長距離精密導線在煤礦貫通測量中的應用

張輝

（中煤大屯煤電（集團）有限責任公司姚橋煤礦，江蘇徐州 221611）

0.前言

導線測量在礦山井下測量中的應用相對較多，測量效果能夠滿足大部分工程測量的基本要求。但由于礦井內部環境比較復雜，測量過程中各種影響因素較多，測量工作開展難度較大。全站儀是一種非常先進的測量設備，其具有測角和測距的功能，內置測量軟件，可以根據測量對象不同，合理對測量方法進行選擇。通過對全站儀導線測量技術的應用，可以直接得到三維位置信息，非常適合在礦山測量當中進行應用。

1.陀螺儀在煤礦貫通測量當中的應用

陀螺儀出現于20世紀80年代，隨著技術的不斷發展，測量精度持續提升，在煤礦貫通測量中的應用不斷增加。陀螺儀具有定軸向的特征，地球不斷處于自轉的過程中，其具有相對于慣性空間的自轉角，可以將地球自轉速度分為水平自轉速度和垂直自轉速度。從這些地方可以看出，其可以通過慣性測量技術的應用，來獲得地球背向信息，陀螺儀的定向精度在正負15''左右。陀螺儀器最早是用于航海導航，但隨著科學技術的發展，它在航空和航天事業中也得到廣泛的應用。陀螺儀器不僅可以作為指示儀表，而更重要的是它可以作為自動控制系統中的一個敏感元件，即可作為信號傳感器。根據需要，陀螺儀器能提供準確的方位、水平、位置、速度和加速度等信號，以便駕駛員或用自動導航儀來控制飛機、艦船或航天飛機等航行體按一定的航線飛行，而在導彈、衛星運載器或空間探測火箭等航行體的制導中，則直接利用這些信號完成航行體的姿態控制和軌道控制[1]。作為穩定器，陀螺儀器能使列車在單軌上行駛，能減小船舶在風浪中的搖擺，能使安裝在飛機或衛星上的照相機相對地面穩定等。作為精密測試儀器，陀螺儀器能夠為地面設施、礦山隧道、地下鐵路、石油鉆探以及導彈發射井等提供準確的方位基準。由此可見，陀螺儀器的應用范圍是相當廣泛的，它在現代化的國防建設和國民經濟建設中均占重要的地位。

觀測程序。在實際開展觀測工作的過程中，其通常會分為4個程序：（1）首先需要在地面上任選一點，并在這個過程中對當地儀器常數C進行測定，然后計算得到C值3個，將這三個值相加取平均值，就可以得到儀器的C值，在一般的情況下，每50km就可以得到一個C值。（2）通過已知邊上3個測回，就可以將儀器常數計算出來。（3）在煤礦井下的待定邊上，可以直接利用2個測回將已知邊上的陀螺方位角測量出來。（4）在返回地面之后，可以直接通過借助3個測回在已知邊上對陀螺方位角進行測量，然后就可以將儀器常數求出來。可以直接根據上述步驟對儀器的精度和穩定性進行校驗，從而保證陀螺儀測量結果精度。

2.陀螺儀在煤礦貫通測量中的應用

在井下平面控制中的應用。在開展井下掘進工作的過程中，需要直接利用導線對巷道掘進方向進行指示，但很多煤礦的巷道都采用的是環形回路，掘進方向相對單一。在這種情況下，誤差累積速度增加很快，對精度要求也不斷提升。最近幾年，陀螺儀在煤礦貫通測量中的應用不斷增加，在開展支導線測量工作時，對陀螺方位角進行加測是一種非常有效的方法，在大量工程當中都有應用。在通常的情況下，對陀螺邊進行加測主要會采用如下幾種方式：（1）在導線末端可以加一條陀螺邊，從而形成附和導線。（2）直接在導線上加測陀螺邊，從而形成附和導線。（3）直接在每條邊上加測陀螺方位角。在開展大量貫通測量的過程中，在陀螺邊數量的確定上已經得到了共識，導線橫向誤差大大減少，測量精度有了明顯的提升。與未加測陀螺方位角相比，測量精度得到了比較明顯的改善，加測一條和三條的增益分別在50%與75%左右。因此，為了得到更好的貫通測量精度，就需要根據實際測量條件，合理對加測邊數量進行確定[2]。

立筒安裝中的應用。在立井井筒安裝的過程中，其主要分為罐道、罐道梁、管路、梯子和電纜。罐道和罐道梁是其中重要的組成部分，這兩個裝備安裝效果對立筒安裝效果，有著非常直接的影響。由于井筒的深度較深，其開展放線的難度相對較大。為了有效解決這個問題，可以直接借助井下陀螺儀來進行定向，并使用垂線球來確定相關位置，然后利用鋼梁或者卡線板對其進行固定處理，最后就可以將鋼梁的位置標定出來。

在次要巷道和采區聯系測量中的應用。采區測量主要是指井下開采從采準到回采的整個過程中，測量人員需要進行一系列測量工作。其中一項比較重要的工作就是進行采區聯系測量、坐標、高程、以及導線傳遞方向等。在通常的情況下，巷道的長度并不是非常長，采區范圍也相對較小，巷道空間非常狹小，作業過程中受到的影響因素較多，巷道空氣也相對污濁。在過去開展工作的過程中，通常會采用羅盤儀導線，實際應用中需要保證羅盤儀不會受到磁性的干擾。如果在巷道內部存在太大的磁性，就會對羅盤儀的影響導致非常大的影響，只能采用天井定向測量的方法，測量精度難以得到保證，測量人員的工作量也相對較大。

3.貫通測量結果分析

在貫通施工結束之后，對貫通誤差進行了測量，發現其縱坐標和橫坐標的閉合差分別為0.12m和0.13m，貫通精度可以滿足工程的實際要求。本測量方法可以得到較高的測量精度，主要由以下幾個方面因素造成的：首先，通過采用全站儀對精密導線進行測量，在進行貫通測量的過程中，采用了獨立校驗的方式，并在第一時間開展了復測和復算工作，并采用了科學的方法對測量精度進行了評定，并對評定結果與測量結果進行了對比，更大程度上保證了測量精度。其次，為了提升貫通測量的精度，還使用加測陀螺定向邊，貫通測量精度得到了進一步的提升。由于貫通精度相對較高，導線的長度也會相對較長，誤差累積的情況比較嚴重。另外，通過采用加測陀螺定向邊的方式，在更大程度上提升了貫通測量精度，再通過對“三架法”的應用，還進一步提升了相關工作開展效率，保證測量結果的可靠性。

4.實踐中提升貫通精度的有效措施

為了進一步提升貫通精度，就需要提升測角精度，在通常的情況下，需要在一定程度上增加導線的距離，從而有效避免累積誤差過大現象的發生。

做好測量前的準備工作。在實際開展測量工作之前，應該認真做好各種儀器設備的檢查工作，保證儀器設備的完整性。其次，還應該認真做好標定要素的校核工作。

特殊環境作業的應對措施：（1）如果作業環境中的風較大，應該對巷道采取一定的擋風措施。（2）如果需要在運輸線路當中開展測量工作，應該做好現場的交通疏導工作，避免儀器震動造成誤差過大情況的出現。（3）對于水霧和煤塵較大的巷道，為了避免對測量精度造成影響，就應該合理減少測量距離[3]。

導線點的使用。在導線點使用之前，需要認真做好導線點完好程度的檢查工作，保證導線點固定良好，避免出現垂球砸落儀器情況的發生。在儀器設備架設完畢之后，應該認真做好導線點移動情況的監測工作，及時發現問題，及時進行解決。

5.結語

隨著時代不斷發展，對開展煤礦貫通測量提出了更高要求。針對當前煤礦貫通測量中出現的各種問題，應該引起足夠的重視，認真分析問題發生的原因，能夠合理對高精度導線測量技術進行應用，保證測量精度。