四架法貫通測量在高應力工作面的實踐與應用

仝克峰

摘 要：躍進煤礦25020工作面采煤時間已久，巷道支護破壞比較嚴重，肩頂部的錨桿頭無征兆壓斷崩飛的現象時有發生，嚴重影響著現場作業人員人身及測量設備的安全。為了縮短場貫通測量的作業時間，提高測量人員人身及測量設備的安全系數，采用四架法進行貫通測量，測量精度符合《煤礦測量規程》中的相關要求，為25020工作面順利貫通及以后的工作面貫通測量打下堅實的基礎。

關鍵詞：貫通測量；精度；誤差預計

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.24.019

躍進煤礦25020工作面由于應力顯現明顯，錨桿壓斷崩飛的現象嚴重威脅著測量人員的人身安全及設備安全。經過研討后對四架法與單架法及三架法進行了對比。

優點：（1）節約大量的測量時間。比單架法節約用時二分之一以上，比三架法節約三分之一以上；（2）提高了測量精度。基本消除了受井下風流和前、后視工作人員水平的影響造成的導線擺動的規律變化大及點下對中精度的影響。如果采用常用的單架測回法進行貫通測量，由于受井下風流和前、后視工作人員水平的影響，前、后視導線擺動的規律變化較大，導致測量方向和距離的誤差變大，嚴重影響著貫通測量的精度。鑒于這一系列的因素，我們在遵循著最大程度降低測量工作量、提高測量的速度，及對生產的影響降至最低的原則，對貫通測量方案進行設計與選擇最終方案進行精度評定，采用四架法進行貫通測量，水平重要方向和垂直重要方向的允許誤差都符合《煤礦測量規程》中的規定。

1 工程概況

25020躍進綜采面的垂直采煤深度已經達到了900米，而且與其他采掘工作面毗鄰。例如，南鄰25040已回采綜采工作面和-200水平22區東翼未采區域，西鄰22區下山保護煤柱。上下巷方位角為297°，工作面切眼方位角為27°。

25020工作面為綜采工作面，設計為18m2斷面。上巷設計長度1158m，下巷設計長度1175m，切眼設計長度220m，上巷石門長度112m，下巷石門長度94m，25皮帶下山起始邊長度135m。導線全長2885 m，設計測站數共35站。

2 測量方案選擇

2.1 測量線路

25020上巷經25區強力皮帶巷經起始高級點石轉3-2傳遞坐標，石轉3-2和石轉2為導線起算點和起算方位，聯系測量至5233點，相向貫通測量至導線點上切口處；

25020下巷經25區強力皮帶巷石轉2傳遞坐標，石轉3-2、石轉2為導線起算點和起算方位，聯系測量至上切口點，相向貫通測量至導線點切1處。

2.2 測量方案

（1）邊長：由于光電測距儀量邊工作強度低、效率高，量邊精度能滿足工程需要，可采用光電測距儀量邊。光電測距：Δd=D往-D返≤2Md，Md為儀器的標稱精度Md =（5+5ppm）。

（2）水平角：采用測回法觀測水平角，測角精度為30〞，一般邊長大于30m時，一次對中，一個測回；邊長15～30m時，每站要求一次對中二個測回。誤差要求一次測回的來去誤差≦20〞，一次對中的二個測回誤差≦12〞，多次對中的兩兩誤差≦30〞。

（3）垂直角：采用測回法觀測垂直角，測角精度為15〞。進行一次對中，一次測回。誤差要求一次測回的互差小于15〞，兩個半回的儀器高度與覘標高度的差距均小于5mm。

（4）貫通允許偏差的確定。三維空間內六個維度的偏差都會對貫通巷道的結合處產生影響。這些偏差主要分為：1）水平面中線方向的偏差，這種偏差只會影響貫通巷道的長度；2）水平面垂直于中線、豎直面沿中線方向的巷道誤差，這兩個誤差對巷道的深度和寬度有影響，因此直接影響了貫通巷道的施工質量。

根據實際作業情況的標準和要求，不同施工情況下測量的精度要求也不同。一般情況下，要求測量的中線偏差在0.3m到0.5m之間，腰線偏差在0.2m以下。

3 測量方法

測量設備的選用及測量方法：采用二種不同設備進行獨立的二次測量，最后進行數據對比平差。

兩次測量分別采用日本尼康FOCUS型全站儀和拓普康GTS-330N型全站儀，進行角度和距離的測量。這兩種不同型號儀器的角度精度均為2"，距離精度均為2mm+2PPm。

測量前對測量設備進行檢校，檢校內容包括全站儀的綜合檢校和光電測距系統的檢定。

本次測量采用的是目前已經得到廣泛應用的四架法測量方法，即一臺全站儀搭配四副角架進行貫通巷道測量。

具體測量方法如下：測量開始前進行儀器的組裝和全站儀的架設。對測量點和儀器進行對中整平，前后視點架棱鏡，在整平后通過對點器在下面投射一個點，以便出現架腿移位的情況后可以重新架設，防止測量工程重新開始，安置完成后，進行觀測，測角、測距，具體測量方法同常規測量方法。保持基座整體和角架不動，此站點觀測結束進入下一觀測站的測量過程，主要操作步驟是同時松開照準部件和前視棱鏡的鎖緊扳鈕，將這兩個部件插入另一鎖緊扳鈕開始下一個測站的觀測。將前視點棱鏡插入鎖緊扳鈕石轉點基座鎖緊扳鈕。同架設此觀測點一樣架設另外兩個不同的觀測點，作為本站的前視點，安置完成后進行觀測。依據此步驟進行其他觀測站的觀測，然后閉合到最后兩個頂板導線點上。

4 誤差預計

誤差預計選用的公式：

式中：Mβ—井下導線的測角中誤差；

α—鋼尺量邊的偶然誤差影響系數；

α'—導線各邊與x坐標軸間的夾角；

R2y—K點與各導線點連線在y軸上投影長，可在設計圖上量取。

誤差系數選擇：

15″級導線測角中誤差mβ=15″；30″級導線測角中誤差mβ=30″；平巷中α平=0.0008；斜巷中α斜=0.0016endprint

貫通誤差預計：

選用15″級導線：

導線測角誤差引起的：

導線量邊誤差引起：

M2x'l=α2平∑lcos2α'+α2斜∑lcos2α'

=（0.0008）2×1756+（0.0016）2×164.74

=1.55×10-3m2

K點在x'方向上的預計中誤差為：

為了檢核，導線獨立測量兩次，則平均值的中誤差為：

K點在水平重要方向上的預計貫通誤差為：

Mx'k預=2Mx'k平=±0.102m

選用30″級導線：

導線測角誤差引起的：

導線量邊誤差引起：

M2x'l=α2平∑lcos2α'+α2斜∑lcos2α'

=（0.0008）2×1756+（0.0016）2×164.74

=1.55×10-3m2

K點在x'方向上的預計中誤差為：

為了檢核，導線獨立測量兩次，則平均值的中誤差為：

K點在水平重要方向上的預計貫通誤差為：

Mx'k預=2Mx'k平=±0.057m

K點在高程上的預計中誤差為：

考慮到高程測量需獨立施測兩次，并取二倍中誤差作為預計的貫通誤差，則最后可得K點在豎直方向上的預計貫通誤差為：

以上二種精度的測量方案都能夠滿足工作面貫通施工要求，但我們優先選擇30″級導線，因為這樣做不但能滿足工作貫通需要，而且將大大降低測量的工作量和大大提高測量的速度，將對生產的影響降到最低限度。

5 貫通測量中注意事項

（1）測量所使用的配套設施要齊全，型號必須配套，在每次更換位置測量時要重新檢驗是否在統一鉛垂線上；（2）雖然基座整體以及角架是保持固定不動的，但是變換儀器后要重新檢測是否處于整平狀態，確保儀器對中；（3）更換棱鏡的過程中要保證前后棱鏡不得顛倒，否則會產生棱鏡參數誤差，影響測量結果的準確性；（4）為了提高測量精度，不僅要確保儀器的對中整平，更要確保測量點的對中符合測量標準和要求；（5）對同一目標支導線上的測量要保證進行至少兩次的復測，盡量避免單次測量帶來的偶然性誤差；（6）每站要由二名技術人員分別獨立進行數據檢校和核對，在確保對算數據合格后，再進行搬站；（7）貫通前，要對實測資料進行精度分析，計算應嚴格按兩人獨立對算各項內外業要有檢核。精度低于本設計時，要采取措施或重測；（8）貫通前50m要最后調整一次中腰線并固定；（9）測量前以及測量過程中要密切注意周圍觀測環境，排除一切影響測量精度的因素，如產生風流時，應及時采取擋風措施避免儀器的整平對中受到影響。

參考文獻：

[1]崔利心，郭莉強.全站儀四架法在復雜條件下貫通中的應用[J].價值工程，2015（06）.

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