礦山井下巷道貫通測量精度分析及技術方法的探討

白利軍

（榆林神華能源有限責任公司，陜西 榆林 719000）

在大型礦山井下生產作業中，巷道貫通測量工作是井下生產安全和作業效率的基本保障，對測量精度要求較高。但是在實際測量過程中，容易產生誤差累積，導致最終的測量結果出現較大偏差。為了確保井下巷道貫通測量的精確度，必須對測量結果進行分析，并采取有效的方法降低誤差。此外，采用先進的貫通測量方法也可以提高貫通測量精度，為礦山井下生產的經濟效益和生產安全提供保障。

1 礦山井下巷道工程概述

某大型礦山井下工程為提高井下生產效率，確保生產接替流暢，對縱向一翼開拓二水平運輸大巷，主要向中部和北部兩個分段進行開拓，其中，中部分段為副立井到北二斜井，貫通距離為6284m，北部分段是從北二斜井到北三斜井，貫通距離為3086m。貫通總進尺為9370m，整個過程質量和精度較高，貫通測量設置一個地面小三角網，其中包括11個控制點，地面測量水準為2500m，井下導線長10020m，共包含98個控制點，測量水準為7320m。井下共有4條陀螺邊[1]，屬于特大井下巷道貫通工程。

2 貫通測量精度分析

2.1 各分段巷道貫通精度分析

2.1.1 中部分段貫通測量精度分析

在上述礦山井下巷道貫通工程中，中部貫通分段是從副立井到北二斜井之間的區域，貫通測量前首先對測量誤差進行預計，比較集中測量方案，考慮該分段的實際施工情況，最終采用立井鋼絲定向投點的測量方式和高程傳遞方式，井下設置陀螺邊，在平巷和斜井處設置鋼尺量邊和測距導線，對巷道測量誤差進行控制。在設置導線的邊長時，根據實際施工需要，每500m長邊設置一道80m～100m短邊，將陀螺邊設在距離貫通點1/3處。采用該貫通測量方案，中部分段的測量誤差預計為水平方向388mm，高程160mm。經貫通施工后，實際水平誤差為115mm，高程誤差113mm[2]。

2.1.2 北部分段貫通測量精度分析

在對北部分段的測量誤差進行預計時，由于該分段是兩個斜井之間的部分，因此采用2斜井紅外測距導線控制方案，根據測距的三角高程設置標高，平巷測量為一等水準。在該方案下，水平方向的預計誤差為296mm，高程誤差預計為188mm。經過貫通施工后，實際水平誤差為14mm，高程誤差12mm，各分段貫通施工的貫通處閉合情況如表1所示[3]。

2.2 貫通測量誤差分析

該礦山井下巷道貫通工程的中部分段是一個典型貫通工程，采用地面連接測量和立井定向、導入標高測量、導入斜井測量等方法，在井下使用測距導線和鋼尺量邊導向，加測陀螺定向邊。在該部分巷道貫通施工結束后，對各個測量過程的誤差進行分析，包括地面連接誤差和定向誤差，以及井下的導線測量誤差等，并根據預計誤差中各項誤差所占的比例，參考其他井下巷道貫通資料，確定地面連接誤差與定向誤差及井下導線測量誤差的比例關系為1：3：4。根據這一比例關系，分別得出各項測量誤差占總誤差的比例，即地面連接誤差占1/8、定向測量誤差占3/8、井下導線測量誤差占4/8[4]。

在實際貫通測量過程中，水平方向誤差為115mm，其中，地面導線測量誤差為14mm，定向誤差為43mm，井下導線測量誤差為58mm。占據最大比例的井下導線誤差又可分為量邊誤差和測角誤差兩個部分。在中段巷道貫通施工中，井下導線多數采用直伸導線，測距邊精度較高，因此，井下導線誤差主要是測角產生的誤差。將礦井下測角誤差近似等于58mm，這58mm的誤差主要來源于對中誤差和測角方法引起的誤差。

在該工程中，采用T2經緯儀測回法進行測角，讀數誤差約為0.75″。由于實際井下觀測作業難度較大，難以做到精確瞄準，因此實際瞄準誤差較大，一般為估計值的2倍左右，這里取值5″。則測角方法引起的誤差約為3.6″。由于井下導線平均長度為150mm，可以計算出對中誤差是0.7mm。在貫通施工結束后，對實際中線誤差進行統計，講下導線測量誤差實際數值與觀測數值基本相符。

表1 各分段貫通誤差和閉合情況

2.3 提高貫通測量精度的措施

為提高礦山井下貫通測量精度，首先應建立地面專用控制網，彌補采空區上部地面控制網不可靠的問題。在上述工程實際施工中，為確保工程適量，對地面控制網進行重新布置，在礦井北部設置小三角控制網，包含11個控制點，單位權重誤差可以控制為20″，最弱點的點位誤差可以控制為21mm，最弱邊的相對誤差為1/61500。在中部設置測距閉合導線，近井點橫向點位誤差為12.1mm，縱向點位誤差為15.9mm，高程誤差為10.0mm。通過上述設定，可以消除地面控制網的不確定性，確保貫通測量精度。在此地面控制網的應用下，預計地面連接誤差為65mm，而3項誤差分析結果僅為14mm，精度提升作用較為明顯。

在對導線誤差進行處理時，由于該工程的導線測量總工作量非常大，工設置有90個測量點，為提高測量精度，需要從以下幾方面著手：①根據工程要求，嚴格執行測量方案，在測量過程中組織好各項工作，測量人員密切配合；②使用三腳架進行觀測和瞄準，降低瞄準誤差；③對中誤差要嚴格控制在1mm以內，水平氣泡的偏斜不能超過半格；④發揮測距儀的優勢，減少測量站點，延長邊長，每隔500m長邊設置一組80m～100m的短邊。此外，在誤差預計時，比如測角誤差7″，對中誤差不超過1.5mm，則井下導線預計誤差為174mm。通過對三項誤差占總誤差的比例分析可以得出，礦井下導線測角誤差為58mm，與實際觀測值要求一致。通過采取上述處理措施，可以有效提高貫通測量精度。

與該礦山工程類似的大型巷道貫通工程，要根據投影帶位置和控制網布置情況，綜合考慮礦山地質與井下的高差等問題，將井下導線的邊長歸化到投影水準面上。由于歸化后投影邊長會發生改變，如果未對精細導線邊長進行處理，就會導致上下長度不一致，從而導致兩礦井間的貫通施工出現較大偏差。

應分別計算歸化到投影水準面和高斯投影面的改正數，進而計算出貫通導線綜合改正數。在上述工程中，中部分段的改正數為310mm，北部分段的改正數為440mm，總數為750mm。從改正數的數值可以看出，改正對貫通施工的影響不容忽視，在貫通測量計算中，必須加入改正項[5]。

3 礦山井下巷道貫通測量技術方法探究

3.1 貫通測量勘查技術的應用

從上述對礦山井下巷道貫通測量精度的分析可以看出，貫通測量精度受多方面因素影響，需要采用先進的測量技術方法，為測量精度提供保障。而且巷道貫通測量對整個井下作業影響重大，必須確保其測量精度符合要求。從以往的貫通測量實踐中可以總結出，巷道貫通測量應滿足以下幾方面測量要求：①測量精度應為貫通施工提供保障，根據實際施工情況，合理調整測量技術方案，分配測量資源；②在選擇貫通測量方法時，應注意傳統技術與新技術的結合使用，全方位控制測量準確度；③在人員素質方面，要聘請專業測量人員，避免人為誤差對測量結果產生影響；④完成貫通測量后，要合理安排抽查工作，確保抽查工作量符合要求，抽查結果能夠反映出測量數據的精確度。

基于上述幾點測量要求，在礦山井下巷道測量工作中，首先使用貫通測量勘查技術，明確具體勘查內容，對測量技術方案進行總體規劃，確保測量方法的可行性。在巷道測量勘查工作中，高程測量是重點和難點工作之一，由于井下高程測量通視條件差，在許多情況下測量位置要設置在頂板出，并對水準尺進行倒立放置。采用這種測量方法，獲取讀數后，要將負值代入計算公式中。在高程水準支線測量中，要采用雙向測量方法，并控制好測量誤差，可以通過以下公式計算誤差，即h=1′·sinα+i-v。式中的h為高差，i和v是雙向測量數據，α為偏角。

3.2 陀螺定向技術的應用

采用陀螺定向技術進行礦井下巷道貫通測量，由于該技術不受礦井深度影響，因此在測量精度具有一定優勢。陀螺定向測量技術特別適用于貫通導線較長的測量項目，可以通過轉化復合導線測量，規避終點測量誤差。目前該技術已經在礦井下巷道貫通測量中得到較為廣泛的應用。陀螺定向技術的應用主要分為四個方面。

（1）深井定向測量，在深度較大的大型礦井中，采用傳統測量技術會受井深以及測量環境溫度的影響，采用陀螺測量技術則不用考慮環境影響問題，可以在深井中確保貫通測量結果的可靠性，從而為礦下作業安全提供保障。

（2）控制井下平面，在進行巷道挖掘過程中，需要保持井下平面的穩固性，利用陀螺定向技術的陀螺儀控制井下平面，與導線指示向結合，可以確保巷道掘進方向和掘進長度的準確性。在傳統井下巷道挖掘工作中，采用單支導線測量容易出現誤差，現利用陀螺定向技術可以解決這一問題，對單支導線測量誤差進行有效控制。

（3）井筒安裝，在礦井下巷道作業中，可以使用陀螺儀輔助井筒安裝，快速測定井下幾點，幫助工作人員掌握井底情況，應用陀螺定向測量技術可以確保井筒安裝位置準確。

（4）在巷道驗收檢查中的應用，利用陀螺儀檢驗巷道導線是否存在曲線，確定巷道方位角，為巷道施工設計調整提供支持。

3.3 中腰線一體測量技術的應用

在礦井下施工作業過程中，面臨著多種多樣的安全問題，特別是存在急傾斜的巷道施工，通風和運輸等都容易受到干擾。急傾斜巷道由于坡度的特殊性，與其他巷道施工相比難度更高，為確保巷道貫通測量精度和施工質量，需要采用中腰線一體測量技術，對巷道貫通進行準確的放線定位，并輔助貫通測量確定井筒倉位置。中腰線一體測量技術的應用可以提高井下作業安全性和貫通測量的科學性。

3.4 新貫通測量技術的應用

隨著科學技術和礦產開采技術的快速發展，新的貫通測量技術不斷涌現，在礦井下巷道測量工作中積極引入新的技術方法，可以提高測量精度和測量效率，解決井下測量通視條件較差等問題。目前在井下巷道測量中使用較多的新技術包括：

（1）全站儀測量技術，以功能強大的全站儀為基礎，發揮三維測量優勢，提高巷道測量控制能力。全站儀測量技術的應用可以實現對巷道貫通測量誤差的精準控制，輔助工作人員找出貫通測量誤差的產生原因，并對其誤差屬性進行區分。而且全站儀測量技術自動化程度較高，可以有效避免人為干擾，自動將測量數據采集、傳輸到計算機中。

（2）全球定位技術，目前全球定位技術在井下巷道貫通測量中的應用主要集中在構建控制網方面，通過對井下巷道貫通的全方位監控，及時發現隱藏風險，并對其進行精準定位，提高井下巷道貫通施工的安全性。

（3）三維激光技術，三維激光技術與全球定位技術等先進技術的綜合使用，可以有效擴大井下貫通測量的范圍和精度，目前在預計測量中應用較多，可以整合新技術、新設備的優勢，實現巷道貫通細化測量，為測量精度提供保障。

4 結語

綜上所述，礦井下巷道貫通測量受多方面因素影響，對巷道管道貫通測量精度進行分析，找出誤差類型和誤差產生原因，可以為實際施工測量提供借鑒，做到對測量誤差的有效控制。根據井下巷道貫通測量的實際需要，綜合采用陀螺定向技術、中腰線一體測量技術以及全站儀測量技術、全球定位測量技術等先進技術，可以有效提升巷道貫通測量的精確度。