提高煤矿井下巷道贯通测量精度技术研究

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（晋能控股煤业集团挖金湾煤业有限责任公司 山西 037000）

1.概述

巷道贯通是进行煤矿开采掘进工作的组成部分，贯通测量是煤矿测量工作的重要组成部分。巷道贯通工作的难度及工程的精度与贯通测量的精度具有直接的关系。贯通测量是在同一巷道内为保证两个或多个工作面依据设计的位置进行的连接测量，在进行巷道的掘进时，要保证工作面依据设计的方向进行作业，保证连接处的精度不能超出规定的范围，避免造成工程质量的偏差[1]。提高巷道贯通测量的精度，要求测量技术人员具有较高的专业素养的同时，还要采用先进的测量设备及因地制宜的测量方案。提高煤矿巷道贯通测量的精度对于煤矿的安全、高效生产具有重要的意义，可以提高后续煤矿开采的效率[2]。

2.三角高程测量法的原理

贯通测量的目标是保证巷道内连接点的水平误差和垂直误差值在设定的范围之内，从而保证煤矿的开采安全。随着现代测量技术的进步，采用先进的测量设备和测量方式，对于提高贯通测量的精度具有极大的促进作用。在生产应用中，采用精密的定位技术和全站仪三角高程测量技术，对测量数据进行全面的误差分析，是提高矿山贯通测量精度的有效方式[3]。

三角高程测量的方式如图1所示，在确定的位置点A架设全站仪测量，测量仪自身的高度为i，在位置点B设置觇标，高度为v，利用全站仪进行测量两点之间的距离及角度如图1所示，由此可以计算得到A、B之间的高度差h：

式中，R表示所在测量区域的地球椭圆的平均曲率半径，K表示大气垂直折光系数值。通过上述的公式可知，采用三角高程测量方法进行贯通测量的精度主要受到全站仪垂直角α、倾斜距离d的测量精度及仪器自身精度的影响[4]。提高三角高程测量精度的主要方法是提高对垂直角的测量精度，控制测量距离的长度。三角高程测量通过观测两个控制点的水平距离和高度角来对高度差进行计算，这种测量方式简单，但对于煤矿井下巷道来说，由于受到地形条件的限制，难以进行有效的测量。

图1 三角高程测量示意图

在进行煤矿开采的过程中，由于受到地形地貌、煤层分布及开采方式、煤炭运输等多种因素的作用，我国进行开采的煤矿巷道常采用倾斜的形式。倾斜巷道有利于煤炭材料、设备及人员的作业提升，对于倾斜巷道的测量与地面的三角高程测量不同，采用井下巷道前后视三角高程测量的方式对于提升贯通测量的精度具有极大的帮助。

3.前后视三角高程测量原理及应用

井下巷道三角高程测量的方式如图2所示，在确定的位置点A架设全站仪测量，测量仪自身高度为i，在B点的下方位置处设置觇标，高度为v，采用全站仪进行测量两点之间的倾斜距离d与垂直角α，由此计算可得两点之间的高度差h：

从计算中可以看出，与地面的三角高程测量方式不同的是对于全站仪和觇标高度的量取方式不同，通过巷道顶部的铅锤到设备中心的距离获取相应的值，从而对倾斜的巷道距离进行测量[5]。在实际的应用过程中，由于煤矿井下巷道内的通风强度较大，使得这种量取方式造成一定的偏差，从而影响了三角高程测量的精度，不利于提高贯通测量的精度[6]。此时，对于全站仪和觇标自身高度的量取精度也是影响贯通测量精度的重要因素。

图2 井下巷道三角高程测量示意图

为了消除铅锤测量不稳定造成的偏差，采用基于前后视的三角高程测量方式对巷道进行贯通测量，其测量方式如图3所示。从图3中可以看出，采用前后视三角高程测量方式，在确定的位置点A架设全站仪测量，测量仪自身高度为i，在后视点C的下方位置处设置觇标，高度为v0，在前视点B的下方位置处设置觇标，高度为v1，采用全站仪进行测量两点之间的倾斜距离d与垂直角α，由此计算可得两点之间的高度差hAB：

通过上式可以看出，对于A、B两点之间的高度差计算，避免了对全站仪设备自身高度的测量，同时通过标准化高度测量可以消除全站仪对垂直角α的测量误差，从而可以提高对巷道贯通测量的精度。

图3 前后视的三角高程测量测量示意图

对于巷道的贯通测量，由于煤矿井下的地形条件复杂，对测量工作具有较高的要求。巷道贯通测量作业整体上可以分为平面导线测量和高程测量两个部分，采用前后视三角高程测量的方式可以降低全站仪进行高程测量时的误差，提高巷道贯通测量的垂直精度。对某煤矿采用两种不同的方式进行贯通测量。

一为采用全站仪+水准仪的方式，二为采用全站仪前后视三角高程测量+水准仪的方式，其测量计算结果如表1所示。从表1中的数据可以看出，采用方式一进行测量时，贯通点存在着超限的危险，而增加采用前后视三角高程测量方式后，其高程贯通精度提高到0.15m，高程精度具有明显的提高，平面贯通精度的变化不大。

表1 两种方式测量数据

由此可以说明，采用前后视三角高程测量对于提高巷道贯通测量的精度具有明显的作用，可以应用于井下巷道贯通测量中。

4.总结

巷道的贯通测量对于巷道的贯通及矿井的开采具有重要的作用，采用现代化的测量方法对于提高贯通测量的精度具有极大的促进作用。在煤矿井下巷道的贯通测量过程中，由于煤矿井下巷道的倾斜设置，采用全站仪进行前后视三角高程测量，可以避免降低全站仪进行高程测量时的误差，提高巷道贯通测量的垂直精度，从而可以为后续煤矿的施工提供便利，为矿区的安全开采提供保障。