煤礦井下巷道貫通精度控制的探討

王鵬

鐵煤公司大興煤礦 遼寧調(diào)兵山 112700

巷道指的是煤礦井下為采礦提升、運(yùn)輸、通風(fēng)、排水以及動(dòng)力供應(yīng)而掘進(jìn)的通道，按照巷道的長(zhǎng)軸線與水平面的關(guān)系，可將巷道分為直立巷道、水平巷道及傾斜巷道3種形式[1]。作為礦山測(cè)量的重要組成部分，巷道貫通測(cè)量能指導(dǎo)煤礦開(kāi)采，是煤礦開(kāi)采的基礎(chǔ)工作。隨著煤礦開(kāi)采工作難度不斷增加，對(duì)煤礦井下巷道貫通精度的要求不斷提高，精度等級(jí)低的巷道貫通極易發(fā)生安全事故，造成極大的經(jīng)濟(jì)損失。為了提高煤礦井下巷道的安全性，對(duì)煤礦井下巷道貫通精度控制進(jìn)行探討，這能改善傳統(tǒng)精度控制方法預(yù)計(jì)誤差偏差數(shù)值過(guò)小的問(wèn)題。在煤礦井下巷道貫穿精度控制方面，國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家研究起步較早，在21世紀(jì)初就制定了多項(xiàng)礦山的發(fā)展計(jì)劃，現(xiàn)已形成多項(xiàng)無(wú)人化礦山自動(dòng)化設(shè)計(jì)。國(guó)內(nèi)針對(duì)巷道精度控制的研究起步較晚，但在中國(guó)研究人員不斷的努力下，現(xiàn)已得到了多個(gè)研究成果[2]。為了迎合巷道貫通精度的現(xiàn)代化需求，探討煤礦井下巷道貫通精度控制是很有必要的。

1 貫通測(cè)量方案設(shè)計(jì)

為了確保巷道貫通測(cè)量精度，在測(cè)量工作開(kāi)展前應(yīng)制訂相應(yīng)的測(cè)量技術(shù)方案。5202主運(yùn)巷貫通測(cè)量屬于井內(nèi)貫通測(cè)量，井下測(cè)量導(dǎo)線按照《煤礦測(cè)量規(guī)程》中有關(guān)測(cè)量要求開(kāi)展。在井下布置的導(dǎo)線宜沿著巷道中線布置，導(dǎo)向邊長(zhǎng)相近、測(cè)角采用測(cè)回法。測(cè)量?jī)x器采用TS02全站儀，該全站儀測(cè)角精度在為2″，采用三角高程測(cè)量方式測(cè)量高度，為提高測(cè)量精度均需獨(dú)立測(cè)量?jī)纱巍８鶕?jù)礦井測(cè)量需要，制訂下述測(cè)量方案：根據(jù)已有巷道內(nèi)測(cè)量導(dǎo)線進(jìn)行貫通測(cè)量，且不加測(cè)陀螺定向邊。采用上述測(cè)量技術(shù)方案可大幅減少測(cè)量工作量，測(cè)量效率高，但是測(cè)量精度偏低。文中就對(duì)測(cè)量技術(shù)方案的測(cè)量精度進(jìn)行分析，當(dāng)測(cè)量精度滿(mǎn)足不了現(xiàn)場(chǎng)施工需要時(shí)，通過(guò)復(fù)測(cè)導(dǎo)線點(diǎn)、提高測(cè)角精度來(lái)提高貫通測(cè)量精度，對(duì)測(cè)量方案進(jìn)行優(yōu)化，從而使得測(cè)量精度滿(mǎn)足5202主運(yùn)巷貫通測(cè)量需要。

2 設(shè)定井下導(dǎo)線測(cè)量方式

不同的煤礦井下有著不同的施工實(shí)際[3]。將巷道測(cè)角的精度劃分為2個(gè)級(jí)別：7″及15″。對(duì)應(yīng)2個(gè)級(jí)別的技術(shù)控制指標(biāo)如表1所示。

表1 技術(shù)控制指標(biāo)

根據(jù)表1所示的各項(xiàng)參數(shù)，在煤礦井下每隔1.0km設(shè)置1個(gè)加測(cè)陀螺定向邊，計(jì)算測(cè)角產(chǎn)生的誤差，計(jì)算公式可表示為：

m為測(cè)角誤差，°；mv為照準(zhǔn)誤差，°；m0為讀數(shù)誤差，°；n為測(cè)回?cái)?shù)。針對(duì)測(cè)角產(chǎn)生的誤差，測(cè)量人員測(cè)量導(dǎo)線長(zhǎng)度時(shí)應(yīng)遵守測(cè)量規(guī)范，計(jì)算數(shù)值誤差較大的，視情況改變測(cè)量程序或重新測(cè)量。保持井下儀器對(duì)中整平，在測(cè)量?jī)x器外部設(shè)置擋風(fēng)裝置，減小巷道內(nèi)風(fēng)力產(chǎn)生的影響。設(shè)置導(dǎo)線測(cè)量次數(shù)為3次，反復(fù)核對(duì)觀測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確率。結(jié)合光電測(cè)距的方式，采用儀器測(cè)定導(dǎo)線測(cè)量設(shè)備元件老化的程度，改正或縮短元件產(chǎn)生的內(nèi)部距離。測(cè)量人員應(yīng)時(shí)刻關(guān)注煤礦井下巷道內(nèi)的氣象參數(shù)，根據(jù)測(cè)量設(shè)施的默認(rèn)參數(shù)修改檢測(cè)到的信息。受到測(cè)量設(shè)備自身誤差與幅相誤差的影響，側(cè)相誤差與照準(zhǔn)誤差應(yīng)采用多次測(cè)量取平均值的方式進(jìn)行改進(jìn)。控制井下導(dǎo)線測(cè)量方式，并減小誤差，間接控制巷道貫通精度。

3 完成精度控制

在完成精度控制前，設(shè)定1個(gè)導(dǎo)線與測(cè)量邊角精度匹配規(guī)則，合理化地匹配煤礦井下測(cè)量邊角。在設(shè)定精度匹配規(guī)則時(shí)，導(dǎo)線邊長(zhǎng)設(shè)置為測(cè)量?jī)x器中誤差測(cè)角的1/3。當(dāng)導(dǎo)線的邊長(zhǎng)數(shù)值小于1/3的誤差測(cè)角數(shù)值時(shí)，提高測(cè)量?jī)x器的測(cè)量精度。根據(jù)精度參數(shù)，得到1個(gè)導(dǎo)線最短邊控制參數(shù)。實(shí)際匹配時(shí)，以最短邊20m為計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，相鄰2個(gè)邊的長(zhǎng)度相對(duì)誤差控制在0.05m之內(nèi)，對(duì)應(yīng)得到不同測(cè)量等級(jí)巷道貫通測(cè)量角的數(shù)值。可以采用長(zhǎng)邊傳遞角度，增設(shè)陀螺定向邊控制貫通誤差的積累，采用布設(shè)支導(dǎo)線的形式，在不同陀螺定向邊處形成一個(gè)自動(dòng)控制的形式。對(duì)于測(cè)角誤差、邊長(zhǎng)誤差及導(dǎo)線誤差，該部分誤差與測(cè)量環(huán)境、測(cè)量?jī)x器有關(guān)，數(shù)值控制的效果較弱。相鄰導(dǎo)線夾角屬于人為控制，在設(shè)定該部分匹配規(guī)則時(shí)，首先根據(jù)陀螺定向邊設(shè)定1個(gè)方位角，根據(jù)方位角，得到1個(gè)附和導(dǎo)線作為該導(dǎo)線的延長(zhǎng)線，得到最終夾角，完成匹配規(guī)則的設(shè)定。綜合上述處理，最終完成對(duì)煤礦井下巷道貫通精度控制的探討。

（1）在煤礦井下巷道貫通測(cè)量中，為了確保巷道貫通測(cè)量精度，首先需要針對(duì)工程實(shí)際制訂合理的測(cè)量技術(shù)方案，并進(jìn)行測(cè)量誤差估算。但是，發(fā)現(xiàn)制訂的測(cè)量方案測(cè)量精度無(wú)法滿(mǎn)足巷道掘進(jìn)施工需要。

（2）提出通過(guò)提高測(cè)角精度來(lái)提高貫通測(cè)量精度，對(duì)測(cè)量方案進(jìn)行優(yōu)化，并對(duì)優(yōu)化后的測(cè)量誤差進(jìn)行估算，測(cè)量精度可滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)巷道掘進(jìn)貫通需要。

（3）優(yōu)化后的測(cè)量方案不僅可滿(mǎn)足巷道貫通測(cè)量精度要求，而且可降低貫通測(cè)量勞動(dòng)強(qiáng)度及測(cè)量費(fèi)用，取得顯著的應(yīng)用效果。

4 結(jié)語(yǔ)

在高精儀器的測(cè)量下，煤礦井下巷道貫通精度依然受到多項(xiàng)因素影響，探討煤礦井下巷道貫通精度控制方法，能改善傳統(tǒng)精度控制方法對(duì)精度指標(biāo)控制效果不明顯、產(chǎn)生的貫通誤差數(shù)值過(guò)大的不足。但所設(shè)計(jì)的精度控制方法無(wú)法明確地指出高精度儀器具體產(chǎn)生誤差的位置，還需要不斷研究改進(jìn)。