提高井下導(dǎo)線測(cè)量精度的方法探討

郭慶坤 徐泮林

（山東科技大學(xué)，山東 青島266500）

1 前言

在礦山測(cè)量中，井下導(dǎo)線測(cè)量是保證巷道掘進(jìn)和貫通的重要工作，導(dǎo)線測(cè)量精度的提高可以為掘進(jìn)和貫通提供保證，使礦山生產(chǎn)順利進(jìn)行。由于全站儀的普遍使用，井下導(dǎo)線的測(cè)量精度比之前提高了許多，但仍然有可提高的空間。

2 提高井下導(dǎo)線測(cè)量精度的方法

2.1 儀器檢校與控制測(cè)量

測(cè)量中所使用的全站儀和棱鏡，必須經(jīng)過(guò)質(zhì)檢單位的嚴(yán)格檢校，具有合乎要求的加長(zhǎng)數(shù)和乘常數(shù)，確定儀器精度能滿足礦山測(cè)量的要求，所測(cè)量的數(shù)據(jù)具有可靠性和實(shí)用性。聯(lián)系測(cè)量中所使用的長(zhǎng)鋼尺，必須要經(jīng)過(guò)比長(zhǎng)改正、溫度改正、自重改正的檢驗(yàn)，確保立井聯(lián)系測(cè)量導(dǎo)入高程時(shí)的高程數(shù)據(jù)精度。

在當(dāng)前的礦山測(cè)量中，一般是進(jìn)行GPS靜態(tài)測(cè)量，來(lái)布設(shè)覆蓋整個(gè)礦區(qū)的控制網(wǎng)，這需要網(wǎng)型布設(shè)合理，作業(yè)時(shí)嚴(yán)格對(duì)中儀器，做好必要的記錄，嚴(yán)格按照GPS礦山測(cè)量規(guī)程進(jìn)行實(shí)地測(cè)量。比如利用E級(jí)GPS網(wǎng)進(jìn)行近井點(diǎn)的布設(shè)時(shí)，每個(gè)時(shí)段的測(cè)量時(shí)間不低于45分鐘；在近井點(diǎn)導(dǎo)入高程時(shí)，必須進(jìn)行往返或者閉合測(cè)量，嚴(yán)格按照水準(zhǔn)測(cè)量的要求進(jìn)行實(shí)地測(cè)量和計(jì)算，確保起算數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確，為井下導(dǎo)線測(cè)量的精度提供保證。

2.2 聯(lián)系測(cè)量

立井下布設(shè)導(dǎo)線，首先需要進(jìn)行聯(lián)系測(cè)量和定向。在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，初定向常用的方法是導(dǎo)兩根鋼絲，用兩根鋼絲的方向標(biāo)定馬頭門的方向。精確定向時(shí)需要同時(shí)把坐標(biāo)和高程傳遞到井下，常用方法是沿立井導(dǎo)下一根鋼絲，井上下同時(shí)進(jìn)行測(cè)量。鋼絲沿立井豎直導(dǎo)下，盡量減小鋼絲的擺動(dòng)，可以在鋼絲的承受范圍之內(nèi)懸掛重一些的錘球，同時(shí)把錘球放在裝有水的桶內(nèi)，確定錘球不接觸桶壁，待錘球穩(wěn)定后，井上沿鋼絲下放一個(gè)鐵絲環(huán)當(dāng)做信號(hào)環(huán)，確保鋼絲在立井中沒(méi)有碰觸沒(méi)有彎曲，看到信號(hào)環(huán)后井上下同時(shí)進(jìn)行測(cè)量，觀測(cè)時(shí)需多次測(cè)量，在多個(gè)測(cè)回間取平均值。高程的傳遞是延立井導(dǎo)下長(zhǎng)鋼尺，懸掛鋼尺標(biāo)稱的錘球，井上下同時(shí)使用水準(zhǔn)儀觀測(cè)鋼尺，記錄多組數(shù)據(jù)，互差在限差范圍內(nèi)即可。定向常用的儀器有陀螺經(jīng)緯儀和陀螺全站儀，在陀螺定向時(shí)可對(duì)向觀測(cè)后取平均值，以提高陀螺邊的方位精度。

2.3 儀器對(duì)中

井下的工作環(huán)境和光照條件給測(cè)量工作帶來(lái)了諸多不便，在井下測(cè)量中，如果導(dǎo)線點(diǎn)是底板點(diǎn)，要確保光學(xué)對(duì)中準(zhǔn)確；如果是頂板點(diǎn)，要首先檢查導(dǎo)線點(diǎn)垂下的線繩是否有遮擋致使線繩彎曲，即確定線繩是自然垂下的，懸掛錘球后盡量使錘球穩(wěn)定，然后再進(jìn)行儀器對(duì)中。在風(fēng)比較大的巷道中，需要制定擋風(fēng)措施［1］，可用帆布從巷道的來(lái)風(fēng)方向擋住錘球，使錘球相對(duì)穩(wěn)定后對(duì)中。另外，在測(cè)量換站行進(jìn)時(shí)，要對(duì)導(dǎo)線點(diǎn)進(jìn)行噴漆標(biāo)記，確保前后視和儀器站所使用的點(diǎn)位是相同的導(dǎo)線點(diǎn)［2］，避免因使用的點(diǎn)位不同導(dǎo)致導(dǎo)線測(cè)量錯(cuò)誤。

2.4 測(cè)量方案方法

井下長(zhǎng)距離導(dǎo)線測(cè)量，需要進(jìn)行往返或閉合測(cè)量，因?yàn)殡S著導(dǎo)線距離的延長(zhǎng)，測(cè)站數(shù)增加，測(cè)量誤差會(huì)不斷積累。進(jìn)行往返或者閉合測(cè)量，可以合理的進(jìn)行誤差分配，提高導(dǎo)線精度。為了提高測(cè)量速度、減少工作強(qiáng)度，可以采用兩架法進(jìn)行施測(cè)，即只有儀器站和前視站架設(shè)三腳架，后視照準(zhǔn)線繩（懸掛錘球），若人員配備充足，則可以再增加一個(gè)三腳架，始終確保有一組人員進(jìn)行前視的架設(shè)［3］，提高測(cè)量效率。在實(shí)際觀測(cè)中，要隨時(shí)注意儀器所測(cè)量顯示的距離是平距還是斜距，并且要在測(cè)量前檢查棱鏡常數(shù)是否與所使用的棱鏡相對(duì)應(yīng)，減小因儀器常數(shù)不對(duì)應(yīng)而帶來(lái)的測(cè)量誤差；盡量照準(zhǔn)前后視棱鏡中心或線繩，減小照準(zhǔn)誤差；使用圓角測(cè)量法，即照準(zhǔn)前后視進(jìn)行“后-前-前-后”的測(cè)量完畢后，原來(lái)的前視變作后視，原來(lái)的后視變作前視，再次進(jìn)行“后-前-前-后”的測(cè)量，把第二測(cè)回的角度轉(zhuǎn)換成左角后與第一測(cè)回的左角取平均值，以平均值作為最終結(jié)果，減小由于儀器本身原因而帶來(lái)的測(cè)角誤差，提高測(cè)角精度。

2.5 三角高程測(cè)量

在井下高程的傳遞中，由于井下環(huán)境條件限制，尤其是存在上山下山的巷道，水準(zhǔn)測(cè)量很難進(jìn)行，但全站儀在井下測(cè)量的應(yīng)用很好的解決了這個(gè)問(wèn)題，使三角高程代替了水準(zhǔn)測(cè)量。由三角高程的計(jì)算公式［4］：

可知井下兩個(gè)相鄰的導(dǎo)線點(diǎn)之間，其高差與斜距、豎直角、儀器高及棱鏡高相關(guān)。為了保證三角高程傳遞的精度，實(shí)際測(cè)量時(shí)要照準(zhǔn)棱鏡，進(jìn)行光電測(cè)距時(shí)要對(duì)向觀測(cè)，使斜距測(cè)量精度更高；要正倒鏡對(duì)棱鏡進(jìn)行豎直角測(cè)量，并在圓角法測(cè)量水平角時(shí)，同時(shí)對(duì)棱鏡進(jìn)行豎直角測(cè)量，多次測(cè)量的豎直角取平均值作為最終結(jié)果，減小儀器本身帶來(lái)的測(cè)角誤差，使豎直角測(cè)量精度更高；量取儀器高時(shí)，若是頂板點(diǎn)，要保證鋼尺豎直到達(dá)頂板點(diǎn)底部，量取兩次，提高量取儀器高的精度。使得井下導(dǎo)線測(cè)量過(guò)程中三角高程的傳遞精度更高。

2.6 加測(cè)陀螺邊

井下長(zhǎng)距離導(dǎo)線以及前進(jìn)方向變化較多的巷道，尤其是涉及貫通的深長(zhǎng)巷道，都必須加測(cè)陀螺邊。隨著導(dǎo)線距離的延長(zhǎng)，測(cè)量誤差累積增大并且沿導(dǎo)線傳遞，使導(dǎo)線邊方位角發(fā)生改變，嚴(yán)重降低導(dǎo)線的測(cè)量精度，可能會(huì)改變掘進(jìn)方向，甚至?xí)绊懴锏镭炌ā＜訙y(cè)陀螺邊后，陀螺邊的方位角作為已知方位角進(jìn)行平差計(jì)算，在數(shù)據(jù)處理時(shí)，陀螺邊方位角能夠?qū)鄯e并沿導(dǎo)線傳遞的方位角誤差進(jìn)行改正，以提高導(dǎo)線測(cè)量精度。在井下導(dǎo)線控制測(cè)量時(shí)，加測(cè)最弱邊的陀螺方位角可大大提高測(cè)量精度，對(duì)于加測(cè)的最佳陀螺方位邊位置可參照表1［5］.

表1 選擇加測(cè)陀螺方位角的最優(yōu)位置

2.7 記錄

為避免影響井下生產(chǎn)，在井下巷道中要提高測(cè)量效率，記錄者在記錄數(shù)據(jù)時(shí)要快而準(zhǔn)，數(shù)據(jù)記錄過(guò)程中，對(duì)相關(guān)的水平角、垂直角、斜距、平距等數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄［6］。觀測(cè)者報(bào)出觀測(cè)數(shù)據(jù)后，記錄者要快速大聲的進(jìn)行回讀，確認(rèn)無(wú)誤后記錄，以免出現(xiàn)讀取數(shù)據(jù)與記錄數(shù)據(jù)的偏差。在記錄數(shù)據(jù)的間隙，記錄者還要檢查正倒鏡互差、測(cè)回間互差、2C值、左右角互差等一系列指標(biāo)是否滿足測(cè)量限差要求，確認(rèn)各項(xiàng)指標(biāo)都不超限后再遷站。另外，要配備溫度氣壓計(jì)，每個(gè)測(cè)站都記錄該站的溫度氣壓，在數(shù)據(jù)處理時(shí)對(duì)測(cè)量距離進(jìn)行溫度氣壓改正，因?yàn)闇囟葰鈮簩?duì)光電測(cè)距的影響很大，在井下陰暗潮濕的環(huán)境中尤為明顯，溫度氣壓改正則可以使測(cè)距更準(zhǔn)確，提高測(cè)距的精度。

2.8 數(shù)據(jù)處理

內(nèi)業(yè)計(jì)算過(guò)程要細(xì)心。計(jì)算之前需要把原始記錄本檢查一遍，主要檢查各項(xiàng)指標(biāo)是否都合格，是否有計(jì)算錯(cuò)誤，并且檢查者和井下記錄者不能是同一人，這樣才更能檢查出錯(cuò)誤。計(jì)算時(shí)使用的距離必須是溫度氣壓改正之后的距離。平差時(shí)把陀螺邊方位角作為已知方位角，在此基礎(chǔ)上分配方位角閉合差。數(shù)據(jù)計(jì)算需要兩個(gè)或以上人員分別進(jìn)行獨(dú)立計(jì)算，各自計(jì)算完畢后再對(duì)比結(jié)果，起到相互檢核對(duì)算的作用，提高導(dǎo)線計(jì)算質(zhì)量，確保導(dǎo)線精度。

3 工程實(shí)例

新疆伊犁某煤礦位于伊犁哈薩克自治州，礦區(qū)分為南工業(yè)廣場(chǎng)和北工業(yè)廣場(chǎng)，南工廣為斜井，北工廣為立井，南北工廣地下貫通距離5.75km。2013年8月對(duì)南工廣斜井的南翼大巷進(jìn)行了導(dǎo)線測(cè)量，以南工廣斜井井口的已知邊頂1—地2作為起始邊，導(dǎo)線沿巷道測(cè)量至迎頭的“新J7”，導(dǎo)線單程長(zhǎng)度為4.6km，進(jìn)行了往返測(cè)量。導(dǎo)線計(jì)算采用Excel表格計(jì)算。測(cè)量精度分析見表2。

表2 伊犁某煤礦南翼大巷導(dǎo)線往返測(cè)精度分析表

由上表分析可知，本次測(cè)量成果完全符合《煤礦測(cè)量規(guī)程》的各項(xiàng)限差要求，精度較高，數(shù)據(jù)經(jīng)平差處理之后已交礦方并通過(guò)礦方驗(yàn)收。

4 結(jié)束語(yǔ)

井下導(dǎo)線測(cè)量是具有嚴(yán)格精度要求的工作，需要測(cè)量人員細(xì)心謹(jǐn)慎的作業(yè)和數(shù)據(jù)處理，每個(gè)方法和細(xì)節(jié)的注意都能不同程度的消除或減小一些誤差，提高井下導(dǎo)線測(cè)量的精度，筆者根據(jù)實(shí)際的井下測(cè)量經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出了上述一系列可以提高井下導(dǎo)線測(cè)量精度的方法和細(xì)節(jié)，也在實(shí)際工作中驗(yàn)證了上述方法和細(xì)節(jié)的科學(xué)性和可行性，所測(cè)量的井下導(dǎo)線都嚴(yán)格合乎礦山測(cè)量的相關(guān)規(guī)程，希望能為廣大的礦山測(cè)量從業(yè)者提供參考價(jià)值和借鑒意義。