长角短边法在井下导线测量中的应用

姜 鑫

（山西宏宇诚铸建设工程有限公司，山西 朔州 038300）

导线测量是矿山测量中重要一个分支。 导线测量主要将采掘巷道中若干个导线点连接成折线，利用专业测量仪器以及测量方法依次测量出各个导线点方位坐标[1-5]，从而对采掘巷道掘进方向及高程进行控制。 导线测量效率及精度直接影响着巷道掘进精度，一旦导线测量出现误差，很容易发生重大煤矿安全事故，如贯通误差事故、空巷掘进事故等，制约着巷道安全快速掘进。 在煤矿井下实际导线测量中，受井下作业环境、测量方法、测量设备等影响，测量效率低[6]、测量劳动作业强度大以及误差率高，难以满足巷道高精度快速掘进需求[7]。以麻家梁煤矿14106 回风顺槽导线测量为例，对巷道掘进前期导线测量主要存在的问题进行分析，并根据现状对原导线测量方法进行优化，提出了长角短边导线测量法。

1 概述

晋能控股煤业集团麻家梁矿14106 回风顺槽位于一采区中部，巷道西部为14104 采空区，南部为运输大巷，东部为实煤区，西部为井田边界。14106 回风顺槽设计长度为1 490 m，巷道沿4#煤层底板掘进，巷道宽度为4.2 m，高度为3.5 m。4#煤层为石炭系煤层，煤层结构复杂，赋存稳定性差，煤层内含4-6 层泥岩及砂岩，夹矸总厚度为0.9 m，煤层可采厚度为9.20 m，平均倾角为5°。 煤层直接顶以砂质泥岩为主，平均厚度为1.8 m；基本顶以粗砂岩为主，平均厚度为12 m，直接底以炭质泥岩为主，平均厚度为6.7 m。

14106 回风顺槽采用综合机械化掘进工艺，采用EBZ260 型掘进机掘进，采用SSJ-800 型带式输送机运输煤矸，巷道单进水平为7.2 m/d，截至2020年8月19日巷道已掘进640 m。

2掘进机前期传统导线测量方法及问题

2.1 传统导线测量方法

14106 回风顺槽在前期掘进过程中每掘进50m 进行一次导线延伸，以有效控制巷道掘进方向。 每次导线测量时布置三个导线点，导线间距为10～15 m，具体测量方法如下：首先将测量仪器架设在已知导线点B 上，在已知导线点A 和待测点C 上吊挂棱镜进行观测，从而测得待测点坐标参数，以此类推直至所有导线点测量完成，测量方法如图1 所示。 该方法进行导线测量时架设仪器以及仪器对中整平次数根据巷道导线点数量而定，若巷道内布置N 个导线点，则需安装N 次仪器。

图1 传统导线测量施工

2.2 前期巷道导线测量现状

14106 回风顺槽在前期掘进中共计进行11 次导线测量，共计布置导线点33 个，平均巷道掘进55 m 进行一次导线延伸。 在导线测量过程中，由于巷道内风速大、 粉尘浓度高，以及测量空间有限，导致测量受环境影响大，测量误差率高。 通过现场观察发现，受导线测量误差传递影响，14106回风顺槽掘进至605～620 m 段时，巷道中线与设计中线出现偏差，致使巷道必须进行扩帮，造成巷道右帮超宽，最大超宽达1.4 m，不仅增加了巷道支护工程量，影响巷道成型率，而且很容易发生顶板垮落事故，影响巷道的安全掘进。

2.3 传统导线测量主要问题

（1）劳动作业强度大：传统导线测量方法作业时，需5 个人相互配合，即一人观测，两人吊挂棱镜，两人记录数据。 由于14106 回风顺槽设计长度为1 490 m，需布设90 个导线点，测量时需多人协调设备搬运、测量，从而增加了测量过程中劳动强度。

（2）测量效率低：传统导线测量时每个测点观测后需重新安装一次测量仪器，并需对中整平，测量工序繁琐、测量周期长。 14106 回风顺槽前期导线测量时，现场每个测点测量时间为1.2 h，每进行一次导线测量延伸需用时4 h 左右，不仅影响着巷道掘进施工，而且大大降低了导线测量效率。

（3）测量误差大：在井下导线测量中误差主要由仪器误差和测量误差两方面造成的，传统导线测量仪器对中整平次数多，受环境及测量人员技术水平等限制[8]，测量过程中仪器对中误差率高，且误差累计，从而降低了巷道长距离导线测量精度。

3 长角短边导线测量法应用分析

3.1 长角短边导线测量原理

长角短边导线测量主要利用一组已知导线点作为参数点，将若干个可见的待测导线点作为观测点，对每个待测点进行观测，测出测点坐标[9]。与传统导线测量方法相比，长角短边导线测量法在可见范围内可对多个导线点一次性观测，减少了测量仪器安装次数和对中整平次数，简化了导线测量工序，缩短了测量时间[10]。

3.2 长角短边导线测量方案

以14106 回风顺槽一组导线点为例，导线点编号为A、B、C，其中A 点为已知点，B、C 点为已测点，C1、C2、C3...Cn 为巷道内布置的待测导 线点。具体导线测量方法如下：

（1）在进行长角短边导线测量前需对已测导线点进行复测，复测时将全站仪架设在已测点B上，对A、C两点进行观测，复测时主要确定已测点是否发生位移。

（2）复测工作完成后，在已测点C 上安装仪器并对中整平，依次在可见待测点C1、C2、C3上安装棱镜，进行∠BCC1、∠BCC2、∠BCC3等角度测量；同时采用钢尺对CC1、C1C2、C2C3之间距离S1、S2、S3进行准确测量，并量取仪器高和视高，如图2 所示，此时第一个测站测量工作完成。

图2 长角短边法导线测量平面

（3）待第一组测点准确测量后，将测量仪器安装在C3上并进行对中整平，同样方法对C3点坐标进行验算，确认无误后采用与第一组相同的测量方法对下一组可见的待测点进行观测，依此类推直至巷道掘进到位。

3.3 长角短边法导线测量优点

（1）降低了导线测量工作量：采用长角短边导线测量时，减少了测量过程中仪器安装及对中整平次数，减少了测量工作量。 以14106 回风顺槽为例，巷道内共布置90 个导线点，采用传统导线测量时需安装仪器90 次，并进行观测；而采用长角短边导线测量时，以每个测站可观测到5 个测点，整条巷道只需布置14 个测站，进行14 次导线点测量即可，减少了测点观测数量76 个，测量周期缩短了2/3，大大提高导线测量效率，降低了导线测量的劳动强度。

（2）提高了测量精度：在导线测量过程中误差源主要来自测角误差和测边误差，一般测角误差大于侧边误差；而采用长角短边导线测量时测点数量减少，相邻两个测点之间距离增加，减少了测角数量，从而有效避免了测角误差累积及传递现象，同时测量减少了仪器对中次数，降低了仪器对中误差，从而大大提高了导线测量精度。

（3）实用性强：长角短边导线测量不仅可用于井下采掘巷道、硐室等测量，而且还可用于矿山、桥梁、隧道等测量，特别是在复杂地段，如矿区、山区等通视差、遮挡物多等地段，采用该方法进行导线测量可减少测点数量，简化测量工序，减少测量内外业工程量。

4 结语

截至2021年2月，14106 回风顺槽已掘进到位，且与14106 切巷顺利贯通。 采用长角短边法进行导线测量，14106 回风顺槽在后期掘进时共计布置10 个测站，每个测站观测时间为1.5 h，共计用时15 h，测量效率提高了90%；而且采用该测量方法后14106 回风顺槽顺利与切巷贯通，贯通误差率低于1.2%，取得了显著成效。