井上下控制测量方法探析

李飞

摘 要：随着现代市场经济的不断发展，我国工业化水平不断提升，对于媒体能源的需求量也呈逐年增长的趋势，但是随着煤矿生产安全事件频发，现代社会对于煤矿资源在生产、开采过程中的安全管理也越来越关注。

关键词：井下导线；控制测量；导线网

煤矿井上、下开采的测量工作对于煤矿安全管理具有重要影

响，又由于井上、下测量的环境特殊，在工作时又容易受到煤炭开采以及施工等方面的影响，其测量结果的准确度对煤矿企业的经济效益以及开采人员的安全有一定的影响。因此，提高煤矿井上下控制测量工作的准确性和精度对煤矿工人的工作安全具有重要的现实意义。文章主要针对提高煤矿井上下控制测量结果精度的措施及以方法展开分析与讨论。

1 矿山测量工作的重要性

矿山测量工作时煤矿开采过程中的重要环节，其测量结果对于矿山勘探、井下设计、煤矿建筑、煤矿生产以及安全作业等各方面具有重要的影响[1]。若煤矿企业没有进行科学的矿山测量工作，就无法对井下巷道设计以及开采和施工等工作提供切实可行的依据，也无法对煤矿开采过程中可能出现的灾害或事故进行预防；其能够在意外事故出现的时候，对煤矿工人疏散、救助行为的开展提供便利[2]。矿山测量工作对于煤矿的安全管理具有重要的影响，气味井下巷道的贯通提供了可行的方向。井下贯通工作是有测量人员在测得矿山中、腰线的基础上开展的，其能够对矿山中、腰线进行明确，并能够提高巷道开门位置的准确性以及巷道贯通的科学性，有助于提高井下挖掘工作的效率，提高井下作业的安全性能[3]。

矿山测量结果在一定程度上能够反映出井巷工程的空间位置关系，能够作为井巷的贯通工作、通风系统、排水系统以及瓦斯管道铺放等工作提供信息资料。矿山测量结果能够直观反映出井上、下各部分的结构以及空间位置[4]。精准的结构图以及层次分明的空间位置、正确的井巷边界，能够为井下巷道、采空区以及矿井之间的贯通提供依据，并且能够有效预防自然灾害和安全事故的出现，并且能够为地面向地底开采水平的指定地点进行打桩、钻孔等工作，能够为电缆运输、灭火、抽水、食物运输等工作提供准确的数据支撑，并为矿山救助工作提供帮助。

现代社会对于煤炭资源的需求量较大，矿井也有传统的小矿井向大型化、多煤层开采发展，大型矿山由于占地面积大、煤层分层多、矿道长。并且由于煤炭生产以及通风的需求，主副井与通风井之间需要间隔一段距离，导致对矿山测量精度提出了更加严格的要求；此外，由于大型矿山的开采量大、井下巷道多，矿山测量的工作量也非常大，测量工作的主要特征是对数据的高要求和高精度，由于测量结果对煤矿安全生产有重要的影响，稍有差错会导致安全事故的出现[5]。同时由于现代矿山测量人员的专业水平以及职业技能有待提升，职业素养层次不齐。上述因素都导致了矿山测量工作无法有效开展，甚至影响测量结果的精度，对煤矿的安全生产造成较大的影响。因此，需要对矿山测量工作的方法以及技术进行分析与研究，有助于改善现阶段的矿山测量现状。

2 井上控制测量方法

在传统的矿山测量工作中，应用比较频繁的是结合野外实地调查以及1：10000煤矿详查图，但是由于详查图与实际煤矿具有较大的差异，因此，无法将煤矿的实际情况很好的反映出来，这就对矿山测量工作造成了一定的影响，并且由于实地调查需要进行大量的野外调查，增加了调查员的工作量，也使得测量工作速度与效率的低下。而应用RS技术能够有效解决这一问题，RS技术具有较高的几何分辨率，其能够应用多元遥感数据和多时相遥感数据的结合来提升测量结果的分辨率，其测量精度能够大大提高测量工作的质量。并且RS技术能够对矿山测量资源信息进行收集和提取，有效提高测量工作的速度，并能够减少调查员的野外工作量。

矿山测量工作是安全生产的重要前提。矿山开采活动需要建立在各种煤矿空间信息以及相关资料的基础上，构建数字煤矿模型，并通过对数字煤矿模型的科学分析，来实现完善的矿山安全管理。基于现代Internet/wet技术能够实现矿山测量工作相关信息的共享和更新。矿山测量工作信息系统中涵盖了井巷的贯通工作、通风系统、排水系统以及瓦斯管道铺放等方面的信息资料，即可将数据施行录入，也可将数据进行汇总与整理，并通过制作成图形的方式应用于煤矿生产各阶段的计划制作中，还可以制作成统计学报告进行输出，并可用以此作为相应的煤矿调整规划信息资料。通过对矿山测量工作信息的利用，再结合相关标准以及政府部门等方面的相关规划相统筹，有助于提升矿山开采的合理性与科学性。

以近些年矿山测量工作的地形图以及详查图作为可行性研究的基础。由于矿山项目对于边界的划分比较明确，因此，要求煤矿测量时对于边界控制点的经纬度以及平面坐标进行比较精准的控制。应用GPS技術能够对边界控制点进行比较准确的定位。可行性研究中对于项目的高程、长度以及面积等方面的准确度的要求不高，因此，可以选择15米以下平面定位精度的手持式GPS对项目现场的电力线、通风渠道、运输道路、煤矿边界以及煤矿规模等进行测量。并且采集到的数据大多可直接应用于生产中，若部分煤矿生产对于数据精度的要求较高，可以进行一些后续加工后即可使用。该技术的应用能够有效提高可行性研究阶段的工作效率。

应用GPS技术对煤矿区以及周围的生态环境状况、居住人口、社会经济条件、自然景观、资源、水文地质、地貌以及气候条件等方面的信息进行收集，从而能够得到比较科学的矿山资料，能够提升煤矿生产的可行性。通过GPS采集的数据以及全站仪野外采集数据，在实施阶段中能够制成数字高程模型，然后通过数字高程模型进行计算机程序预算，能够计算出矿山施工中的开挖土方量以及设计开挖土方量，提高实施阶段的工作效率。

GPS技术能够对地理空间信息进行及时的反馈，其具有便捷、高效、准确度高等优势，因此，GPS技术在矿山项目运行管理中多用于监控矿山区域的地质灾害检测，例如实时监控泥石流、山体滑坡等，并且对于地质的塌陷能够起到一定的监测作用，能够提升运用管理的质量，减小安全事件的出现。RS技术能够对矿山区域的气候变化、地下水结构以及生态环境进行动态监测，能够进行自然灾害、气象以及环境监测，从而有效制定科学的生态景观规划或农业规划，从而有效保障井下巷道的合理开发。GIS技术应用的范围比较广泛，其能够分配和管理煤矿的使用权以及所有权，并对管理煤矿的空间位置、面积、用地类型以及权属的各方面信息进行统一管理，并对管理区域内的煤矿附属物，包括地下电缆、排水渠道或地上管线进行管理。

3 井下控制测量方法

井下控制导线是矿山测量的重要内容，其控制技术以及数据精度对于矿井的安全生产具有重要的影响，特别在矿井贯通工程中起到了重要的作用。文章主要对支导线、方向附合导线以及附合导线在测量中产生的误差进行分析，并系统研究井下导线加测陀螺定向边对导线测量精度的影响，并对井下导线网中的加测陀螺边的数量以及位置等内容进行探讨，为井下导线以及导线网加测陀螺定向边的确定提供科学依据。井下测量工作中的地质环境是其主要影响因素，最先进行测量的是支导线，在矿井贯通工程结束后就能够进行闭合或附合导线的测量，并最终形成导线网。作者以多年的经验分析逐级平差与整网平差的差异，分析逐步平差法的缺陷与不足，可以应用整网平差的方式，有助于提高导线测量精度以及结果的可操作性。

陀螺仪受外部因素的影响小，并且具有进动性以及定轴性的优势，是一种具有高精度的定位仪器，其能够在地下工作的定向工作中发挥较好的效果。陀螺经纬仪是一种将陀螺仪与经纬仪集合起来的仪器，其不受空间和环境的影响，且操作简单、快捷，效率高，并能够提供较好的定位结果，在井下作业中得到了广泛的应用。就井下测量而言，其能够避免几何定向法对生产造成的影响，能够节省人力、物力以及时间。

在井下贯通测量中，导线测量是测量控制的重要前提，且其主要测量方式是一边施工一边测量，受施工影响并且在贯通工程完成前无法进行导线闭合，二是随着巷道的掘进、导线擦好高难度以及测站数的增加而增加，并且导线的误差也会随之产生变化，因此，降低导线误差是提高贯通测量的重要方式。陀螺定向不受导线测量的影响，在巷道导线内加测陀螺定向边后，能够有效减小累积误差，从而提高了导线贯通的准确性。

为了保障矿山测量结果的准确性，在井下巷道导线测量的过程中，在1.5-2.0km规格的井下巷道中会加测一条陀螺定向边。在加入陀螺定向边后即可形成附合导线，并对附合导线的终点以及导线上任一点进行误差估算，分析其精度是否能够符合相关标准，保障测量结果的准确性。方向附合导线是指单一导线的两端均由坚强方向控制的线条，如图1所示。其误差主要是由于平差后水平角平差值以及实测变长。而通过加测陀螺定向边的方式，能够降低测角误差，能够提高测量的精准度。

加测陀螺边是降低导线误差的有效手段，大部分矿山井下测量中会选择加测陀螺定向边，但是在大型、多个附合或闭合导线网中是否需要加测陀螺边？加测陀螺边的数量以及位置？加测陀螺边的效果如何？这都是需要考虑的问题。

井下支导线测量主要是为巷道贯通提供依据，巷道贯通的最大误差不得超过50cm；且重要巷道的最大误差不得超过30cm；而在对向贯通中的误差仅为10-11cm。由于终点误差计算方式不能满足重要巷道的贯通要求，因此，还是需要加入陀螺边来提高其准确度。结点导线比支导线的测量具有更高的难度，并且相关规定指出结点之间、结点与高级点之间的导线长度不得超过相同等级规定长度的0.7倍，这一要求就要求在超过0.7倍的情况下需要加测陀螺边。

对于加测陀螺边的位置，作者以多年工作的经验分析，在导线的中间位置加测陀螺边能够有效的提高测量的精度，也是比较科学的方法。在导线网测量中应用加测陀螺边的方式要想取得最佳的测量效果，就需要进行误差的计算，并且结合各种优化方式才能够有效降低测量误差，但由于导线网的形状具有多样性的特征，需要结合实际矿井的形状以及影响因素，对煤矿模型进行研究以及计算。

《煤矿测量规程》对于高程测量中相邻两点间往返测高程的限差以及线路闭合差的规定较少，仅规定其基本控制导线的闭合差≤±100mm，并且传统的测量方式是手工钢尺测量，误差较大，不适用于现代煤矿测量工作中，因此，需要对传统的方式进行改革。三角高程测量方式是一种被广泛应用于工程测量的方式，其操作简单灵活，能够不受地形的影响，也是高程测量的重要方式。但是由于目前缺乏准确率較高的测量仪器，采用的是传统的手工量距的方式进行距离的测量，但是由于这种测量方式的精度较低，影响了井下三角高程测量的准去的。在现代矿山测量工作中，由于全站仪的普及，其测量精度得到有效的提升，并且其具有操作简单快捷、效率高、结果精准等优势，被广泛的应用于井下高程测量工作中。

就井下测绘工作而言，数据处理是其重要内容，其直接影响到测量结果的精准度以及质量。井下控制测量是随着井下巷道的开掘而不断更新的，所以，井下导线需要随巷道的逐步开掘而敷设的，不能仅通过一次性全面布网的方式进行控制测量。在此情况下，井下控制测量人员需要以单导线平差法来进行数据处理，其结果被应用于矿山作业中。但是由于井下巷道的不断开掘，巷道渐渐形成网状，在大型井下导线控制网中，需要应用比较复杂的方式进行计算，简单平差法不适用于大型控制网的计算。井下导线的测绘随着巷道的开掘形成了单一闭合或复合路线，在此情况下，可以应用简易平差法进行导线计算。但是由于大型井下巷道的导线路线比较复杂，已知点的数量较少，并且不是所有的导线都能够形成单一闭合或复合路线，在此情况下，控制测量人员需要将已经计算好的坐标值当做已知点进行处理，再与其它导线相连从而形成单一闭合或复合路线，就能够进行平差计算：首先将测量段的方向角闭合差进行计算，再将闭合差按照相关标准进行平均配赋角度计算，在进行坐标增量的计算，在导线长度测量结果相对比较精准的情况下，按照边长成比例进行配赋坐标计算。这种平差法的计算过程非常严谨，其精确度较高。此外，对于大型井下导线网来说，这种平差法能够降低误差。

4 结束语

煤矿地下开采的测量工作由于其工作环境特殊，容易受到各方面因素的影响，且测量结果有能够直接影响煤矿企业的经济效益以及生产安全，因此，提高测量质量不仅能够起到提高测量结果的精度，同时能够保障煤矿生产的安全性。井上、下测量工作受到各种因素的影响，导致测量结果产生误差，也使得测量成果的质量和可靠性受到了一定的影响。文章首先介绍了矿山测量工作的重要性，然后分析了井上、下控制测量方法，为现代煤矿企业的测量工作提供依据。

参考文献

[1]李华栋.地方煤矿进行井上、下联系测量的必要性[J].煤，2014，13（5）：56-57.

[2]丁伟.石油测井车井上监测系统的设计与实现[J].石油天然气学报，2012，34（6）：100-103.

[3]翟路生，金宁德，郑希科，等.水平井生产测井组合仪模拟井测量数据分析与模型建立[J].地球物理学报，2012，55（4）：1411-1421.

[4]金宁德，宗艳波，郑桂波，等.注聚井中电磁流量计测量特性分析[J].石油学报，2013，30（2）：308-311.

[5]李长伟，阮百尧，吕玉增，等.点源场井-地电位测量三维有限元模拟[J].地球物理学报，2013，53（3）：729-736.