煤礦井下貫通測量方案的優化研究

鄭衛軍

（大同煤礦集團有限責任公司云崗礦， 山西 大同 037017）

煤礦井下的貫通測量是指兩個以上同向或者相向的巷道在進行掘進作業時，為保證巷道之間的位置關系或者對接準確性而進行的測量作業，一般情況下煤礦井下的巷道貫通測量主要采用經緯儀或者導線測量，但隨著綜采作業技術的不斷進步，煤礦井下巷道貫通距離不斷增加，最遠的已達到20 km 以上，因此傳統的井下貫通測量方案在實際使用過程中暴露出了操作流程繁瑣、定位精度差的缺陷，無法滿足長距離巷道貫通測量時的精度要求[1]。本文提出了一種新的貫通測量方案，在運輸巷掘進作業過程中通過對導線測量和陀螺定向測量的綜合對比、修正，實現了長距離巷道的精確測量。同時在測量的過程中根據煤礦井下實際地址條件總結了影響井下貫通測量精度的因素，在測量的過程中對測量結果進行精確的轉換和分析，根據設備的測量技術特點，利用不同設備測量不同的路線，最大限度的降低系統測量誤差的影響，根據實際驗證結果可知，優化后的井下貫通測量方案在高程方向上的最大誤差僅-0.113 m，在水平方向上的最大誤差僅-0.193 m，極大的提升了井下長距離巷道貫通測量的精度，具有極大的應用推廣價值。

1 井下巷道貫通工程基本情況

井下巷道運輸巷是將煤炭運輸到地面上的主體通道，直接關系到煤礦井下運輸作業的效率和安全性，對巷道成型精度要求較高。某礦井下主井和副井之間的運輸大巷長約20 km 屬于特大型井下貫通工程，對貫通測量的精度要滿足±0.3 m 內，同時對施工工期要求較為嚴格，其煤礦井下貫通測量路徑如圖1 所示。

圖1 煤礦井下貫通測量路徑示意圖（mm）

由于該貫通工程屬于特大型的工程項目，在測量前需要根據井下巷道的實際結構，對測量方案進行研究，對測量過程中所使用設備的合理性進行分析，對測量過程中的誤差進行提前預測并制定減少測量誤差的方案，根據該項目的實際情況，針對復雜地質條件下的測量特點，在施工中選擇了采用導線測量和陀螺定向測量的方案。

導線測量時，為了確保測量精度，在1 號外運巷和2 號外運輸巷分別采用測量精度為1.5 mm 和1 mm 的全站儀對其進行測量，每次進行兩個測回測量，連續進行三次測量。另一組人員則采用測量精度為1 mm 的全站儀對其進行二次測回測量，然后將所有測量結果進行統一匯總，取測得的加權平均值。

在采用陀螺儀進行定向測量時，選擇測量精度為±5 mm 的陀螺經緯儀進行陀螺定向測量，將測量結果進行匯總分析，并進行貫通導線數據的修正。

在測量的過程中，為了確保測量精度，在水平巷道內進行測量時選擇了水準儀進行一級水準測量，在傾斜巷道內測量時采用了全站儀進行三角高程測量，同時在每次測量的時候均選擇3 組人員進行三次測量后取各組測量結果的加權平均值，最大限度的確保測量結果的準確性。

2 井下貫通測量方案

由于傳統的測量方案存在較大的測量誤差，因此在傳統測量方案的基礎上，依據所選擇的測量設備和測量方案，提出了新的貫通測量方法，該方案主要是對測量過程中的測角中誤差和陀螺定向的誤差量進行優化。在利用導線測量時對主要是對測量過程中的測量設備選擇和測量結果分析方法進行優化，在進行測量設備選擇是根據測量區域的不同分別選擇了具有較高測量精度的全站儀，降低了在測量過程中的測量誤差，同時分兩組人員測量后將測量結果進行加權平均，根據實際測量分析，該測量方案下能夠將在水平方向上的測量誤差控制在±0.08 m 內，遠高于傳統測量±0.7 m 的測量誤差。

陀螺定向誤差的優化，為了降低傳統陀螺定向測量的誤差，同時又能夠降低在測量過程中的測量工序，提升測量效率，本文提出了有效的利用井下定線測量時的測量結果，在該測量結果的基礎上利用測量數值優化公式[2]：

式中：M為陀螺定向測量誤差；m為陀螺儀的定向測量精度；ρ 為每次測量弧度的秒值，取206；Yn為表示每次測量時的中心坐標；Yk為表示在相遇點處的北坐標。

根據實際測量，優化后的陀螺定向測量精度可達±0.21 mm。

3 井下貫通測量數據的分析

由于新的井下貫通測量方案中采用了多種測量設備共同配合作業，各設備的測量精度存在較大的差異性，為了統一測量分析結果，對各個測量數值均進行了加權平均法進行處理，對各個測量結果按照帶有誤差的方向附和導線進行平差。陀螺儀的定向中誤差在設置時應根據兩測回的的觀測誤差取對中值。全站儀的測角中誤差則應首先對同組人員所測結果取平均值，然后對不同組人員的測量結果取加權平均值處理。各個設備的測距中誤差基本相同[3]，因此在進行測量時統一設置為1/40 000，滿足測量標準統一需求。在對各個測量數據進行綜合分析時，對數據按帶有誤差方向進行平差處理，并根據巷道掘進方向進行定位修正，確保滿足精確測量的需求。

4 結論

針對傳統的貫通測量方案在水平方向和高程方向上的誤差均超過1 m，無法滿足長距離運輸大巷的貫通測量需求的現狀，通過對導線測量和陀螺定向測量的綜合對比、修正，實現了長距離巷道的精確測量，根據實際應用表明：

1）進行貫通測量設備選擇時，在水平巷道內進行測量時選擇了水準儀進行一級水準測量，在傾斜巷道內測量時采用了全站儀進行三角高程測量，導線測量時選擇不同精度的全站儀進行測量。

2）對各個測量數值均進行了加權平均法進行處理，對各個測量結果按照帶有誤差的方向附和導線進行平差，確保對數據分析的準確性。

3）根據實際驗證，優化后的測量方案，陀螺定向測量精度可達±0.21 mm，測角中誤差控制在±0.08 m內，極大地提升了煤礦井下巷道貫通測量的精度。