán)境的限制，并且具有操作簡單、測量效率高等優(yōu)點(diǎn)，因此在礦山井下測量中采用陀螺經(jīng)緯儀能夠有效地提高測量的效率和測量的精度。

根據(jù)白塞爾公式計(jì)算陀螺經(jīng)緯儀一次測定的測角中誤差計(jì)算公式如式（4）所示。

式中：

v-1次測回的數(shù)值，為了確保測量計(jì)算結(jié)果的精確性，一般進(jìn)行5次測回取平均值。

同樣以該礦井回風(fēng)大巷關(guān)鍵線路施工測量為背景，采用首級±15″的陀螺經(jīng)緯儀進(jìn)行測定，共進(jìn)行5次測回，每次測回分為左右兩側(cè)各一次，并對5次測回結(jié)果取平均值，測定結(jié)果如圖2所示。從圖中可知，5次測量值根據(jù)公式（4）計(jì)算的測角中誤差的平均值為2.74″，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足首級±15″的精度要求，且測角中誤差值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于采取導(dǎo)線測量的結(jié)果，幾乎是采用導(dǎo)線測量方法測定結(jié)果的一半，這說明采用陀螺經(jīng)緯儀定向測量能夠有效地提高測量的精度，進(jìn)而更好地對現(xiàn)場工程質(zhì)量的精度進(jìn)行控制。

圖2 陀螺定向測量結(jié)果分析

4 結(jié)論

傳統(tǒng)的井下導(dǎo)線測量雖然能夠滿足安全規(guī)定的測量精度，但其測量精度較低，且誤差主要來源于水平角測量誤差。由于水平角測量精度可以通過測角中誤差這一數(shù)值指標(biāo)來反饋，因此對山西馬道頭礦回風(fēng)大巷關(guān)鍵線路采用導(dǎo)線測量和陀螺定向測量計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比，可知導(dǎo)線測量的測角中誤差為5.2″，而采用陀螺經(jīng)緯儀測量的測角中誤差為2.74″，測角中誤差幾乎為導(dǎo)線測量結(jié)果的一半，說明采用陀螺定向測量能夠有效地提高測量的精度，對礦井重要巷道的施工開拓有重要的規(guī)劃指導(dǎo)意義。