煤矿井下贯通测量方案的优化研究

2021-01-22王振宇

山西冶金 2020年6期

王振宇

（大同煤矿集团有限公司煤峪口矿测量科，山西大同037001）

贯通测量是坑道施工中和贯通后的测量，包括平面贯通测量和高程贯通测量。是为获取实际的贯通误差值，作为下一步调整施工中线的依据。对确保巷道贯通的精度和掘进作业安全、效率等均具有十分重要的意义，传统依靠经纬仪进行贯通测量的方案在应用中虽然精度不足，操作步骤也相对繁琐，但由于贯通测量的距离短，因此能够基本满足测量需求。随着巷道掘进技术的不断提升，井下贯通测量的距离和精度要求不断提升，现有贯通测量方案已经无法满足新形势下的测绘需求，因此本文提出了一种新的贯通测量方案，通过采用对测量过程中的陀螺定向边测量方案精度进行预测和补偿，消除了测量过程中的旁折光和水平角累积误差，有效地提升了巷道贯通测量精度，同时通过采用全站仪进行贯通测量，简化了测量流程，有效地提升了贯通测量的效率，据在井下实际应用表明该新的贯通测量方案在长距离贯通测绘中能够将精度保证在0.117 m以内，且优化了测量流程，使测量效率提升14%以上，显著提升了井下贯通测量精度和效率，具有极大的应用推广价值。

1 新型贯通测量方案

某矿井井下主运输巷道需进行贯通测量，其临近的辅运输巷道已施工完成，主运输巷道的综采面切眼也已同步完成，预计将在距离巷道中部切眼约100 m处完成贯通，目前两侧巷道的施工距离达1 594 m，在综采巷道共设置了29个导线点，要求巷道贯通时的误差保证在0.2 m以内，贯通巷的整体结构如图1所示。

图1 煤矿井下巷道贯通巷结构示意图

由于传统的经纬仪测量技术方案测量效率低、精度差，无法满足长距离井下巷道贯通测量的需求，因此本文提出了一种基于全站仪的巷道贯通测量方案。结合本次贯通测量需求，在测量时需满足对高程测量需求和对导线测量需求，为了便于进行测量观测，将导线设置到巷道的内侧，同时导线的各个边长尽量保持一致，为了提升测量精度，测量时采用两测回方案，实现单程测回间的误差不超过±20 mm。

由于井下测量过程中的旁折光和水平角累积误差[1]会对全站仪的测量精度产生极大的影响，因此在本测量方案中提出了加测陀螺定向边精度的方案，用于降低测量误差对全站仪测量精度的影响。在全站仪测量的过程中，根据导线点的布置位置，在导线点的前侧和后侧设置反射棱镜，实现对导线点的测量。在对其进行水平角观测时，需要瞄准吊挂的线绳，待测量结束以后，再将测点对准棱镜进行垂直角观测和测量距离观测。为了降低煤矿井下巷道内的气流流动对观测棱镜稳定性的影响，特别对棱镜的固定花杆进行了优化，增加下侧承重机构，提升稳定性，优化后的花杆结构如下页图2所示[2]。

为了进一步提升测量效率，在对导线的短边进行测量时，可以不设置导线测量点，直接采用三架法进行观察，将短边的测量坐标点和方位角传递到导线的长边上，满足全站仪快速测量需求。

图2 棱镜花杆优化结构示意图

2 井下贯通测量误差分析

通过对煤矿所用全站仪在实际使用过程中产生误差的原因分析，可知要提升实际测量精度需要降低在测量过程中的对中偏心差，同时需要规范测量人员的测量方法，优化测量工艺，因此针对性的提出了对应的优化方案，并在井下巷道贯通测量过程中进行了实际验证和总结，主要包括以下几个方面[3]。

辅助偏心测量仪，为了降低全站仪在使用过程中的对中偏心差，采用在全站仪上增加偏心仪辅助测量的方案，将偏心仪设置到全站仪的测量手柄上。偏心仪上设置有刻度盘，刻度盘上均匀分布着120个刻度，在测量过程中当全站仪出现对中误差时，偏心仪能够显示并记录测量过程中的偏心角度，然后通过计算修正误差即可计算出修正值，从而消除在测量过程中的对中偏心差，提升测量精度。

在测量过程中为了提升测量一致性，进一步降低对中偏心差对测量结果的影响，在进行修正的基础上，测量组又提出了利用全站仪三脚架法进行测量施工的方案，在测量起始的位置首先对前视点、后视点和观测点进行测量，当对第一个测量点测定完成后，直接将后视点的棱镜转移到下一个前视点位置，利用前一个测点作为后一个测点的测量后视点，进而逐次完成对整个掘进过程中的测量控制，在测量过程中该方案只需对测量设备进行一次对中调整即可，能够显著提升在测量过程中的测量精度，降低测量时间，通过实际测量，采用新的一次定位测量方案能够将测量效率提升14%以上，其测量原理如图3所示[4]。

图3 一次定位测量方案原理示意图

由实际应用可知，该全站仪测量方案的综合测量误差约为0.117 m，满足测量误差不超过0.2 m的测量需求，而且由于采用了三架法短边测量方案，将整个测试过程的测试效率提升了14%以上，由此可知该新的煤矿井下贯通测量方案完全能够满足长距离井下贯通测量时的精度和效率需求，对于提升井下巷道掘进效率和质量具有十分重要的意义。