井下2種導線測量方法精度對比分析

李治龍

(陜西有色榆林煤業有限公司，陜西 榆林 719000)

0 引言

礦山測量是煤礦開采中重要的一項學科，礦山測量的精度直接影響著井下采掘施工效率及安全[1-2]。隨著長臂連續采煤技術不斷推廣使用，長距離貫通測量已經成為常態，加之礦井內施工條件及地質構造復雜，給礦山測量工作帶來新的挑戰。隨著科技的進步，測量技術也是日新月異，特別是GPS、RTK測量技術的應用，不僅提高了測量精度，也極大地提高了測量作業效率[3-5]。但由于礦山測量主要工作地點在井下，使得GPS、RTK等先進測量技術無法應用。當遇到特殊環境，用常規測量方法不能實現施工放線或測量時，就必須探索研究新的測量技術方法去應對，對于滿足施工進度和設計需要具有重大意義，由數字全站儀衍化而來的三聯腳架法和懸掛小棱鏡法被廣泛使用[6-8]。

1 概述

杭來灣煤礦30201工作面為該盤區首采工作面，設計走向長度6 000 m，切眼實體寬300 m。根據設計，該工作面設置1條回風順槽，1條輔運順槽，1條膠運順槽；回風順槽采用單進綜掘方式掘進，膠運和輔運順槽采用雙進連采掘進方式掘進。貫通后測量導線全長約13 000 m，根據《煤礦測量規程》中規定，該工作面屬于超大型貫通工作面。

陀螺定向儀是一種不依賴于其他測量成果下，可以自由精確地尋找北方向的一種測量儀器，常用于軍事航天測繪工程中，定向精度高，定向成果可靠，相對傳統導線測量，陀螺定向誤差傳遞很小，主要誤差來源是標定陀螺儀常數的起算成果的誤差和人為觀測誤差，基本不涉及誤差傳遞和累積，作為參考標準值具有很高的可信度和權威性[9-10]。實驗支導線長度約6.0 km，采用同一起始邊αF65-F64陀螺方位角為317°58′06″，終止邊αH35-H36陀螺方位角為137°57′30″，對2種方法精度進行對比評定。如圖1所示。

圖1 測量儀器布置示意Fig.1 Layout of measuring instruments

2 方案介紹

2.1 方案設計

為避免設備產生的誤差，2種方案均選用徠卡TC1201+防爆全站儀、配套腳架和HGG-05型自動定向陀螺儀。按照《煤礦測量規程》要求，所投入的關鍵測量設備均需要在項目開始前在指定的質量檢定部門進行檢定，且檢定合格后方可投入本項目使用；其他輔助性測量器具也必須在檢定合格期內方可使用。在施測過程中，要求在成像清晰、目標穩定的情況下進行。實測測距邊長必須加入溫度，氣象，傾斜，儀器加、乘常數，投影改正，獨立施測的2次成果誤差在允許范圍之內，取其平均值或復測支導線平差后為最后控制測量成果，否則必須重測，直至誤差在允許范圍以內。

內業計算前，必須有2人以上對外業數據記錄進行檢查，簽字確認后方可進行計算。成果計算必須由2人以上獨立進行手工計算，計算完成后對算2人計算結果；無誤時，以其作為手工計算成果。然后將手工計算成果和計算機計算成果對比，平面坐標和高程誤差在±4 mm內時，以計算機計算成果為準，提交成果資料。

所有工作完成后，與杭來灣煤礦專業技術人員和公司相關技術人員對項目進行驗收，對存在問題進行客觀的評價，并提出解決方案，限期進行改正。

2.2 三聯腳架法

2.2.1 三聯腳架法施測

導線點位于巷道底板堅固部位，點間距平均長度約180 m，測站和前后視全部架設腳架和設備，每站測完以后腳架和基座不動，后視替換測站，測站替換前視。以此類推，累計布設35條導線邊，往返復測支導線，以陀螺定向邊αF65-F64為起始邊，實測終止邊方位角αH35-H36為137°57′46″。

步驟1：從中央輔運大巷開口導線邊上按照5″級支導線精度要求復測回風順槽支導線，導線全長共計為6 198 m。

步驟2：按照5″級導線要求，對所有復測導線進行整體平差，平差后完成精度評定工作。

井下導線復測根據貫通測量設計方案和誤差預計要求，貫通導線按5″級導線的要求施測。基本控制導線的主要技術指標執行規定見表1，該技術指標參照一級導線相關精度設計[11-12]。

表1 井下5″級導線測量精度指標Table 1 Accuracy index of underground 5″traverse survey

2.2.2 主要精度評估

表2 三聯腳架法測量數據Table 2 Measuring data of tripod method

2.3 懸掛小棱鏡法

2.3.1 懸掛小棱鏡法施測

順槽頂板布設導線點，前后視懸掛小棱鏡，測站采用點下對中整平，點間距平均長度約180 m，單程布設35條導線邊，往返復測支導線，以陀螺定向邊αF65-F64為起始邊，實測終止邊方位角αH35-H36為137°57′59″，詳細過程如下。

步驟1：從中央輔運大巷開口導線邊上按照5″級支導線精度要求復測回風順槽支導線，導線全長共計6 326 m。

步驟2：按照5″級導線要求，對所有復測導線進行整體平差，平差后完成精度評定工作。

井下導線復測根據貫通測量設計方案和誤差預計要求，貫通導線按5″級導線的要求施測。基本控制導線的主要技術指標執行表1規定，該技術指標參照一級導線相關精度設置。

2.3.2 主要精度評估

表3 懸掛小棱鏡法測量數據Table 3 Measuring data of suspended small prism method

3 結論

(1)三聯腳架法實測終止邊方位角αH35-H36為137°57′46″更接近參考標準值137°57′30″(差值-16″)，懸掛小棱鏡法實測終止邊方位角αH35-H36為137°57′59″和參考標準值137°57′30″出入稍大(差值-29″)。上述2種測量方法實驗結果皆滿足《煤礦測量規程》和長臂連采采煤工藝對貫通限差要求。

(2)三聯腳架法減少架設儀器頻次，可以減少對中整平的誤差傳遞，具有較高的精度和穩定性，井下控制系統形成依然是值得信賴的測量手段。

(3)懸掛小棱鏡法無需對中整平，限制條件較少，對比三聯腳架法精度稍低，在礦井盤區控制系統測量中應謹慎使用。但是它具有靈活方便的特點，可以在地形條件復雜或者頂板穩定區域廣泛使用，具有較高的推廣價值。