倾斜巷道腰线标定方法优化应用

王 亮

（山西焦煤山煤国际韩家洼有限公司， 山西 大同 037100）

巷道腰线标定是矿山测量工作中重要一项内容，对于倾斜巷道主要通过腰线控制巷道掘进方向，所以腰线标定精准度以及标定效率对巷道安全快速掘进具有重要意义；传统煤矿巷道腰线标定方法主要有水准仪和半圆仪法，但是在实际煤矿采掘施工过程中，受施工环境、测量设备以及测量方法等影响，巷道腰线标定时劳动作业强度大、效率低、精度低等，无法满足倾斜巷道安全快速掘进需求，本文以韩家洼煤矿22403 运输顺槽为研究对象，对巷道上山掘进段腰线标定方法进行优化改进，提出了全站仪免棱镜法进行巷道腰线标定。

1 22403 运输顺槽概述

山西焦煤山煤国际韩家洼有限公司22403 运输顺槽设计长度为790 m，巷道掘进煤层为22 号煤层，煤层平均厚度为12.98 m，平均倾角为5°，22 号煤层以老顶为主，直接顶及伪顶不发育，老顶为灰白色中粒砂岩，中粗粒结构，块状构造，泥质胶结，其成分以长石、石英为主，含煤屑，局部含少量砾石，粒径大小为2～5 mm，成分以燧石为主，呈次棱角状，岩芯局部破碎。底板为砂质泥岩，灰黑色泥质结构块状构造,夹细砂岩条带，下部砂粒逐渐增多，岩芯局部破碎。

22403 运输顺槽采用综合机械掘进工艺，截止目前巷道已掘进240 m，掘进过程中由地测科现场给定腰线，由于地测科在进行腰线标定时，测量方法不合理、测量技术水平有限等，导致巷道腰线标定精度低、误差率高，实测巷道掘进至240 m 处高程与设计高程误差达0.5 m，严重威胁着巷道安全高效掘进。

2 传统腰线标定方法及问题分析

2.1 水准仪标定法

1）测量方法。将水准仪安装在倾斜巷道中部然后对中整平，然后通过旋转照准部在巷道帮上分别标定若干个腰线点，每个点间距为3.0 m，将若干个腰线点连接成一条直线，然后根据巷道设计角度，即可得出巷道腰线。

2）主要缺点。采用水准仪进行腰线标定时适合用于倾角较小的巷道中，当巷道倾角较大时，水准仪标定的帮部点一般位于巷道底板处，增加了巷道腰线标定难度，而且采用水准仪进行腰线标定时工序复杂、难度大。

2.2 经纬仪法

1）测量方法。首先将经纬仪安装在第一组腰线（已知腰线点）与第二组腰线（待测腰线点）中部，并对仪器进行整平对中，旋转经纬仪照准部照准第一组腰线的第一个腰线点，然后旋转照准部照准第二组第一个腰线，并标定，依次类推将第二组腰线中第二个、第三个腰线点依次标定，即实现腰线标定。

2）缺点。经纬仪法是煤矿井下常见的腰线标定方法，虽然腰线标定精度高，但是对于炮掘巷道或不稳定围岩掘进时，由于人工放样精度低，对于短距离巷道对腰线影响不大，但是当巷道掘进长度大于500 m时，腰线标定误差高，不利于巷道安全快速掘进。

2.3 半圆仪法

1）测量方法。采用半圆仪进行腰线标定时需多事配合施工，首先在巷道帮部拉一根线绳，并将线绳一端固定在半圆仪上，然后调整半圆仪至巷道设计掘进角度，然后调整线绳使之与半圆仪平行，固定线绳一端即可获得第一个腰线点，第二、第三个腰线点标注方法相同。

2）缺点。采用半圆仪进行巷道腰线标定时，需多人配合施工劳动作业强度，对于倾角较小的巷道掘进腰线标定精度低，而且该方法受作业环境以及施工工艺影响较大。

3 全站仪免棱镜法应用

为了解决传统腰线标定时存在的问题，韩家洼煤矿地测科通过技术研究决定对22403 运输顺槽原腰线标定方法进行优化改进，采用全站仪免棱镜法进行腰线标定。

3.1 测量原理

采用全站仪首先对已知腰线点平距、倾角等参数井准确测量，然后利用高程测量原理对未知腰线点进行放样，从而获得未知腰线点，采用该方法进行腰线标定时测量准确度高、劳动作业强度低，可用于复杂条件下掘进巷道中。

3.2 施工方法

1）假设22403 运输顺槽设计掘进倾角为a，前一组巷道腰线点为1 号、2 号、3 号，需标定腰线点为4号、5 号、6 号，两组腰线点间距为40 m；首先在在1号点与4 号点中间位置假设全站仪并整平对中。

2）仪器对中准平后将望远镜照准1 号腰线点，并记录仪器与1 号点之间夹角A，然后旋转照准部，旋转角度为β，旋转后在照准距离20 m 处标定A点，确定CA点距离为L1=20 m，如图1 所示。

图1 全站仪免棱镜法腰线标定示意图

3）4 号腰线标定后需确定4 号点为主，设定A点到4 号点之间距离为L2，待所以参数测定完成后，通过计算可确定4 号点的位置，具体计算方法如下：L2=L2tanα（L1为仪器至A点水平距离；α 为巷道倾角）；按同样方法依次确定5 号、6 号腰线点。

3.3 测量方法优缺点

1）测量劳动作业强度小。采用全站仪免棱镜法进行腰线标定时，整个测量过程只需2 名测量人员即可，一名观测数据一名记录数据并进行点位标定，与传统经纬仪、半圆仪等方法相比，大大降低了测量劳动作业强度。

2）实用性强。全站仪免棱镜法可用于不同倾角的巷道中，对巷道施工环境及地质条件要求小，而且该方法还可用于桥梁、公路、隧道等领域中，实用性强。

3）测量精度高。在全站仪免棱镜法进行腰线标定时通过仪器准确测量处平距、倾角以及转角即可，然后通过计算即可确定待测腰线点，测量方法简单、计算量小，腰线标定精度高。

4）虽然采用全站仪免棱镜法可有效提高腰线标定精度，但是在实际操作过程中还存下一些问题，朱啊哟表现在：当巷道倾角较大时，全站仪在巷道中安装整平难度大；对于巷道帮部腰线点延伸时，由于该方法武学安装棱镜，导致帮部腰线点照准难度大，精度相对较低。

3.4 实际应用效果

22403 运输顺槽掘进至240 m 处时对巷道原腰线点标定方法进行优化改进，采用全站仪免棱镜法，截止2021 年5 月23 日巷道已掘进到位，巷道在后期掘进过程中共计进行13 次腰线点标定，共计49个腰线点，通过实际应用效果来看，与传统腰线标定方法相比，全站仪免棱镜法每次腰线标定时间为1.2 h，缩短了0.7 h；巷道掘进到位后通过实测，巷道高程误差率控制0.2%以下，满足倾向巷道掘进要求。

4 结语

山西焦煤山煤国际韩家洼有限公司地测科对22403 运输顺槽前期掘进过程中腰线标定时，标定效率差、难度大、误差率高等技术难题，通过技术研究，提出了全站仪免棱镜法，通过实际应用效果来看，该方法弥补了传统测量方法的不足，有效提高了倾斜巷道腰线测量精度，保障了巷道安全掘进，具有很好的推广意义。