井上下控制測量方法探析

李飛

摘 要：隨著現代市場經濟的不斷發展，我國工業化水平不斷提升，對于媒體能源的需求量也呈逐年增長的趨勢，但是隨著煤礦生產安全事件頻發，現代社會對于煤礦資源在生產、開采過程中的安全管理也越來越關注。

關鍵詞：井下導線；控制測量；導線網

煤礦井上、下開采的測量工作對于煤礦安全管理具有重要影

響，又由于井上、下測量的環境特殊，在工作時又容易受到煤炭開采以及施工等方面的影響，其測量結果的準確度對煤礦企業的經濟效益以及開采人員的安全有一定的影響。因此，提高煤礦井上下控制測量工作的準確性和精度對煤礦工人的工作安全具有重要的現實意義。文章主要針對提高煤礦井上下控制測量結果精度的措施及以方法展開分析與討論。

1 礦山測量工作的重要性

礦山測量工作時煤礦開采過程中的重要環節，其測量結果對于礦山勘探、井下設計、煤礦建筑、煤礦生產以及安全作業等各方面具有重要的影響[1]。若煤礦企業沒有進行科學的礦山測量工作，就無法對井下巷道設計以及開采和施工等工作提供切實可行的依據，也無法對煤礦開采過程中可能出現的災害或事故進行預防；其能夠在意外事故出現的時候，對煤礦工人疏散、救助行為的開展提供便利[2]。礦山測量工作對于煤礦的安全管理具有重要的影響，氣味井下巷道的貫通提供了可行的方向。井下貫通工作是有測量人員在測得礦山中、腰線的基礎上開展的，其能夠對礦山中、腰線進行明確，并能夠提高巷道開門位置的準確性以及巷道貫通的科學性，有助于提高井下挖掘工作的效率，提高井下作業的安全性能[3]。

礦山測量結果在一定程度上能夠反映出井巷工程的空間位置關系，能夠作為井巷的貫通工作、通風系統、排水系統以及瓦斯管道鋪放等工作提供信息資料。礦山測量結果能夠直觀反映出井上、下各部分的結構以及空間位置[4]。精準的結構圖以及層次分明的空間位置、正確的井巷邊界，能夠為井下巷道、采空區以及礦井之間的貫通提供依據，并且能夠有效預防自然災害和安全事故的出現，并且能夠為地面向地底開采水平的指定地點進行打樁、鉆孔等工作，能夠為電纜運輸、滅火、抽水、食物運輸等工作提供準確的數據支撐，并為礦山救助工作提供幫助。

現代社會對于煤炭資源的需求量較大，礦井也有傳統的小礦井向大型化、多煤層開采發展，大型礦山由于占地面積大、煤層分層多、礦道長。并且由于煤炭生產以及通風的需求，主副井與通風井之間需要間隔一段距離，導致對礦山測量精度提出了更加嚴格的要求；此外，由于大型礦山的開采量大、井下巷道多，礦山測量的工作量也非常大，測量工作的主要特征是對數據的高要求和高精度，由于測量結果對煤礦安全生產有重要的影響，稍有差錯會導致安全事故的出現[5]。同時由于現代礦山測量人員的專業水平以及職業技能有待提升，職業素養層次不齊。上述因素都導致了礦山測量工作無法有效開展，甚至影響測量結果的精度，對煤礦的安全生產造成較大的影響。因此，需要對礦山測量工作的方法以及技術進行分析與研究，有助于改善現階段的礦山測量現狀。

2 井上控制測量方法

在傳統的礦山測量工作中，應用比較頻繁的是結合野外實地調查以及1：10000煤礦詳查圖，但是由于詳查圖與實際煤礦具有較大的差異，因此，無法將煤礦的實際情況很好的反映出來，這就對礦山測量工作造成了一定的影響，并且由于實地調查需要進行大量的野外調查，增加了調查員的工作量，也使得測量工作速度與效率的低下。而應用RS技術能夠有效解決這一問題，RS技術具有較高的幾何分辨率，其能夠應用多元遙感數據和多時相遙感數據的結合來提升測量結果的分辨率，其測量精度能夠大大提高測量工作的質量。并且RS技術能夠對礦山測量資源信息進行收集和提取，有效提高測量工作的速度，并能夠減少調查員的野外工作量。

礦山測量工作是安全生產的重要前提。礦山開采活動需要建立在各種煤礦空間信息以及相關資料的基礎上，構建數字煤礦模型，并通過對數字煤礦模型的科學分析，來實現完善的礦山安全管理。基于現代Internet/wet技術能夠實現礦山測量工作相關信息的共享和更新。礦山測量工作信息系統中涵蓋了井巷的貫通工作、通風系統、排水系統以及瓦斯管道鋪放等方面的信息資料，即可將數據施行錄入，也可將數據進行匯總與整理，并通過制作成圖形的方式應用于煤礦生產各階段的計劃制作中，還可以制作成統計學報告進行輸出，并可用以此作為相應的煤礦調整規劃信息資料。通過對礦山測量工作信息的利用，再結合相關標準以及政府部門等方面的相關規劃相統籌，有助于提升礦山開采的合理性與科學性。

以近些年礦山測量工作的地形圖以及詳查圖作為可行性研究的基礎。由于礦山項目對于邊界的劃分比較明確，因此，要求煤礦測量時對于邊界控制點的經緯度以及平面坐標進行比較精準的控制。應用GPS技術能夠對邊界控制點進行比較準確的定位。可行性研究中對于項目的高程、長度以及面積等方面的準確度的要求不高，因此，可以選擇15米以下平面定位精度的手持式GPS對項目現場的電力線、通風渠道、運輸道路、煤礦邊界以及煤礦規模等進行測量。并且采集到的數據大多可直接應用于生產中，若部分煤礦生產對于數據精度的要求較高，可以進行一些后續加工后即可使用。該技術的應用能夠有效提高可行性研究階段的工作效率。

應用GPS技術對煤礦區以及周圍的生態環境狀況、居住人口、社會經濟條件、自然景觀、資源、水文地質、地貌以及氣候條件等方面的信息進行收集，從而能夠得到比較科學的礦山資料，能夠提升煤礦生產的可行性。通過GPS采集的數據以及全站儀野外采集數據，在實施階段中能夠制成數字高程模型，然后通過數字高程模型進行計算機程序預算，能夠計算出礦山施工中的開挖土方量以及設計開挖土方量，提高實施階段的工作效率。

GPS技術能夠對地理空間信息進行及時的反饋，其具有便捷、高效、準確度高等優勢，因此，GPS技術在礦山項目運行管理中多用于監控礦山區域的地質災害檢測，例如實時監控泥石流、山體滑坡等，并且對于地質的塌陷能夠起到一定的監測作用，能夠提升運用管理的質量，減小安全事件的出現。RS技術能夠對礦山區域的氣候變化、地下水結構以及生態環境進行動態監測，能夠進行自然災害、氣象以及環境監測，從而有效制定科學的生態景觀規劃或農業規劃，從而有效保障井下巷道的合理開發。GIS技術應用的范圍比較廣泛，其能夠分配和管理煤礦的使用權以及所有權，并對管理煤礦的空間位置、面積、用地類型以及權屬的各方面信息進行統一管理，并對管理區域內的煤礦附屬物，包括地下電纜、排水渠道或地上管線進行管理。

3 井下控制測量方法

井下控制導線是礦山測量的重要內容，其控制技術以及數據精度對于礦井的安全生產具有重要的影響，特別在礦井貫通工程中起到了重要的作用。文章主要對支導線、方向附合導線以及附合導線在測量中產生的誤差進行分析，并系統研究井下導線加測陀螺定向邊對導線測量精度的影響，并對井下導線網中的加測陀螺邊的數量以及位置等內容進行探討，為井下導線以及導線網加測陀螺定向邊的確定提供科學依據。井下測量工作中的地質環境是其主要影響因素，最先進行測量的是支導線，在礦井貫通工程結束后就能夠進行閉合或附合導線的測量，并最終形成導線網。作者以多年的經驗分析逐級平差與整網平差的差異，分析逐步平差法的缺陷與不足，可以應用整網平差的方式，有助于提高導線測量精度以及結果的可操作性。

陀螺儀受外部因素的影響小，并且具有進動性以及定軸性的優勢，是一種具有高精度的定位儀器，其能夠在地下工作的定向工作中發揮較好的效果。陀螺經緯儀是一種將陀螺儀與經緯儀集合起來的儀器，其不受空間和環境的影響，且操作簡單、快捷，效率高，并能夠提供較好的定位結果，在井下作業中得到了廣泛的應用。就井下測量而言，其能夠避免幾何定向法對生產造成的影響，能夠節省人力、物力以及時間。

在井下貫通測量中，導線測量是測量控制的重要前提，且其主要測量方式是一邊施工一邊測量，受施工影響并且在貫通工程完成前無法進行導線閉合，二是隨著巷道的掘進、導線擦好高難度以及測站數的增加而增加，并且導線的誤差也會隨之產生變化，因此，降低導線誤差是提高貫通測量的重要方式。陀螺定向不受導線測量的影響，在巷道導線內加測陀螺定向邊后，能夠有效減小累積誤差，從而提高了導線貫通的準確性。

為了保障礦山測量結果的準確性，在井下巷道導線測量的過程中，在1.5-2.0km規格的井下巷道中會加測一條陀螺定向邊。在加入陀螺定向邊后即可形成附合導線，并對附合導線的終點以及導線上任一點進行誤差估算，分析其精度是否能夠符合相關標準，保障測量結果的準確性。方向附合導線是指單一導線的兩端均由堅強方向控制的線條，如圖1所示。其誤差主要是由于平差后水平角平差值以及實測變長。而通過加測陀螺定向邊的方式，能夠降低測角誤差，能夠提高測量的精準度。

加測陀螺邊是降低導線誤差的有效手段，大部分礦山井下測量中會選擇加測陀螺定向邊，但是在大型、多個附合或閉合導線網中是否需要加測陀螺邊？加測陀螺邊的數量以及位置？加測陀螺邊的效果如何？這都是需要考慮的問題。

井下支導線測量主要是為巷道貫通提供依據，巷道貫通的最大誤差不得超過50cm；且重要巷道的最大誤差不得超過30cm；而在對向貫通中的誤差僅為10-11cm。由于終點誤差計算方式不能滿足重要巷道的貫通要求，因此，還是需要加入陀螺邊來提高其準確度。結點導線比支導線的測量具有更高的難度，并且相關規定指出結點之間、結點與高級點之間的導線長度不得超過相同等級規定長度的0.7倍，這一要求就要求在超過0.7倍的情況下需要加測陀螺邊。

對于加測陀螺邊的位置，作者以多年工作的經驗分析，在導線的中間位置加測陀螺邊能夠有效的提高測量的精度，也是比較科學的方法。在導線網測量中應用加測陀螺邊的方式要想取得最佳的測量效果，就需要進行誤差的計算，并且結合各種優化方式才能夠有效降低測量誤差，但由于導線網的形狀具有多樣性的特征，需要結合實際礦井的形狀以及影響因素，對煤礦模型進行研究以及計算。

《煤礦測量規程》對于高程測量中相鄰兩點間往返測高程的限差以及線路閉合差的規定較少，僅規定其基本控制導線的閉合差≤±100mm，并且傳統的測量方式是手工鋼尺測量，誤差較大，不適用于現代煤礦測量工作中，因此，需要對傳統的方式進行改革。三角高程測量方式是一種被廣泛應用于工程測量的方式，其操作簡單靈活，能夠不受地形的影響，也是高程測量的重要方式。但是由于目前缺乏準確率較高的測量儀器，采用的是傳統的手工量距的方式進行距離的測量，但是由于這種測量方式的精度較低，影響了井下三角高程測量的準去的。在現代礦山測量工作中，由于全站儀的普及，其測量精度得到有效的提升，并且其具有操作簡單快捷、效率高、結果精準等優勢，被廣泛的應用于井下高程測量工作中。

就井下測繪工作而言，數據處理是其重要內容，其直接影響到測量結果的精準度以及質量。井下控制測量是隨著井下巷道的開掘而不斷更新的，所以，井下導線需要隨巷道的逐步開掘而敷設的，不能僅通過一次性全面布網的方式進行控制測量。在此情況下，井下控制測量人員需要以單導線平差法來進行數據處理，其結果被應用于礦山作業中。但是由于井下巷道的不斷開掘，巷道漸漸形成網狀，在大型井下導線控制網中，需要應用比較復雜的方式進行計算，簡單平差法不適用于大型控制網的計算。井下導線的測繪隨著巷道的開掘形成了單一閉合或復合路線，在此情況下，可以應用簡易平差法進行導線計算。但是由于大型井下巷道的導線路線比較復雜，已知點的數量較少，并且不是所有的導線都能夠形成單一閉合或復合路線，在此情況下，控制測量人員需要將已經計算好的坐標值當做已知點進行處理，再與其它導線相連從而形成單一閉合或復合路線，就能夠進行平差計算：首先將測量段的方向角閉合差進行計算，再將閉合差按照相關標準進行平均配賦角度計算，在進行坐標增量的計算，在導線長度測量結果相對比較精準的情況下，按照邊長成比例進行配賦坐標計算。這種平差法的計算過程非常嚴謹，其精確度較高。此外，對于大型井下導線網來說，這種平差法能夠降低誤差。

4 結束語

煤礦地下開采的測量工作由于其工作環境特殊，容易受到各方面因素的影響，且測量結果有能夠直接影響煤礦企業的經濟效益以及生產安全，因此，提高測量質量不僅能夠起到提高測量結果的精度，同時能夠保障煤礦生產的安全性。井上、下測量工作受到各種因素的影響，導致測量結果產生誤差，也使得測量成果的質量和可靠性受到了一定的影響。文章首先介紹了礦山測量工作的重要性，然后分析了井上、下控制測量方法，為現代煤礦企業的測量工作提供依據。

參考文獻

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