提高煤礦井下巷道貫通測量精度技術研究

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（晉能控股煤業集團挖金灣煤業有限責任公司 山西 037000）

1.概述

巷道貫通是進行煤礦開采掘進工作的組成部分，貫通測量是煤礦測量工作的重要組成部分。巷道貫通工作的難度及工程的精度與貫通測量的精度具有直接的關系。貫通測量是在同一巷道內為保證兩個或多個工作面依據設計的位置進行的連接測量，在進行巷道的掘進時，要保證工作面依據設計的方向進行作業，保證連接處的精度不能超出規定的范圍，避免造成工程質量的偏差[1]。提高巷道貫通測量的精度，要求測量技術人員具有較高的專業素養的同時，還要采用先進的測量設備及因地制宜的測量方案。提高煤礦巷道貫通測量的精度對于煤礦的安全、高效生產具有重要的意義，可以提高后續煤礦開采的效率[2]。

2.三角高程測量法的原理

貫通測量的目標是保證巷道內連接點的水平誤差和垂直誤差值在設定的范圍之內，從而保證煤礦的開采安全。隨著現代測量技術的進步，采用先進的測量設備和測量方式，對于提高貫通測量的精度具有極大的促進作用。在生產應用中，采用精密的定位技術和全站儀三角高程測量技術，對測量數據進行全面的誤差分析，是提高礦山貫通測量精度的有效方式[3]。

三角高程測量的方式如圖1所示，在確定的位置點A架設全站儀測量，測量儀自身的高度為i，在位置點B設置覘標，高度為v，利用全站儀進行測量兩點之間的距離及角度如圖1所示，由此可以計算得到A、B之間的高度差h：

式中，R表示所在測量區域的地球橢圓的平均曲率半徑，K表示大氣垂直折光系數值。通過上述的公式可知，采用三角高程測量方法進行貫通測量的精度主要受到全站儀垂直角α、傾斜距離d的測量精度及儀器自身精度的影響[4]。提高三角高程測量精度的主要方法是提高對垂直角的測量精度，控制測量距離的長度。三角高程測量通過觀測兩個控制點的水平距離和高度角來對高度差進行計算，這種測量方式簡單，但對于煤礦井下巷道來說，由于受到地形條件的限制，難以進行有效的測量。

圖1 三角高程測量示意圖

在進行煤礦開采的過程中，由于受到地形地貌、煤層分布及開采方式、煤炭運輸等多種因素的作用，我國進行開采的煤礦巷道常采用傾斜的形式。傾斜巷道有利于煤炭材料、設備及人員的作業提升，對于傾斜巷道的測量與地面的三角高程測量不同，采用井下巷道前后視三角高程測量的方式對于提升貫通測量的精度具有極大的幫助。

3.前后視三角高程測量原理及應用

井下巷道三角高程測量的方式如圖2所示，在確定的位置點A架設全站儀測量，測量儀自身高度為i，在B點的下方位置處設置覘標，高度為v，采用全站儀進行測量兩點之間的傾斜距離d與垂直角α，由此計算可得兩點之間的高度差h：

從計算中可以看出，與地面的三角高程測量方式不同的是對于全站儀和覘標高度的量取方式不同，通過巷道頂部的鉛錘到設備中心的距離獲取相應的值，從而對傾斜的巷道距離進行測量[5]。在實際的應用過程中，由于煤礦井下巷道內的通風強度較大，使得這種量取方式造成一定的偏差，從而影響了三角高程測量的精度，不利于提高貫通測量的精度[6]。此時，對于全站儀和覘標自身高度的量取精度也是影響貫通測量精度的重要因素。

圖2 井下巷道三角高程測量示意圖

為了消除鉛錘測量不穩定造成的偏差，采用基于前后視的三角高程測量方式對巷道進行貫通測量，其測量方式如圖3所示。從圖3中可以看出，采用前后視三角高程測量方式，在確定的位置點A架設全站儀測量，測量儀自身高度為i，在后視點C的下方位置處設置覘標，高度為v0，在前視點B的下方位置處設置覘標，高度為v1，采用全站儀進行測量兩點之間的傾斜距離d與垂直角α，由此計算可得兩點之間的高度差hAB：

通過上式可以看出，對于A、B兩點之間的高度差計算，避免了對全站儀設備自身高度的測量，同時通過標準化高度測量可以消除全站儀對垂直角α的測量誤差，從而可以提高對巷道貫通測量的精度。

圖3 前后視的三角高程測量測量示意圖

對于巷道的貫通測量，由于煤礦井下的地形條件復雜，對測量工作具有較高的要求。巷道貫通測量作業整體上可以分為平面導線測量和高程測量兩個部分，采用前后視三角高程測量的方式可以降低全站儀進行高程測量時的誤差，提高巷道貫通測量的垂直精度。對某煤礦采用兩種不同的方式進行貫通測量。

一為采用全站儀+水準儀的方式，二為采用全站儀前后視三角高程測量+水準儀的方式，其測量計算結果如表1所示。從表1中的數據可以看出，采用方式一進行測量時，貫通點存在著超限的危險，而增加采用前后視三角高程測量方式后，其高程貫通精度提高到0.15m，高程精度具有明顯的提高，平面貫通精度的變化不大。

表1 兩種方式測量數據

由此可以說明，采用前后視三角高程測量對于提高巷道貫通測量的精度具有明顯的作用，可以應用于井下巷道貫通測量中。

4.總結

巷道的貫通測量對于巷道的貫通及礦井的開采具有重要的作用，采用現代化的測量方法對于提高貫通測量的精度具有極大的促進作用。在煤礦井下巷道的貫通測量過程中，由于煤礦井下巷道的傾斜設置，采用全站儀進行前后視三角高程測量，可以避免降低全站儀進行高程測量時的誤差，提高巷道貫通測量的垂直精度，從而可以為后續煤礦的施工提供便利，為礦區的安全開采提供保障。