超長距離巷道貫通測量方案分析及測量精度控制技術研究

李利偉

（晉能控股裝備制造集團趙莊煤業，山西 長治 046000）

礦山測量是為了保證掘進巷道的中腰線的施工是否依據設計來進行，在長距離掘進過程中，按照施工進度按時將中腰線延伸，將新導線點標定，標定新開口巷道的開口位置，按照每條巷道的真實標高，將過巷預報與通知下發，是一項最根本的技術工作，并對規范化管理與礦井安全生產進行指導。在井巷施工中，最關鍵的環節就是貫通測量，而且在未貫通時一定要保證偏差與精度滿足貫通標準?？稍诂F場使用時，因為累計誤差、儀器誤差及人為誤差，特別是長度在1km以上的巷道超長距離貫通中的誤差是最大的，若有較小貫通誤差出現時，就影響以后采煤工作面布置設備，安裝支架及鋪設皮帶等；若貫通失誤較大時，乃至會造成有較大差錯出現在巷道的平距與空間層位中，導致巷道貫通準確性降低，貫通效果受到影響。所以，超長距離巷道貫通期間，一定要使用有效措施來保證測量的準確性，精準貫通。

1 簡述工程狀況

1.1 工作面狀況概述

晉能控股裝備制造集團的某二盤區205 工作面所在的位置是盤區的西南面，切眼順著傾向進行布置，切眼長度是286m，順槽的走向長度是4975m，該工作面是超長距離綜采工作面。膠帶順槽與回風順槽同時施工，可是，回風順槽掘進到3976m 處就停止掘進，膠帶順槽掘進到切眼位置之后，會反掘回風順槽，使貫通巷道得以實現。205工作面要閉合測量工作面的切眼、上下巷與延伸導線，且測量閉合在10.5km以上，是超長距離閉合測量，針對測量精度的控制困難程度比較大。圖1就是205工作面貫通圖。

1.2 設計貫通測量的理念

當未測量時，要先將基準參數與總體測量標準設定好，在依據《礦山控制測量手冊》中的有關規定，將該次測量基準高程、基準設定成1956黃海高程系、高斯投影的108°中央子午線與第36帶，且1956黃海高程系的經緯度坐標是54北京坐標系。因為所測量的預定線路比較長，為了將操作與人員計算所產生的誤差降低，就要選擇測量技術非常熟練的技術人員來進行閉合測量，數量一共是5 名。5 名技術人員的詳細分工為：負責觀察、記錄觀測結果、居中協調聯絡的各1人，剩余2人負責站位打前后視。5 名技術人員每人1 個手持式對講機，保證通訊暢通，保證所回傳與記錄的數據的準確性[1]。

為了準確將導線點導進工作面順槽，首先就要保證無偏差移動出現在自軌道大巷為起始基準點導線數據中，實測初始資料，然后在對數據進行比較。唯有對巷道變形未影響起始點的高差與坐標進行驗證之后，才能依據站點進行測量。在該次測量中，所選用的全站儀的型號是NikonDtm532C，誤差精度是2″等級，誤差精度7″等級是實測精度。因為工作面實際布置條件所帶來的限制，在布置運輸聯巷、轎車坡與繞道車場等測點時，直線連接的有效性較差。所以，按照長邊、短邊直線布置的有關要求，在測量時，布置的邊數、導線點分別是47條、47個。

除此之外，不但要以軌道大巷永久導線點當作基準起始點來校正原始數據，還要對205工作面的膠帶順槽與回風順槽一直被地應力所影響的狀況進行考慮。巷道支護由于擠壓的不斷作用而導致嚴重變形，由于支護擠壓變形而導致U型鋼梁中設定的導線點的坐標與高程產生偏移，導致誤差的產生。因此。在進行測量期間，要確保實測數據的真實性，并比較原始資料，防止數據被復核使用，導致人為誤差產生失誤，使巷道貫通產生影響。

2 貫通測量具體的實施方案

2.1 閉合導線測量的工作原理

選取尼康全站儀來測量井下基準點，第一步要校準起始邊精準度，且是首條起始邊，特別是要對比原始數據與基準點高程和坐標的數據，檢查有沒有由于巷道支護擠壓變形而導致數據誤差產生；唯有準確無誤，方能進行測量控制點。用7″導線精度來實測井下，通過水平角來驗證相鄰的2個導線點的測繪閉合，且測繪閉合是2 個，通過垂直角來測回驗證，且測繪閉合是1個，測量控制點的邊長，測量次數是2次，并且所測量的所有數據均在允許誤差精度標準范圍內。在選用高程角度進行測量的過程中，氣泡的允許偏差值要在一格以內；在選取棱鏡法進行測量的過程中，在水平測量過程中，視線必須要和處于懸掛狀態的線繩對準，在測距和豎直角測量時，視線必須和凌鏡中間對準。仔細觀察實際測量，為了將累計誤差所產生的影響降低，需要將控制點的邊長最大程度延長，還要按照巷道變形狀況與頂板穩定的有關條件來對巷道中的永久導向點進行設置，并將設置的永久導向點當作基準點，方便以后的測量施工，降低了工程量。除此之外，為了將測量誤差的全部因素所產生的影響降低，需要選取擋風板來將巷道中的風流給測量誤差所帶來的影響降低，最大程度地將施測邊長增加，將測站數減少，進而將測站累計誤差與工程量上升所產生的計算與測量誤差降低。將加權平均法使用到角度計算中，在修訂邊長計算時，一定要將氣壓、儀器加乘常數及溫度等的影響進行考慮；在對測量結果進行修正之后，需要二次核算支導線，所使用的方法是光電測距法，表1就是得出的最后結果。

表1 測量校正指標

2.2 高程測量的工作原理

將煤礦地面基準點的坐標和標高當作標準，來測量井下每個基準點，在由井上下聯系測量來校正與核準，然后將相同的黃海高程當作標準來測量。一般會使用三角高程法來測量，會使用垂直角來測回，且垂直角的數量是2個，將斜距測出之后，在將儀器的精準高度量出。要往返測量各個組的水準點，為了防止誤差影響，需要對儀器高度進行2次測量，互差要在3mm以下，而且在往返測量過程中，允許誤差值要在相鄰水準點距離的±50倍以內，水準測量的高差互差要比限差小時，就要選擇所有往返值均值[2]。在未測量時，一定要保證儀器是合格的，在結束測量之后，一定要由2人獨立核算測量結果。

3 分析校準誤差值

因為此次測量施工的位置是膠帶順槽內側，要經過回風順槽、起眼、反掘巷道來實施閉合測量，超長的路線，而且剩余的貫通距離在1km以上，將K設定成貫通點，并將K 當作坐標原點，將與205 工作面回風順槽相反的測量方向設定成X軸水平方向，垂直于X軸方向是Y 軸方向，坐標系統就建立了。按照《煤礦測量規程》有關規定，在井下導線測量使用7″級時，mβ=±7″，測角選取的數據的次數一共是2次，進而就將導線測角誤差K 點在X 軸上所產生的改變誤差Mxβ得出，把得出值帶進公式（1）內，得出：

除此之外，井下選取電磁波來測距導線量邊，然后在2 次單獨的量邊校準測量來觀測其精度Md，按照公式Md=±(2+2×10-6×d)mm，能夠將測距誤差值計算出來，再經過井下導線點的量邊誤差將X 軸上的K 點的誤差Mxd，公式（2）就得到了：

綜上所述，求得X 軸線上的K 點的累計總中誤差Mxk，依據公式（3）進行計算：

從上面的公式得知，X軸線上的K點的總中誤差是0.142m。因此，在X軸水平方向上取K點的2倍中誤差來預計貫通誤差，得出Mx預計=2Mxk=±0.248m，和實際允許的標準誤差0.3～0.5 相比要小。因此，按照計算驗證，X軸線上的貫通點的預計誤差符合允許誤差與測量精度的有關要求，能夠保證貫通的準確性。

4 分析整理測量內業數據

4.1 整理內業數據

就超長距離巷道貫通測量而言，要進行1次以上的往返測量，然后就可以得出1組以上數據，在分析比較所有數據，對測量誤差進行反算，就能將測量數據中的最佳數據找出，將數據的精度提高。205工作面貫通測量所使用的測量是多次單獨測量，在復核量邊與測量數據時，次數要在2次以上，并驗算中誤差值。按照規程標準與驗算結果來實施比較，檢驗有沒有在誤差范圍之外，進而使貫通數據更加準確。

4.2 驗證分析測量結果

按照前期所有的測量貫通數據來指導巷道的掘進，當巷道實現貫通之后，又要閉合測量貫通點角度和坐標。公式（4）、（5）、（6）就是測角閉合公式：

通過計算得知，實際測量誤差是0.0175°，比允許測量誤差值0.0266°小，符合誤差精度方面的要求。

將坐標閉合差值帶入公式，得出：fx=-60mm，fy=-110mm。

通過計算得知，最終結果比煤礦測量規程中規定的7″級別精度方面的要求要小，使整個貫通數據小于貫通真實誤差與預測貫通結果得以實現，符合控制準確[3]。

5 結束語

按照超長距離巷道貫通測量的預測和實測分析，對1 組以上的測角與測點的測量數據實施2 次以上對比分析，可以使測量數據精度提高，經過嚴格管理施工質量，保證巷道貫通暢通，其誤差符合允許誤差范圍，可以供長距離巷道貫通所使用。