井下導線測量優(yōu)化技術在煤礦開采中的應用

許 超

（西山煤電屯蘭礦地測防治水科， 山西 古交 030200）

井下導線測量技術在煤礦開采生產(chǎn)過程中有著廣泛的應用，可對井下地物坐標進行測量，對井巷進行貫通。但在實際應用當中由于井下施工環(huán)境較為惡劣，測量精度差、測點布設數(shù)量多、難度大，造成每次測量消耗的時間較長。傳統(tǒng)導線測量技術在誤差上通常又比較大，很難將巷道貫通誤差降低在1 m 以內(nèi)。基于此缺點，某礦在巷道貫通導線測量時采用了長角短邊法優(yōu)化導線測量技術，布設點位少、縮短了測量時長、保障了測量精度，具有很高的實用價值。

1 工程實際

山西晉能控股集團某礦開采3 號、5 號、8 號煤層，礦井總面積9.12 km2，平均煤層深度712 m。其3101 工作面已開采完畢，在進行3102 工作面的開切眼與區(qū)段運輸平巷貫通過程中，預計貫通點O 與切眼之間的距離為90 m，現(xiàn)在開切眼與區(qū)段平巷兩側(cè)同時進行掘進作業(yè)，并在該工作面進行導線布設，擬布進行3 次導線點布設，一此測量3～5 個導線點，需測15 次導線點觀測，兩導線點之間距離平均30 m，共布設導線觀測長度預計達到120 m，貫通路線如圖1 所示。基于此工程實際問題進行導線測量，因該工程掘進工程量大的特點，測量時間與誤差直接影響著該礦經(jīng)濟效益，而此類工程測量誤差值通常希望保持在±0.3 m 以內(nèi)，因此急需應用新型測量技術進行測量時間的縮短優(yōu)化。

圖1 開切眼實際貫通情況圖示

2 傳統(tǒng)導線測量法

3102 工作面在區(qū)段運輸平巷與開切眼貫通掘進過程中，傳統(tǒng)的導線測量技術巷道每掘進30 m 需對導線測量點進行一次延伸，以保證掘進過程的精確，共需布設3 個導線點進行測量。而每布設3 個觀測點需對前后視點進行觀測，并布設3～5 個觀測點位，整體測量方案的完成需進行15 個導線點位的觀測，觀測量極大布設點位較多。而且布設一次導線點必須架設一次全站儀，并依次類推直到巷道的成功貫通，按每次布設1.5 h 的測量時長進行計算，共需消耗22.5 h才能完成此次巷道貫通的測量任務，且勞動量巨大，在井下進行120 m 長度的傳統(tǒng)邊長測量，基于井下惡劣的工作環(huán)境測量精度也很難得到保證。傳統(tǒng)導線測量技術在巷道貫通過程中的誤差很難降低到1 m 以內(nèi)，無法滿足該工程的需要，因此需對導線測量方案進行優(yōu)化處理。

3 長角短邊法應用

基于傳統(tǒng)導線測量技術存在的時間損耗長與操作上的復雜性，以及較大的測量誤差，該礦擬選用長角短邊法對3102 工作面區(qū)段平巷與開切眼之間進行貫通方案測算。該方法是利用已知點位，對后續(xù)測點進行觀測，并測算出后續(xù)各點的坐標值[1]。測算時間較短，且精度可靠，現(xiàn)基于該測量方法一次測得點位多，測量方法簡單的特點進行分析。

3.1 長角短邊法方案流程

該3102 工作面在進行區(qū)段平巷掘進過程中采用的低級7”導線布設方式，O、A、B 三點在區(qū)段平巷點位測量過程中測試精確，可作為后續(xù)測量的基點，B1、B2、B3、…、Bn為聯(lián)絡巷進行貫通前的待測點位，測量過程中，兩點之間邊長可用卷尺進行現(xiàn)場測量，但由于掘進過程中巷道環(huán)境較為惡劣，對邊長的測算精度無法保證，將各測點測量后的累計誤差值將超出承受范圍，甚至影響到聯(lián)絡巷的正常貫通。

1）應用長角短邊法在進行導線測算前需對各以知基點進行角度檢驗測試，可通過架設全站儀進行左盤右盤測試O、A 兩點之間的位移情況，確保基點位置準確無誤。并將基點作為后續(xù)測量過程中的坐標已知點位進行坐標計算。

2）當O、A 兩點坐標無誤后將全站儀移動至B點，調(diào) 整無誤后開始觀測B1、B2、B3三點并對∠ABB1、∠ABB2、∠ABB3三者的角度進行測量，測量后的結(jié)果代入公式即可得到兩待測角的角度。

3）對上述步驟測試完畢后，用鋼尺進行邊長量測，分別將BB1、BB2、BB3三邊的邊長值進行記錄，并測量全站儀儀器的高度及視高值，代入公式即可得到所測點的坐標，完成一次量測任務。

4）對測量結(jié)果進行驗算，通過在B3點架設儀器對B 點角度觀測，若與之前測算差別不大，則所得數(shù)據(jù)可進行后續(xù)計算，其余測點驗算方式于此相同。所有點位驗算結(jié)果無誤后3）中所得坐標即是待測點的最終坐標，可用于工程巷道貫通。若測算有誤差且在可承受范圍之外，則應對誤差原因進行分析并重新布設點位進行二次測量，保證所得結(jié)果真實可靠，以防對工程實際巷道貫通造成損失[2]。

3.2 長角短邊法測算

現(xiàn)根據(jù)3102 工作面布設的第一批測點A、B、B1、B2、B3，對各個測點值進行計算，布設測點的平面示意圖如圖2。先將全站儀架設在B 點對∠ABB1（α1）、∠ABB2（α2）、∠ABB3（α3）的角度測量。并實地量測B到B1、B1到B2、B2到B3的距離，分別記為S1、S2、S3。根據(jù)這些測算數(shù)據(jù)即可對圖中的未知量進行計算，計算公式：

圖2 導線測量平面示意圖（備注：A、B 點的坐標以知，B1、B2、B3 三點坐標待測）

式中：β 為BB1與BB2的夾角，（°）；α 為方位角，（°）。

根據(jù)該算法進行后續(xù)待測點的測算，即可得出各測點的坐標值。在驗算結(jié)束后，若準確無誤則可將測量結(jié)果應用于巷道貫通的點位坐標定位當中。

4 測量結(jié)果

將該長角短邊法導線測量優(yōu)化技術與傳統(tǒng)導線測量方法進行對比可知，長角短邊法導線測量最直觀的優(yōu)勢在于對測量時間的縮短，以3102 工作面區(qū)段平巷與開切眼貫通為例，原本在巷道內(nèi)布設的15 個導線測點，采用該方案進行點位觀測時，每個測站只需布設5 個測點即可完成坐標測算，因此整個巷道的點位只需布設6 個測點（原測點O 已知)，共減少了10個測點的觀測量，極大的縮短了導線測量時間，降低了測量人員的工作強度。且嚴格的公式計算及操作方法，整個量測只需在5 個固定點位進行，因此其測算精度也可以保證，具有極高的適用性[3]。

該礦開切眼與區(qū)段運輸平巷貫通過程中，布設5個測點，每個測點測量耗時1.5 h，共用時7.5 h，整體測量縮短時長15 h，同時開切眼與區(qū)段平巷貫通順利，測量精度達到98%以上，實際應用效果較好。

5 結(jié)語

該礦3102 工作面在開切眼與區(qū)段運輸平巷貫通過程中根據(jù)現(xiàn)場實際情況，應用了長角短邊法這一優(yōu)化導線測量技術，使得原本布設15 個測點才能測量貫通的巷道縮減到5 個測點即可完成，縮短時長15 h，且巷道貫通順利，取得了良好的應用效果。長角短邊法導線測量技術具有測量時間短、測點布設少、測量精度可靠的優(yōu)點，且在該煤礦3102 回采工作面的成功使用，為此后煤礦井下導線測量技術增添了新的應用方案，提高了井下測量技術的發(fā)展水平，對煤礦企業(yè)的高效生產(chǎn)有著重大意義。