煤礦測(cè)量技術(shù)方法及測(cè)量作業(yè)的提升措施

許永杰

(陜西澄城董東煤業(yè)有限責(zé)任公司，陜西 澄城 715200)

有序開展煤礦測(cè)量是煤礦項(xiàng)目建設(shè)的關(guān)鍵，需在測(cè)量作業(yè)中利用先進(jìn)技術(shù)來達(dá)成精準(zhǔn)測(cè)量的目標(biāo)。要擴(kuò)大現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)應(yīng)用范圍，根據(jù)煤礦測(cè)量需求制定完善的測(cè)量技術(shù)規(guī)劃，在測(cè)量設(shè)備助力下促進(jìn)煤礦產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展。

1 煤礦測(cè)量技術(shù)方法

1.1 無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)

1.2 全站儀導(dǎo)線測(cè)量技術(shù)

全站儀導(dǎo)線測(cè)量技術(shù)是常見的一種煤礦測(cè)量技術(shù)方法，準(zhǔn)確度高。測(cè)量作業(yè)主要使用全站儀設(shè)備，這種設(shè)備與傳統(tǒng)測(cè)量設(shè)備相比具有測(cè)量效率高、測(cè)量速度快、自動(dòng)化水平高、實(shí)際測(cè)距長(zhǎng)、受環(huán)境干擾影響較小等優(yōu)勢(shì)(與經(jīng)緯儀比較結(jié)果如表1所示)，同時(shí)還能實(shí)時(shí)顯示測(cè)量獲得的數(shù)據(jù)信息，避免測(cè)量記錄出現(xiàn)錯(cuò)誤，克服了以往人工數(shù)據(jù)記錄時(shí)勞動(dòng)強(qiáng)度較大等問題。相較于水準(zhǔn)儀和一般經(jīng)緯儀，全站儀可實(shí)施礦井下導(dǎo)線測(cè)量，不需要人工調(diào)整測(cè)量各項(xiàng)參數(shù)，包括距離參數(shù)、角度參數(shù)及高度參數(shù)等，儀器內(nèi)部會(huì)通過計(jì)算構(gòu)件來準(zhǔn)確計(jì)算參數(shù)，再顯示到外部顯示器中，保證了測(cè)量操作參數(shù)的科學(xué)合理。全站儀設(shè)備與其他外部設(shè)備有接口連接，只需通過數(shù)據(jù)線連接打印機(jī)、計(jì)算機(jī)及掃描儀等，有助于野外實(shí)測(cè)工作及時(shí)向其他設(shè)備傳輸信息，為數(shù)據(jù)測(cè)量的整理和繪制礦圖提供便利。內(nèi)部安裝了雙軸自動(dòng)補(bǔ)償控制系統(tǒng)，有利于調(diào)整水平軸或豎軸產(chǎn)生的誤差，提高實(shí)際測(cè)量精度。井下測(cè)量作業(yè)環(huán)境日益復(fù)雜，而全站儀測(cè)量會(huì)受到風(fēng)力環(huán)境的影響，許多工程測(cè)量也對(duì)該技術(shù)測(cè)量作業(yè)提出了更高的精度要求，因此需分析誤差來源并予以解決。

圖1 無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)演示圖Fig.1 Demonstration of UAV photogrammetry technology

表1 全站儀與經(jīng)緯儀特征對(duì)比Tab.1 Comparison of characteristics between total station and theodolite

1.3 三維激光技術(shù)

三維激光技術(shù)是在全球坐標(biāo)系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上基于不同作業(yè)需求且將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換并輸出的一類技術(shù)手段，將激光照射到被測(cè)對(duì)象，再將激光反射回儀器，獲取空間位置三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。采集系統(tǒng)包括激光掃描儀構(gòu)件、數(shù)碼相機(jī)及GPS系統(tǒng)。三維激光技術(shù)測(cè)量范圍廣，測(cè)量消耗費(fèi)用少，操作簡(jiǎn)單，且獲取的是三維空間立體信息，能夠進(jìn)一步提升測(cè)量精度，使測(cè)量信息數(shù)據(jù)的收集更為全面，在對(duì)應(yīng)測(cè)區(qū)內(nèi)能夠高速完成作業(yè)，精準(zhǔn)捕獲數(shù)據(jù)，提高測(cè)量作業(yè)效率，有助于控制數(shù)據(jù)分析，提升圖像質(zhì)量。三維激光技術(shù)可全面勘測(cè)礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境與地質(zhì)剖面，對(duì)地表移動(dòng)進(jìn)行全方位測(cè)量，對(duì)于井筒、井架等設(shè)施也能夠準(zhǔn)確測(cè)量。目前，其在一些露天煤礦測(cè)量作業(yè)中應(yīng)用較多，可對(duì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行勘測(cè)，保證煤礦的安全開采，提高采礦效率和質(zhì)量。

1.4 貫通測(cè)量技術(shù)

貫通測(cè)量技術(shù)可提高采煤精度和工程效率，有效提高煤礦企業(yè)的利潤(rùn)。煤礦貫通測(cè)量作業(yè)對(duì)精度要求較高，需采用多種優(yōu)化組合測(cè)量手段，盡可能降低誤差。根據(jù)相關(guān)規(guī)程要求，貫通測(cè)量作業(yè)相遇點(diǎn)中線的允許偏差不能超過0.3 m，而相遇點(diǎn)豎直方向的允許偏差不超過0.2 m。實(shí)施貫通測(cè)量時(shí)需做好礦井實(shí)際情況的調(diào)查，以保證測(cè)量方案的科學(xué)合理。編制測(cè)量設(shè)計(jì)書，統(tǒng)計(jì)貫通測(cè)量的誤差。開展施測(cè)和計(jì)算時(shí)，保證每進(jìn)行一次施測(cè)就開展一次計(jì)算，若是發(fā)現(xiàn)實(shí)際測(cè)量精度與要求不符，應(yīng)分析偏差產(chǎn)生的原因并及時(shí)處理，必要時(shí)可返工重測(cè)，重要測(cè)量工程也要進(jìn)行測(cè)量精度的綜合評(píng)定。此外，對(duì)于一些高精度的礦井巷道貫通測(cè)量，為保證質(zhì)量，可采取紅外測(cè)距與陀螺定向結(jié)合的技術(shù)方案，聘請(qǐng)專業(yè)人員進(jìn)行測(cè)量，保障每個(gè)階段測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。煤礦測(cè)量中，為保證工程順利進(jìn)行，應(yīng)對(duì)操作實(shí)效性加以完善，了解具體的技術(shù)需求，確保作業(yè)環(huán)境適宜[1]。

2 煤礦測(cè)量作業(yè)的提升措施

2.1 優(yōu)選測(cè)量技術(shù)與設(shè)備

煤礦測(cè)量作業(yè)中，要求測(cè)量員從多項(xiàng)測(cè)量技術(shù)及測(cè)量設(shè)備中擇優(yōu)選取。常用的測(cè)量技術(shù)較多，而測(cè)量設(shè)備主要包括慣性測(cè)量?jī)x、經(jīng)緯儀、測(cè)畝儀等，都能輔助測(cè)量員精準(zhǔn)測(cè)量煤礦地理位置、地質(zhì)特征等。對(duì)于技術(shù)與設(shè)備的篩選，一方面要分析可操作性。如果煤礦位于地表沉陷區(qū)域，只使用全站儀、經(jīng)緯儀等地面測(cè)量設(shè)備，無(wú)法滿足工程要求，需以無(wú)人機(jī)攝像測(cè)量技術(shù)為主，從航空測(cè)量層面獲取有用數(shù)據(jù)。另一方面應(yīng)考慮成本因素。雖然許多高新技術(shù)可以獲取高精度測(cè)量數(shù)據(jù)，但成本較高，會(huì)增加采礦經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，應(yīng)選擇高性價(jià)比的測(cè)量技術(shù)與測(cè)量設(shè)備。

2.2 加強(qiáng)測(cè)量誤差分析

應(yīng)加大對(duì)全站儀測(cè)點(diǎn)中誤差、儀器誤差、環(huán)境誤差、照準(zhǔn)偏差、測(cè)距誤差的分析與控制，提升全站儀導(dǎo)線測(cè)量精度。可采用的技術(shù)措施如下：一是降低偏心差。在全站儀基座上加設(shè)偏心儀，確保在導(dǎo)線測(cè)量實(shí)踐中能夠搭配使用。偏心儀能夠直接獲取儀器的偏心距，為合理調(diào)整操作提供參考，有效縮短儀器對(duì)中時(shí)間，達(dá)到降低中誤差的效果。可使用三腳架法對(duì)原有導(dǎo)線測(cè)量方法進(jìn)行優(yōu)化，提升測(cè)量精度，降低儀器對(duì)中整平次數(shù)。二是消除儀器誤差。全站儀導(dǎo)線測(cè)量中容易發(fā)生視準(zhǔn)軸或橫軸誤差，主要表現(xiàn)為在進(jìn)行數(shù)值觀測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)盤左與盤右顯示的觀測(cè)數(shù)值相同，但是符號(hào)相反。為減小儀器誤差，必須應(yīng)用已整平的全站儀，避免誤操作，并對(duì)盤左和盤右顯示的觀測(cè)數(shù)值取平均值。三是規(guī)范測(cè)量誤差。秉承“先低級(jí)后高級(jí)”的原則布設(shè)導(dǎo)線，依托高級(jí)導(dǎo)線校準(zhǔn)低級(jí)導(dǎo)線。為獲取更為理想的測(cè)量橫向距離精度，可應(yīng)用雙交叉網(wǎng)結(jié)構(gòu)的形式布設(shè)巷道內(nèi)的導(dǎo)線網(wǎng)，應(yīng)用陀螺儀加測(cè)變長(zhǎng)，避免發(fā)生測(cè)角誤差傳遞的問題，應(yīng)用大質(zhì)量垂球進(jìn)行井下照準(zhǔn)，避免井下氣流影響垂球或棱鏡[2]。

2.3 優(yōu)化設(shè)計(jì)鉆進(jìn)系統(tǒng)

鉆機(jī)優(yōu)選。選擇具有更大轉(zhuǎn)速范圍與扭矩、方便移動(dòng)、適應(yīng)能力水平高的鉆機(jī)，滿足復(fù)合鉆孔、旋轉(zhuǎn)鉆孔、定向鉆孔的需求，保證鉆進(jìn)系統(tǒng)的理想性能。使用比例先導(dǎo)、恒壓變量及負(fù)荷傳感，完成對(duì)液壓泵結(jié)構(gòu)流量及壓力的有效控制，使生成的流量與壓力參數(shù)始終與機(jī)構(gòu)施加的負(fù)載相匹配。

鉆桿優(yōu)選。為實(shí)現(xiàn)深孔鉆孔操作，避免鉆孔事故，選取的鉆桿應(yīng)具備更強(qiáng)的延性與強(qiáng)度，避免鉆桿產(chǎn)生較為嚴(yán)重的彎曲變形問題。為保證信號(hào)得到有效傳遞，應(yīng)密封處理電纜組件，提升電纜組件對(duì)水與壓力的抵抗力[3]。盡可能縮減電纜組件的尺寸，加大其與鉆桿壁之間的距離，避免沖洗液能量損失偏高的問題。

鉆頭設(shè)計(jì)。選用定向鉆頭，確保鉆孔偏轉(zhuǎn)操作的順利完成，保證測(cè)井切割成效達(dá)到理想水平。應(yīng)將鉆頭設(shè)定為凹形圓錐形無(wú)芯鉆頭，在不對(duì)軸向切削產(chǎn)生影響的條件下完成偏轉(zhuǎn)。

3 結(jié)束語(yǔ)

煤礦測(cè)量中，要想獲得可靠的測(cè)量結(jié)果，應(yīng)充分運(yùn)用無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量、全站儀導(dǎo)線測(cè)量、三維激光、貫通測(cè)量技術(shù)，提升測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度，從測(cè)量設(shè)備、誤差分析與鉆進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面予以優(yōu)化，為煤礦測(cè)量作業(yè)提供技術(shù)條件，助力煤礦生產(chǎn)。