煤矿井下巷道内贯通测量技术应用分析

刘宏亮

（晋能控股煤业集团王村煤业公司， 山西 大同 037000）

贯通施工是煤矿巷道掘进工作中较为普遍的施工方式，为保证施工的安全性，必须使用贯通测量技术来全程指导工程的施工方向。在实际施工中常常受到工程环境以及施工技术能力等不定因素的制约，致使巷道贯通测量很难开展，同时也导致测量数据精度不高等问题，最终对施工质量和工期都产生极大影响。因此，在巷道贯通测量中，必须积极引进先进技术，做好技术保障措施，同时引入三维激光技术，从而有效提升测量工作的精度和效率，使得煤矿高效生产得到充分保障。

1 煤矿贯通测量技术组织要求

1）准备工作是在巷道贯通测量前，深入全面地掌握工作现场情况，并以此为基础制定的科学的具有可行性的贯通测量规划[1]。

2）完成工作环境考察后，标明所有的控制点方位，依据实际情况设计测量方法，再进行科学测量。

3）在采取提升测量工作效率措施上，必须运用最为适当的测量工具，这能够有效保障测量工作的效率以及测量结果的精度。

4）贯通测量工作开展时，选用专业性强、经验丰富的工作人员进行测量，这能够有效减少测量中人为因素造成的误差，使得测量结果的精度得到充分保障。

5）在保障工作安全上，检查不松懈，贯通测量工作体系要完善，所用的作业活动必须在有计划、有组织的情况下进行[2]。

2 三维激光技术在贯通测量中的应用

在矿井贯通测量中引入三维激光技术，主要通过立体形式完成测量工作，这种方式实现了对空间情况的全方位掌握，不仅可实现快速定位，同时还能够对测量场所的地质情况进行快速反馈，且具有成本低、探测范围大的优势。另一方面，该技术还能够稳定地监测测量地点附近情况，使得工作人员生命安全得到有效保障。三维激光技术在贯通测量中的应用如图1 所示。

图1 三维激光技术在贯通测量中的应用

三维激光扫描技术的引入对整个测绘领域产生巨大影响。与传统测量方法相比，该技术能够还原实物的高精度三维空间数据，并能高效建立实体模型。本工程案例采用徕卡P40 三维激光扫描仪（见图2）完成扫描测量工作。

图2 徕卡P40 三维激光扫描仪

2.1 三维激光扫描工作

2.1.1 设置约束点

扫描后的数据需要进行坐标转换工作，变成项目的工程独立坐标，所以前期需将约束点进行设置，即完成工程中隧道CPIII 的50～150 m 的控制网测量。

2.1.2 扫描主站布置

以120 m 为间隔建设1 个主测站，扫描4 个约束点，使得2 个测站间有2 个约束点。在本测量工程中，主测站有38 个，约束点73 个。

2.1.3 数据采集

在进行数据采集时，必须按照仪器安装、设备自检校、约束点扫描、隧道扫描4 个顺序进行。在以上工序完成后，对该测站周围隧道环境进行全景扫描工作。

2.2 数据处理

2.2.1 数据拼接

该案例中有38 站三维扫描，69 个公共标靶，通过徕卡Cyclone 软件完成三维扫描数据的拼接工作。根据表1 和软件分析过后，得到工程三维数据拼接的高程中误差为1.4 mm，平面误差为6.0 mm。

表1 相邻测站拼接精度分析 mm

2.2.2 点云配准

在进行测量工作时，系统误差和人为测量误差会经常出现。案例中通过Cyclone 软件完成点云数据拼接工作，随后进行临近站点云数据的精确配准以及云数据拼接等工作。

2.2.3 数据坐标转换

以标靶约束点三维坐标数据为基础，找出所有标靶坐标与工程坐标对应关系，计算分析得到两者的转换参数，随后完成点云数据到工程坐标系的整个转换工作。在分析过后，案例的坐标转换的高程误差为1.2 mm，平面误差为3.2 mm，坐标转换精度分析情况如表2 所示。

表2 坐标转换精度分析

2.2.4 点云数据抽稀与输出

由于以上工作完成后点云密度数值变得很高，且数据较多，所以通过Cyclone 软件以每0.05 m 一个点要求完成抽稀处理工作，输出抽稀的数据进行后续工作。

2.3 隧道净空断面提取

根据输出数据，完成具体参数设置以及中心线选择工作，开始提取隧道净空断面。案例中断面的特征点断面数据由项目部提供，同时可得到隧道净空断面图，由此确定隧道的超限是500 mm，横向贯通误差Δd=628 mm，说明三维激光扫描数据基本与实测数据吻合。

3 贯通误差调整

工程案例中，依照现有的综合数据，再参考相关规范要求，对项目的切线边及曲线半径数据进行调整，具体曲线要素在中线调整后为：转角为24°35'3.7＂，曲线半径为6 993.5 m，缓和曲线长为140 m。

该工程案例引入三维激光扫描技术完成了隧道净空断面的精准测量工作，根据误差对隧道中线调整提供借鉴，具有高效、高精度等特点，避免了项目施工中的不必要返工，使得整个项目能够按时保质交付。

4 结语

煤矿的测量工作是矿井贯通测量工作中的重要组成部分，其中整个贯通测量工作的安全以及完成的质量都与测量的准确度有很大关系。因此在实际开展测量工作时要严格遵守贯通测量技术要求，认真开展组织工作，还要不断引入新技术，以提升测量效果。

1）运用三维激光技术进行测量，准确地再现了隧道的三维空间，能够准确反映隧道实况。

2）在数据的处理上运用先进软件进行辅助，能够把握好拼接和转换精度，科学采用数据抽稀方法完成数据的整理，并完成测量，为线路调整提供了依据。此外，这些工作使得测量工作效率得到有效提高，将最为准确的数据提供到巷道贯通施工方，使得整个巷道贯通施工项目能够安全进行。

3）该案例提供的以三维激光扫描为基础进行的隧道净空断面测量方法，以及贯通误差调整中利用线路中线为调整提供指导的方式，将对未来相关隧道贯穿测量工作和隧道施工建设提供重要的指导建议。