新形势下矿山测量技术管理应用研究

刘明武 张国平

【摘 要】文章结合新形势下矿山生产实际，从地面控制测量、井下控制测量、井下贯通测量、日常中腰线管理、测量设备管理5个方面系统总结了矿山测量技术管理的关键环节和技术要点，对矿山测量技术发展趋势进行了展望，对做好矿山测量技术管理工作具有一定的指导意义和参考价值。

【关键词】矿山测量;控制测量;中腰线管理;技术管理要点

【中图分类号】TD17 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2022）02-0087-03

0 引言

矿山测量技术作为一门传统的技术手段，经过长期的摸索和实践，其理论体系和技术体系均相对成熟，涉及的各类测量技术、测量方法均取得了长足的发展并积累了丰富的实践经验[1]。随着数字化、信息化技术（如互联网技术、5G技术）的日新月异，测量新技术的蓬勃发展（如CORS技术、3S技术），测量新装备（如测绘无人机、陀螺全站仪、测量机器人、超站仪、镜站仪等）的推广使用，矿山测量工作模式发生翻天覆地的变化，矿山测量工作效率大幅提升，测量精度明显提高，劳动强度持续降低。同时，矿山自动化、智能化采矿装备的普及和快速掘进系统的投用，大幅提高了矿井采掘效率，客观上对测量装备的可靠性、测量系统的稳定性、测量作业的及时性、测量技术管理[2]的规范性提出了新的要求。一旦出现测量事故导致巷道跑偏或无法顺利贯通，将严重影响矿井采掘进度，给矿山企业带来巨大的经济损失。因此，新形势下开展矿山测量技术管理应用研究意义重大[3]。

1 地面控制测量

矿区地面控制网的建立一般由专业测绘单位完成，矿井主要负责测量控制点的日常维护工作。在矿山开发的不同阶段，均存在测量控制点被破坏的风险，导致矿区地面控制网被破坏，带来使用上的不便。例如矿井建设阶段，建设工业场地可能破坏或遮挡测量控制点。在矿山开采阶段，地表沉陷可能导致测量控制点发生沉降或位移。因此，矿区地面控制网的设计和定期维护更新显得尤为重要。

技术管理要点：一是在设计地面控制网时，应充分考虑矿井前期建设规划，测量控制点点位选择避开建设规划区和采矿沉陷区，同时考虑点位通视条件和地基的稳定性。二是充分利用矿井初期地面控制网成果，采用三角测量法、敷设附和导线或闭合导线等方法加密测量控制点，丰富测量控制网成果。三是利用矿井各期补充勘探，在井田范围内相对稳定区域布设测量控制点，开展控制测量，更新完善矿区已有控制网，为在井田范围内开展地形测量、开采地表岩移观测、采空区调查、地质调查、开凿井筒等提供测量基准数据。四是建设矿区连续运行卫星定位导航服务系统（CORS），配套移动站和手簿，可实现全天候地形图测量、施工放样、竣工测量等测量作业，同时针对CORS故障，可考虑另外配备一套GPS接收机及手簿，与CORS已有的接收机及手簿组成“1+1”RTK测量模式，利用矿井地面测量控制点计算转换参数，每次测量前在1个已知测量控制点上进行点校正，以满足日常测量工作的需要。

2 井下控制测量

2.1 陀螺定向

井下主要开拓大巷连接的井筒间巷道贯通后，应立即开展井下陀螺定向，至少布设2条陀螺定向边，位于各自井筒附近的车场内，边长均不小于50 m，然后施测坐标方向附合导线，经平差处理后作为井下控制测量的基准。

技术管理要点：一是在各自井筒所在的井底车场内施测陀螺定向边后，应及时在其周边巷道内布设导线点，将陀螺定向的方位和投点坐标及时传递至该导线边，为确保正常使用，应埋设至少3个导线点，施测至少2条导线边。二是导线点点位应稳定可靠，无淋水影响，喷浆巷道应考虑另打锚杆，在锚杆端头连接一个500 mm长、一端焊接螺帽、一端焊接防锈三角测钉的测量控制点（或纯铜制定的测量控制点），实现长期保存，方便后期使用。三是陀螺定向尽量采用全自动或半自动陀螺全站仪施测，严格按测量程序操作，确保测量精度。

2.2 基本控制导线

井下开拓大巷永久导线点应随大巷开拓及时布设，当具备施测闭合导线或附合导线时，应及时进行施测，并进行平差处理。若后期施工过程中出现个别导线点被破坏或被遮挡导致无法使用时，可根据现场情况施测无定向导线或附合导线恢复导线点，使之满足生产需要。

技术管理要点：一是永久导线点采用锚杆或螺帽焊接三角测钉（做防锈处理）制作，固定在锚杆外露部分或锚固在巷道顶板煤岩层中，要求永久导线点周边巷道顶板稳定，无淋水。二是永久导线点实行统一编号管理。开拓大巷永久点编号规则：中央一号回风大巷为YHi，中央进风大巷为JFi，中央胶带大巷为JDi，其中取值1，2，3，…，100。回采巷道编号规则：采用X1、X2、X3、X4样式编号，其中X1表示盘区编号，依次为A-E，X2表示工作面编号，X3表示顺槽编号，胶带顺槽用J表示，回风顺槽用H表示，泄水巷用X表示，X4表示点号。三是顶板条件较差时，可采用在巷道底板上布设临时点。四是巷道风速较大时，应采取挡风措施，以采用雨伞为佳;五是在布设导线的过程中根据巷道条件尽可能加大边长，减少导线点数。六是在测角测距时，仪器多次对中整平，瞄目标时尽可能瞄垂球线的上部，采用摆动观测、正倒镜观测;测角时尽可能缩小望远镜的倾角，调节微动螺旋时沿同一方向;测距时适时进行斜边测量，对已测水平边长进行检核。七是高程测量时，在1个测站上同时测量前后视高差，减少量高误差的影响;棱镜高、仪器高读2遍，误差不小于2 mm;三角高程测量时通过2次或多次变仪器高观测提供测量精度，避免测量粗差的产生。八是导线测量尽量采用2秒级及以上的全站仪，确保测量精度;按7″导线施测，水平角观测采用测回法，独立测量两测回，距离测量两测回。九是附和导线、闭合导线测量由两个技术力量相当的人员单独测量，单独平差，并进行检核。

3 井下贯通测量

井下贯通测量分为开拓巷道贯通测量和采面贯通测量。其中涉及皮带运输和猴车运输的巷道对巷道中線要求较高，需要重点关注[4]。

3.1 开拓巷道贯通测量

井下主要开拓大巷连接的井筒间巷道贯通后，应立即开展井下陀螺定向，至少布设2条陀螺定向边，位于各自井筒附近的车场内，边长均不小于50 m，并根据两井筒内投点误差决定采用哪个井筒导入的点坐标作为坐标起算数据，然后施测方向附合导线，经平差处理后作为井下控制测量的基准。

技术管理要点：一是在各自井筒所在的井底车场内施测陀螺定向边后，应及时在其周边巷道内布设导线点，将陀螺定向的方位和投点坐标及时传递至该导线边，为确保正常使用，应埋设至少3个导线点，施测至少2条导线边。二是导线点点位应稳定可靠，无淋水影响，喷浆巷道应考虑另打锚杆，在锚杆端头连接一个500 mm长、一端焊接螺帽、一端焊接防锈三角测钉的测量控制点（或纯铜制定的测量控制点），实现长期保存，方便后期使用。

3.2 采面贯通测量

技术管理要点：一是以开拓大巷内的基本控制导线中的永久导线点为测量基准点，开展采面贯通测量。二是测量导线点随巷道掘进布设，根据巷道变坡情况点位间距尽量保持均匀，并综合考虑皮带安装、风筒敷设、设备布置等影响。三是导线测量严格按7″导线要求进行，并考虑贯通后形成闭合导线或附合导线的可能性。四是高程测量采用三角高程测量方法，为减少各类量高误差的影响，高程测量可与导线测量分别进行，采用“三架法”传递高程。五是贯通后，应及时施测闭合导线或附合导线并进行平差处理，评定贯通精度，并为后期安装测量提供控制测量数据。

4 日常中腰线管理

4.1 激光指向仪管理

目前，井下巷道掘进普遍采用激光指向仪控制巷道中线和坡度，激光指向仪的安装和使用显得尤为重要。

技术管理要点：一是激光指向仪前方激光指向点应不少于3个，点间距应不小于10 m，激光指向仪光束应同时穿过激光指向点所在线绳及线绳上的明显标志，并被该线绳及线绳上的明显标志平分。二是激光指向点所在线绳应采用棉线绳，下端吊挂质量不小于0.2 kg、材质均匀、重心稳定、规则形状的重物，确保线绳无明显摆动。三是激光指向仪距巷道迎头距离超过50 m后，应延伸一组激光指向点，并调整激光参数。激光指向仪距迎头距离一般不超过200 m。四是激光指向仪应实现挂牌管理，牌板吊挂在激光指向仪附近，牌板应包含激光指向仪安装参数和激光控制巷道顶底板参数，便于现场施工人员校核激光指向的准确性和控制巷道掘进参数。五是每班掘进前，由质量验收员检查激光指向仪的完好情况，发现问题及时处理。

4.2 中腰线标定管理

巷道中腰线一般采用全站仪进行标定，但存在标定相对滞后，与巷道实际施工坡度不一致的情形。采用激光坡度標定巷道中腰线可实现中腰线随巷道掘进及时延伸。

技术管理要点：一是利用安装好的激光指向仪发出的激光束，将巷道中腰线引至巷道顶板及两帮一定高度。在巷道顶板中间位置挂一线绳，下端挂一重物，调节线绳左右位置使得激光指向仪光束穿过线绳并被线绳平分，此时线绳固定位置即为巷道中线位置。在巷道一帮支护材料上固定一线绳，水平拉至巷道另一帮，利用坡度规将巷道两帮线绳固定位置调整至同一高度，然后在巷道中线位置顶板挂一钢尺垂直量至线绳高度，计算出激光束至线绳间距，利用激光控制巷道顶底板距离将腰线引至巷道两帮。二是腰线标定需至少2人配合完成，保证测量精度。三是中线可利用激光指向仪连续标定，紧跟迎头，腰线可滞后迎头10～20 m。当激光指向仪出现故障时，可利用巷道迎头附近的中线和腰线临时指导巷道掘进。

4.3 变坡测量管理

变坡测量是巷道掘进过程中一项经常性工作，无论是按照设计坡度施工还是根据矿体赋存情况调整巷道施工层位，都需要开展变坡测量。变坡测量流程如下。

（1）现场标定激光指向点L1、L2、L3，测量得到标高G1、G2、G3和距离D12、D13。

（2）根据变坡测量前激光距巷道顶底板距离，标定迎头设计顶板位置，并测量该点标高Gy及激光指向仪L1至该点的距离D1y。

（3）计算变坡后激光安装参数y、z及迎头激光控顶距k。

y=x+G2-G1-D12×tanα

z=x+G3-G1-D13×tanα

k=x+Gy-G1-D1y×tanα

（4）根据x、y、z、k参数及现场实际，调整激光安装参数，确保激光正常使用。

（5）升井后及时将激光安装参数报送地测部。

（6）地测部根据施工区队提供的激光参数，绘制巷道底板坡度图，作为后期巷道验收、腰线标定的依据。

技术管理要点：一是变坡测量应实测变坡点巷道顶板标高和激光点标高，作为计算巷道实际施工坡度和变坡后激光控制迎头顶底板距离的依据。二是激光参数计算公式中巷道坡度α可正可负，变坡后上山掘进时α为正值，变坡后下山掘进时α为负值。三是变坡测量完成后应现场标定巷道变坡点位置，将巷道腰线延伸至变坡位置。

5 测量设备管理

5.1 测量设备定期校验

建立测量设备校验台账，根据测量设备规定校验周期开展仪器校验工作，发现问题及时进行维修和保养，确保测量设备工况良好。矿井全站仪使用频次相对较高，受井下作业环境影响，出现问题难以做到早发现早处理，不利于矿井正常测量作业。为了及时发现全站仪问题，提高测量工作质量，可建设全站仪校验场，通过定期校验仪器，客观反映仪器精度，预防测量事故的发生。同时，定期对测量设备配件进行检查调校，确保正常使用。

5.2 测量设备规范管理

建设标准化测量设备存放室，将测量设备分类编码管理，做到一设备一台账，详细记录设备技术参数及使用、校验、维修、保养情况，实现全生命周期管理。

6 矿山测量技术发展前景展望

未来，随着惯导系统、室内定位技术[5]、5G通信技术、Lidar（激光雷法）技术在矿山井下的推广使用，矿山测量技术必将随之发生翻天覆地的变化，井下测量工作的开展必将越来越方便、快捷、高效。主要体现在以下两个方面。

（1）巷道掘进系统自带定位导航功能，可实现一次定位，持续导航，自动纠偏，保证巷道中腰线准确无误。

（2）采矿系统自带定位导航功能，可实现记忆切割，接入回采区段三维地质模型后，可自主规划采矿路线，实现智能化采矿作业[6]。

7 结语

文章结合新形势下矿山生产实际，从地面控制测量、井下控制测量、井下贯通测量、日常中腰线管理、测量设备管理5个方面系统总结了矿山测量技术管理的关键环节和技术要点，对矿山测量技术发展趋势进行了展望，对做好矿山测量技术管理工作具有一定的指导意义和参考价值。

参 考 文 献

[1]张国良，朱家钰，顾和和.矿山测量学[M].第2版.徐州：中国矿业大学出版社，2008：215-231.

[2]谢志军.浅析井下测量的技术管理[J].科技风，2014（23）：145.

[3]冯聪聪.新形势下的矿山测量技术管理研究[J].技术与市场，2014，21（3）：120-122.

[4]许建忠，黄后贵.浅谈贯通测量的几点体会[J].矿山测量，2002（4）：16-17.

[5]饶文利.室内三维定位分类、方法、技术综述[J].测绘与空间地理信息，2021，44（3）：164-169.

[6]王峰.基于透明工作面的智能化开采概念、实现路径及关键技术[J].工矿自动化，2020，46（5）：39-42，53.