楊慧艷

(山西潞安化工集團 漳村煤礦，山西 長治 046032)

由于井下開采環(huán)境較差，視野不開闊，在進行井下測量時，風(fēng)流等影響測量儀器精度，經(jīng)常出現(xiàn)控制測量單一、測量精度較低等問題[1-2]。漳村煤礦在使用全站儀測量時，要求在巷道掘進大于1 000 m時其測量水平精度小于±0.3 m，高程精度小于±0.2 m，以保證巷道的穩(wěn)定性。因此，進行全站儀測量時，要首先預(yù)估測量造成的誤差，然后根據(jù)現(xiàn)場實際情況設(shè)計導(dǎo)線測量技術(shù)方案。

1 地質(zhì)概況

漳村煤礦經(jīng)資源整合后，生產(chǎn)規(guī)模為45萬t/a，井田面積為8.662 3 km2，開采深度為+1 283～1 100 m，主要開采二疊系3號煤層，煤層厚度為0～2.94 m，平均厚度1.24 m，主斜井的傾角為30°，斜長為450 m，井筒凈斷面積為10.1 m2，副斜井的傾角為30°，斜長為403 m，井筒凈斷面積為5.36 m2，采用短壁式采煤方法開采，采用中央并列式通風(fēng)方式通風(fēng)[3]。

漳村煤礦3號煤層3106工作面的輔助運輸巷道目前已經(jīng)完全貫通，切眼布設(shè)完畢，但3107工作面的主運輸巷道沒有與切眼完全貫通，為了實現(xiàn)安全開采，預(yù)計在貫通相遇點，即距離切眼80 m處實現(xiàn)貫通，在工作面上共布設(shè)導(dǎo)線6 874 m，設(shè)計29個導(dǎo)線點，平均長238 m，貫通巷道結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 測量誤差分析

2.1 全站儀的儀器誤差

由于儀器錯位或不及時檢校造成的儀器誤差[4]，主要有：①視準(zhǔn)軸與儀器橫軸不垂直產(chǎn)生的誤視準(zhǔn)軸誤差;②儀器橫軸與豎軸不垂直產(chǎn)生的橫軸誤差;③儀器自身不垂直產(chǎn)生的豎軸誤差，如果豎角越大，則誤差越大。

圖1 貫通巷道結(jié)構(gòu)圖

2.2 全站儀對中誤差

由于井下點位與站點中心不在同一垂線上造成的對中誤差，實際測量角度誤差與測量點位置和儀器對中位置的偏心距成正比，與測邊長度成反比，偏心距越大，長度越小，對測量角度的誤差就越大[5]。

2.3 測距誤差

由于全站儀中心點到反射點之間存在測距誤差，主要有固定誤差、比例誤差和周期誤差。

2.4 外界環(huán)境條件

由于井下的環(huán)境復(fù)雜，濕度、粉塵、照明度等都會給測量角度帶來一定的誤差[6]。但井下的條件不受季節(jié)和天氣變化的影響，相對比較穩(wěn)定，因此，在測角時間內(nèi)認為外界環(huán)境是基本穩(wěn)定的，故不考慮。

3 測量方案設(shè)計

為了確保3107主運輸巷道完全貫通，在貫通前選擇合適的測量方案，由于工作面存在貫通路線長、精度要求高等問題，根據(jù)實際情況，確定貫通測量方案為：

1) 在測量過程中，使用全站儀三腳架測量法進行±7"控制導(dǎo)線測量[7]。

2) 采用加測陀螺定向邊，以陀螺定向邊為堅強邊對導(dǎo)線進行誤差分析。

3) 在高程測量中，采用三角高程代四等水準(zhǔn)測量法，結(jié)合全站儀三腳架測量法，以提高測量精度，實現(xiàn)巷道的精準(zhǔn)貫通。

3.1 規(guī)劃全站儀測量路徑

采用全站儀坐標(biāo)測量方法時，由于導(dǎo)線點能準(zhǔn)確地反映巷道的掘進情況，測量支導(dǎo)線的最弱點也是測量終點，由于邊長誤差造成橫向貫通中誤差。因此，通過計算的方式來減小誤差，根據(jù)誤差傳播定律[8]，導(dǎo)線的測量角和測量邊之間既是相互獨立的，又是相互聯(lián)系的，則橫向貫通中誤差m為：

(1)

式中：mβ為測量角的中誤差，ml為測量邊的相對中誤差，mα為方位角中誤差。

(2)

得到導(dǎo)線測量的總誤差為：

(3)

根據(jù)全站儀導(dǎo)線測量儀器精度，確定測量角中誤差以及測量邊精度，當(dāng)計算的總誤差小于允許誤差時，可進行測量作業(yè)，當(dāng)計算的總誤差大于允許誤差時，重新計算并調(diào)整全站儀及測量路線，直到滿足精度要求為止。對礦山靜態(tài)GPS測量時，按照GPS礦山測量的規(guī)程進行，在近井點進入高程時，進行閉合測量。

3.2 提高陀螺邊方位精度

高程測量作業(yè)會影響巷道豎向貫通中誤差，根據(jù)三角高程測量誤差來確定高程控制測量的等級，根據(jù)公式(4)計算結(jié)果選擇相應(yīng)的等級[9]。在進行單邊定向時，選擇已知邊為近井網(wǎng)中方位角誤差較小且距離定向邊東西距離較近的邊作為陀螺測定邊，為了提高貫通精度，在貫通面兩個掘進方向上加測陀螺邊。

(4)

式中:V為測量段往返高差不符值；R為測量段的長度，km；n為測量段數(shù)量。

在進行高程控制測量作業(yè)時，首先查找最大的往返高差數(shù)值，從而選擇相應(yīng)的高程測量等級，為了確保測量精度要求，根據(jù)實際情況選擇測量方法，做好定向標(biāo)定，確保鋼絲是豎直向下的，減少來回擺動，防止出現(xiàn)定導(dǎo)偏差，在定導(dǎo)鋼絲下放鐵絲環(huán)，確保鋼絲不會出現(xiàn)彎曲。在定向后，采用多次觀測求平均值的方法，提高陀螺邊的方位精度。

3.3 使用偏心測量儀降低偏心差

在進行測量作業(yè)時，在使用全站儀的基礎(chǔ)上結(jié)合使用偏心測量儀，偏心測量儀由刻度盤和角度尺組成，在全站儀手柄上安裝偏心測量儀，用來檢測被測對象的偏心差[10]。將全站儀放在某一已知點，照準(zhǔn)另一已知點進行定向，將偏心點設(shè)在待測點的左側(cè)，使其到全站儀的距離與待測點到全站儀的距離相等，然后對偏心點進行測量，照準(zhǔn)待測點的方向，儀器會自動計算并顯示待測點的坐標(biāo)。在使用全站儀測量時，不需要進行對中操作，這樣可以大大減少測量時間，提高測量效率，降低對中誤差對測量精度造成的影響。

4 應(yīng)用分析

為了分析測量精度，降低計算方法對測量結(jié)果的影響，在3107工作面上進行全站儀測量，測量時以主運輸巷道的起始點作為坐標(biāo)原點，與主運輸巷道垂直的為X軸，主運輸巷道方向為Y軸，采用加測陀螺邊進行測量，固有貫通測量誤差為±7"，巷道貫通測量坐標(biāo)系如圖2所示。

圖2 巷道貫通測量坐標(biāo)系

在測量過程中，由于導(dǎo)線測量存在一定誤差，坐標(biāo)原點在Y軸方向上的計算誤差為：

(5)

式中：γy1為測量角誤差引起的Y軸上的計算誤差，m；γ1為固有貫通誤差；Pyi為測量導(dǎo)線重心連接方向上的投影長度；θ為測量過程中角度與弧度的轉(zhuǎn)換系數(shù)，一般為1.2。

坐標(biāo)原點在X軸方向上的計算誤差為：

(6)

式中：γx1為測量角誤差引起的X軸上的計算誤差，m。

綜上，得到全站儀測量中實際測量誤差為：

(7)

通過計算可以看出，使用全站儀測量的精度為±0.117 m，小于測量誤差±0.15 m。根據(jù)井下的實際測量可知，在3107工作面主運巷，相遇點在重要方向X軸上最大點誤差為0.085 m，在高程方向上最大誤差為0.105 m，總體精度能夠滿足生產(chǎn)需求。同時，使用全站儀和偏心測量儀，測量時間縮短了27.5%，提高了掘進效率，確保了巷道完全貫通。

5 結(jié) 語

1) 通過規(guī)劃測量路徑解決測量中出現(xiàn)的橫向貫通中誤差，分析計算解決高程測量中出現(xiàn)的豎向貫通中誤差，采用偏心測量儀與全站儀相結(jié)合，提高測量精度，降低測量時偏心差產(chǎn)生的影響。

2) 在實際應(yīng)用中，3107工作面主運巷，相遇點在重要方向X軸上最大點誤差為0.085 m，小于允許誤差±0.3 m，在高程方向上最大誤差為0.105 m，小于允許誤差±0.2 m，總體精度滿足生產(chǎn)需求。