孟凡超

（遼源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林 遼源 136201）

礦山生產(chǎn)中的巷道貫通工作具有極強(qiáng)的技術(shù)性，而貫通測(cè)量的精度直接影響巷道貫通質(zhì)量[1]。貫通測(cè)量的工作范圍既包括地表部分，又包括井下部分。測(cè)量的結(jié)果不但對(duì)礦山的日常生產(chǎn)有著重要影響，而且是安全生產(chǎn)決策的重要信息依據(jù)，直接關(guān)系到礦山運(yùn)行的安全性。因此，礦山從建設(shè)開始到生產(chǎn)運(yùn)行、日常管理再到最終形成企業(yè)利潤(rùn)，都受到貫通工程的直接或者間接的影響?？梢姡炌üこ痰拿恳粋€(gè)環(huán)節(jié)和程序?qū)ΦV山而言都十分重要。然而當(dāng)測(cè)量地點(diǎn)位于井下時(shí)，測(cè)量人員和設(shè)備要面對(duì)惡劣的環(huán)境，傳統(tǒng)的測(cè)量作業(yè)主要是采用光學(xué)經(jīng)緯儀測(cè)角、鋼尺測(cè)邊等手段，無(wú)法確保測(cè)量精度，同時(shí)需要測(cè)量人員付出很大的工作量?，F(xiàn)代化的礦山測(cè)量手段已經(jīng)在電子技術(shù)、通信技術(shù)、光機(jī)技術(shù)等高科技快速發(fā)展的帶動(dòng)下悄然發(fā)生改變，電子全站儀快捷化、高精化、自動(dòng)化、全面化的產(chǎn)品特性非常適合于測(cè)量人員在惡劣環(huán)境下進(jìn)行數(shù)據(jù)采集錄入工作，并且在恰當(dāng)?shù)慕涌谧饔孟?，?shù)據(jù)一經(jīng)獲取立即轉(zhuǎn)入計(jì)算機(jī)展開處理或者自動(dòng)化繪圖[2]。因此，在今后的井下巷道測(cè)量工作中，大量使用電子全站儀必然是行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，就這個(gè)方面進(jìn)行應(yīng)用分析和研究就顯得十分必要。

1 全站儀井下貫通測(cè)量方法

1.1 貫通測(cè)量簡(jiǎn)介

為了避免給施工人員的身體健康帶來(lái)危害，巷道掘進(jìn)作業(yè)對(duì)巷道內(nèi)通風(fēng)距離有一定的要求，因此要科學(xué)合理地提升掘進(jìn)效率，通常會(huì)按照計(jì)劃在不同地點(diǎn)對(duì)同一巷道進(jìn)行多工作面分段掘進(jìn)。為保障該過(guò)程中整體計(jì)劃能夠?qū)崿F(xiàn)精確化的控制和推進(jìn)，必須要展開大量的前期測(cè)量，即貫通測(cè)量。貫通測(cè)量在時(shí)間上貫穿了巷道掘進(jìn)以及掘進(jìn)完成后的各個(gè)階段，從而保障了巷道掘進(jìn)可以準(zhǔn)確地依照計(jì)劃完成。測(cè)量中必然會(huì)有誤差問題的干擾，也就是多個(gè)掘進(jìn)工作面在地表和地下控制測(cè)量和聯(lián)系測(cè)量形成的誤差影響下會(huì)產(chǎn)生貫通誤差。從空間方向上來(lái)看，縱向（沿著巷道中心線）誤差、橫向（水平面垂直于巷道中心線）誤差、豎向（高程）誤差是最為常見的3種誤差，而后兩者的存在會(huì)給巷道工作帶來(lái)很大的困擾，因此行業(yè)內(nèi)把橫向誤差和豎向誤差叫做貫通重要方向的誤差[3]。

1.2 貫通測(cè)量的基本方法和保障措施

1.2.1 貫通測(cè)量的基本方法

貫通測(cè)量的基本方法是首先確定貫通巷道兩端導(dǎo)線點(diǎn)的平面坐標(biāo)和高程；然后通過(guò)數(shù)學(xué)方法計(jì)算得到巷道中線的坐標(biāo)方位角和巷道腰線的坡度，并確保這兩項(xiàng)數(shù)據(jù)與原設(shè)計(jì)匹配，差值符合精度要求，同時(shí)，計(jì)算出巷道兩端點(diǎn)處的指向角；最后綜合以上各項(xiàng)信息和指標(biāo)在巷道兩端分別標(biāo)定巷道中線和腰線，指示巷道按照設(shè)計(jì)的同一方向和同一坡度分頭掘進(jìn)，直至貫通相遇點(diǎn)處相互正確銜接[4]。

1.2.2 貫通測(cè)量的保障措施

1）工作中的全站儀及鋼尺應(yīng)通過(guò)嚴(yán)格的檢測(cè)方可投入測(cè)量，以確保測(cè)角和測(cè)距的精準(zhǔn)。

2）測(cè)角準(zhǔn)確是掘進(jìn)工作順利推進(jìn)的重要保證，而巷道通風(fēng)會(huì)干擾角度測(cè)量，因此需要使用點(diǎn)下對(duì)中器進(jìn)行對(duì)中，同時(shí)應(yīng)當(dāng)注意水準(zhǔn)管偏離不可高于1格，否則過(guò)大的誤差會(huì)嚴(yán)重干擾結(jié)果的精確性。

3）在測(cè)量工作推進(jìn)過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)保證觀測(cè)人員的數(shù)量，杜絕一人連續(xù)兩次負(fù)責(zé)測(cè)量，以免形成較大的人為誤差。

4）由于圍巖過(guò)大的應(yīng)力容易對(duì)點(diǎn)位形成較大干擾，因此應(yīng)利用人工構(gòu)筑物確定點(diǎn)位，以保證測(cè)量時(shí)點(diǎn)位的穩(wěn)固性[5]。

5）保證巷道掘進(jìn)和測(cè)量結(jié)果的正確性是一項(xiàng)復(fù)雜而又精細(xì)化的工作，除了操作時(shí)要做到認(rèn)真仔細(xì)之外，還要進(jìn)行必要的復(fù)測(cè)復(fù)算。通過(guò)制度化的技術(shù)管理，結(jié)合平差、短邊增加測(cè)回?cái)?shù)等技術(shù)方法，實(shí)現(xiàn)井下巷道貫通測(cè)量的精確要求。

6）得到測(cè)量結(jié)果后，應(yīng)立即展開必要的精度分析，通過(guò)和預(yù)期精度標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行誤差對(duì)照，確保每一個(gè)程序的精度都符合或者高于標(biāo)準(zhǔn)[6]。一旦精度分析找到差錯(cuò)，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行全面評(píng)估，發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重問題時(shí)應(yīng)當(dāng)立刻組織重測(cè)。

2 工程施測(cè)實(shí)例

2.1 工程概況

本文以XX煤礦XXX07回順-切眼-XXX07運(yùn)順貫通測(cè)量為例，XXX07回順長(zhǎng)為2 931 m，XXX07運(yùn)順長(zhǎng)為2 218 m，切眼（凈煤柱寬）為301 m（兩側(cè)順槽中線間距為306．4 m），貫通閉合導(dǎo)線全長(zhǎng)為3 946 m；施工方式為連采掘進(jìn)。

2.2 施測(cè)方案

按照《煤礦測(cè)量規(guī)程》和綜采工作面平、斷面設(shè)計(jì)圖的要求，利用已有的井下控制點(diǎn)，使用測(cè)角精度為±2″，測(cè)距標(biāo)稱精度為±（2 mm+2×10-6×D）的GPT-4002LN型全站儀進(jìn)行測(cè)量；布設(shè)±7″級(jí)閉合導(dǎo)線；貫通點(diǎn)水平方向限差為±0．3 m，高程方向限差為±0．2 m。

2.2.1 水平角觀測(cè)作業(yè)要求

觀測(cè)水平角時(shí)，邊長(zhǎng)小于15 m，必須進(jìn)行3次對(duì)中整平，同時(shí)進(jìn)行3個(gè)測(cè)回觀測(cè)；邊長(zhǎng)在15m到30m之間，必須進(jìn)行2次對(duì)中整平，同時(shí)進(jìn)行2個(gè)測(cè)回觀測(cè)；邊長(zhǎng)大于30 m，必須做到1次對(duì)中整平和2個(gè)測(cè)回觀測(cè)。要求測(cè)回間互差小于±9″，2C值小于±14″。進(jìn)行觀測(cè)時(shí)，照準(zhǔn)部的水準(zhǔn)氣泡偏離范圍不可超過(guò)1格。

2.2.2 豎直角觀測(cè)作業(yè)要求

井下巷道貫通高程測(cè)量采用三角高程法作業(yè)，豎直角觀測(cè)2測(cè)回，測(cè)回間豎直角互差應(yīng)該不超過(guò)±15″；采用中絲法對(duì)向觀測(cè)方式觀測(cè)豎直角，相鄰兩點(diǎn)間往返測(cè)高差的互差不應(yīng)該超出±（10 mm+0．3 mm×L）（其中L為導(dǎo)線邊長(zhǎng)，單位為m），測(cè)量結(jié)果取其平均值。儀器高和覘標(biāo)高應(yīng)用鋼尺在施測(cè)前后分別量取，當(dāng)前后互差不超過(guò)±3 mm時(shí)，取其平均值作為最終結(jié)果[7]。

2.2.3 距離測(cè)量作業(yè)要求

邊長(zhǎng)可通過(guò)全站儀的測(cè)距功能測(cè)量，在進(jìn)行邊長(zhǎng)測(cè)量時(shí)可采用正倒鏡各測(cè)4次，4次讀數(shù)互差應(yīng)不超過(guò)±3 mm，取其平均值作為最終結(jié)果。

2.2.4 導(dǎo)線測(cè)量觀測(cè)限差要求

沿順槽敷設(shè)±7″支導(dǎo)線，同時(shí)該導(dǎo)線可作為延伸偏中線的控制導(dǎo)線；巷道每延伸300～500 m時(shí)必須延長(zhǎng)一次導(dǎo)線；利用聯(lián)巷，在支導(dǎo)線長(zhǎng)度為800～1 000 m時(shí)將相鄰順槽支導(dǎo)線閉合，以作檢核。方位角閉合差不應(yīng)超出（n為導(dǎo)線的總站數(shù)）；高程閉合差不應(yīng)超出（mm）；導(dǎo)線全長(zhǎng)相對(duì)閉合差不應(yīng)超出1/8 000。

2.3 貫通誤差預(yù)計(jì)

由于XXX07回順-切眼-XXX07運(yùn)順貫通測(cè)量沿煤層底板進(jìn)行掘進(jìn)，因此平面貫通測(cè)量的誤差分析就足夠。經(jīng)上述分析，該工程誤差基本是在導(dǎo)線測(cè)角以及量邊時(shí)形成的。

2.3.1 水平方向上的誤差預(yù)計(jì)

測(cè)角誤差引起K點(diǎn)在X'軸上的誤差為

式中：Mxkβ為導(dǎo)線測(cè)角誤差引起K點(diǎn)在X'軸上的誤差；mβ為井下導(dǎo)線的測(cè)角中誤差；ρ為每一弧度所對(duì)應(yīng)的秒值，即206 265″；Ry為K點(diǎn)與各導(dǎo)線點(diǎn)連線在y軸上的投影長(zhǎng)。

光電測(cè)距時(shí)，量邊誤差引起K點(diǎn)在X'軸上的誤差為

式中：Mxl為量邊誤差引起K點(diǎn)在X'軸上的誤差；ml為導(dǎo)線點(diǎn)之間的距離；α為導(dǎo)線各邊與X'軸之間的夾角；ml2cos2α為各導(dǎo)線兩邊誤差引起K點(diǎn)在X'軸上的偏差平方之和。

K點(diǎn)在X'方向上的預(yù)計(jì)中誤差為

2.3.2 豎直方向上的誤差預(yù)計(jì)

由于巷道沿煤層底板掘進(jìn)，高程誤差都控制在0．2 m以內(nèi)，不會(huì)超限，故不作高程誤差預(yù)計(jì)。

2.3.3 綜合誤差

為了檢核，井下導(dǎo)線獨(dú)立施測(cè)2次，因此2次測(cè)量平均值的中誤差為

那么貫通相遇點(diǎn)K在水平重要方向上的預(yù)計(jì)誤差為

通過(guò)計(jì)算可知，預(yù)計(jì)誤差在容許誤差的范圍內(nèi)，可以確定測(cè)量方案和方法是可行的。

3 測(cè)量精度的影響因素

因?yàn)闇y(cè)量精度對(duì)工作環(huán)境有一定要求，因此進(jìn)行井下測(cè)量時(shí)誤差是很難完全避免的。

1）全站儀測(cè)距時(shí)發(fā)出的激光信號(hào)受磁場(chǎng)影響，其波長(zhǎng)、頻率等發(fā)生變化后，特別是定位附近有高壓開關(guān)等電氣設(shè)備時(shí)，測(cè)距誤差更加顯著。

2）若測(cè)量作業(yè)的巷道內(nèi)揚(yáng)塵較多、空氣濕度大，則極易造成測(cè)量人員的視覺誤差，同時(shí)導(dǎo)致測(cè)角和測(cè)距等測(cè)量數(shù)據(jù)誤差較大。

3）當(dāng)測(cè)量工作量較大時(shí)，必須及時(shí)對(duì)使用頻繁的儀器進(jìn)行校驗(yàn)，否則盤左盤右讀取數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)出現(xiàn)誤差，且有超過(guò)理論極限差的可能。

4）測(cè)量時(shí)應(yīng)當(dāng)盡可能選擇坡度較緩的工作面，以避免產(chǎn)生長(zhǎng)短邊而使坐標(biāo)值出現(xiàn)偏差。

4 結(jié)束語(yǔ)

貫通測(cè)量實(shí)例證明，與經(jīng)緯儀測(cè)量夾角配合鋼尺測(cè)距的傳統(tǒng)測(cè)量方法相比，全站儀測(cè)量方法可以在很大程度上避免人為估讀產(chǎn)生的誤差，極大地提高測(cè)角和測(cè)距的精度，并為雙向掘進(jìn)快速施工提供了重要的技術(shù)支持。