全站儀在巷道貫通測量中的應用研究

孟凡超

（遼源職業技術學院，吉林 遼源 136201）

礦山生產中的巷道貫通工作具有極強的技術性，而貫通測量的精度直接影響巷道貫通質量[1]。貫通測量的工作范圍既包括地表部分，又包括井下部分。測量的結果不但對礦山的日常生產有著重要影響，而且是安全生產決策的重要信息依據，直接關系到礦山運行的安全性。因此，礦山從建設開始到生產運行、日常管理再到最終形成企業利潤，都受到貫通工程的直接或者間接的影響。可見，貫通工程的每一個環節和程序對礦山而言都十分重要。然而當測量地點位于井下時，測量人員和設備要面對惡劣的環境，傳統的測量作業主要是采用光學經緯儀測角、鋼尺測邊等手段，無法確保測量精度，同時需要測量人員付出很大的工作量。現代化的礦山測量手段已經在電子技術、通信技術、光機技術等高科技快速發展的帶動下悄然發生改變，電子全站儀快捷化、高精化、自動化、全面化的產品特性非常適合于測量人員在惡劣環境下進行數據采集錄入工作，并且在恰當的接口作用下，數據一經獲取立即轉入計算機展開處理或者自動化繪圖[2]。因此，在今后的井下巷道測量工作中，大量使用電子全站儀必然是行業發展趨勢，就這個方面進行應用分析和研究就顯得十分必要。

1 全站儀井下貫通測量方法

1.1 貫通測量簡介

為了避免給施工人員的身體健康帶來危害，巷道掘進作業對巷道內通風距離有一定的要求，因此要科學合理地提升掘進效率，通常會按照計劃在不同地點對同一巷道進行多工作面分段掘進。為保障該過程中整體計劃能夠實現精確化的控制和推進，必須要展開大量的前期測量，即貫通測量。貫通測量在時間上貫穿了巷道掘進以及掘進完成后的各個階段，從而保障了巷道掘進可以準確地依照計劃完成。測量中必然會有誤差問題的干擾，也就是多個掘進工作面在地表和地下控制測量和聯系測量形成的誤差影響下會產生貫通誤差。從空間方向上來看，縱向（沿著巷道中心線）誤差、橫向（水平面垂直于巷道中心線）誤差、豎向（高程）誤差是最為常見的3種誤差，而后兩者的存在會給巷道工作帶來很大的困擾，因此行業內把橫向誤差和豎向誤差叫做貫通重要方向的誤差[3]。

1.2 貫通測量的基本方法和保障措施

1.2.1 貫通測量的基本方法

貫通測量的基本方法是首先確定貫通巷道兩端導線點的平面坐標和高程；然后通過數學方法計算得到巷道中線的坐標方位角和巷道腰線的坡度，并確保這兩項數據與原設計匹配，差值符合精度要求，同時，計算出巷道兩端點處的指向角；最后綜合以上各項信息和指標在巷道兩端分別標定巷道中線和腰線，指示巷道按照設計的同一方向和同一坡度分頭掘進，直至貫通相遇點處相互正確銜接[4]。

1.2.2 貫通測量的保障措施

1）工作中的全站儀及鋼尺應通過嚴格的檢測方可投入測量，以確保測角和測距的精準。

2）測角準確是掘進工作順利推進的重要保證，而巷道通風會干擾角度測量，因此需要使用點下對中器進行對中，同時應當注意水準管偏離不可高于1格，否則過大的誤差會嚴重干擾結果的精確性。

3）在測量工作推進過程中，應當保證觀測人員的數量，杜絕一人連續兩次負責測量，以免形成較大的人為誤差。

4）由于圍巖過大的應力容易對點位形成較大干擾，因此應利用人工構筑物確定點位，以保證測量時點位的穩固性[5]。

5）保證巷道掘進和測量結果的正確性是一項復雜而又精細化的工作，除了操作時要做到認真仔細之外，還要進行必要的復測復算。通過制度化的技術管理，結合平差、短邊增加測回數等技術方法，實現井下巷道貫通測量的精確要求。

6）得到測量結果后，應立即展開必要的精度分析，通過和預期精度標準進行誤差對照，確保每一個程序的精度都符合或者高于標準[6]。一旦精度分析找到差錯，應當進行全面評估，發現嚴重問題時應當立刻組織重測。

2 工程施測實例

2.1 工程概況

本文以XX煤礦XXX07回順-切眼-XXX07運順貫通測量為例，XXX07回順長為2 931 m，XXX07運順長為2 218 m，切眼（凈煤柱寬）為301 m（兩側順槽中線間距為306．4 m），貫通閉合導線全長為3 946 m；施工方式為連采掘進。

2.2 施測方案

按照《煤礦測量規程》和綜采工作面平、斷面設計圖的要求，利用已有的井下控制點，使用測角精度為±2″，測距標稱精度為±（2 mm+2×10-6×D）的GPT-4002LN型全站儀進行測量；布設±7″級閉合導線；貫通點水平方向限差為±0．3 m，高程方向限差為±0．2 m。

2.2.1 水平角觀測作業要求

觀測水平角時，邊長小于15 m，必須進行3次對中整平，同時進行3個測回觀測；邊長在15m到30m之間，必須進行2次對中整平，同時進行2個測回觀測；邊長大于30 m，必須做到1次對中整平和2個測回觀測。要求測回間互差小于±9″，2C值小于±14″。進行觀測時，照準部的水準氣泡偏離范圍不可超過1格。

2.2.2 豎直角觀測作業要求

井下巷道貫通高程測量采用三角高程法作業，豎直角觀測2測回，測回間豎直角互差應該不超過±15″；采用中絲法對向觀測方式觀測豎直角，相鄰兩點間往返測高差的互差不應該超出±（10 mm+0．3 mm×L）（其中L為導線邊長，單位為m），測量結果取其平均值。儀器高和覘標高應用鋼尺在施測前后分別量取，當前后互差不超過±3 mm時，取其平均值作為最終結果[7]。

2.2.3 距離測量作業要求

邊長可通過全站儀的測距功能測量，在進行邊長測量時可采用正倒鏡各測4次，4次讀數互差應不超過±3 mm，取其平均值作為最終結果。

2.2.4 導線測量觀測限差要求

沿順槽敷設±7″支導線，同時該導線可作為延伸偏中線的控制導線；巷道每延伸300～500 m時必須延長一次導線；利用聯巷，在支導線長度為800～1 000 m時將相鄰順槽支導線閉合，以作檢核。方位角閉合差不應超出（n為導線的總站數）；高程閉合差不應超出（mm）；導線全長相對閉合差不應超出1/8 000。

2.3 貫通誤差預計

由于XXX07回順-切眼-XXX07運順貫通測量沿煤層底板進行掘進，因此平面貫通測量的誤差分析就足夠。經上述分析，該工程誤差基本是在導線測角以及量邊時形成的。

2.3.1 水平方向上的誤差預計

測角誤差引起K點在X'軸上的誤差為

式中：Mxkβ為導線測角誤差引起K點在X'軸上的誤差；mβ為井下導線的測角中誤差；ρ為每一弧度所對應的秒值，即206 265″；Ry為K點與各導線點連線在y軸上的投影長。

光電測距時，量邊誤差引起K點在X'軸上的誤差為

式中：Mxl為量邊誤差引起K點在X'軸上的誤差；ml為導線點之間的距離；α為導線各邊與X'軸之間的夾角；ml2cos2α為各導線兩邊誤差引起K點在X'軸上的偏差平方之和。

K點在X'方向上的預計中誤差為

2.3.2 豎直方向上的誤差預計

由于巷道沿煤層底板掘進，高程誤差都控制在0．2 m以內，不會超限，故不作高程誤差預計。

2.3.3 綜合誤差

為了檢核，井下導線獨立施測2次，因此2次測量平均值的中誤差為

那么貫通相遇點K在水平重要方向上的預計誤差為

通過計算可知，預計誤差在容許誤差的范圍內，可以確定測量方案和方法是可行的。

3 測量精度的影響因素

因為測量精度對工作環境有一定要求，因此進行井下測量時誤差是很難完全避免的。

1）全站儀測距時發出的激光信號受磁場影響，其波長、頻率等發生變化后，特別是定位附近有高壓開關等電氣設備時，測距誤差更加顯著。

2）若測量作業的巷道內揚塵較多、空氣濕度大，則極易造成測量人員的視覺誤差，同時導致測角和測距等測量數據誤差較大。

3）當測量工作量較大時，必須及時對使用頻繁的儀器進行校驗，否則盤左盤右讀取數據時會出現誤差，且有超過理論極限差的可能。

4）測量時應當盡可能選擇坡度較緩的工作面，以避免產生長短邊而使坐標值出現偏差。

4 結束語

貫通測量實例證明，與經緯儀測量夾角配合鋼尺測距的傳統測量方法相比，全站儀測量方法可以在很大程度上避免人為估讀產生的誤差，極大地提高測角和測距的精度，并為雙向掘進快速施工提供了重要的技術支持。