煤矿井下平面控制测量及其相关技术问题探究

朱常久

（神华宁夏煤业集团清水营煤矿 宁夏 灵武 751410）

0 引言

矿山测量的主要任务是：（1）建立矿区地面控制网和测绘1：500-1：5000的地形图和矿图；（2）进行矿区地面与井下各种工程的施工测量和竣工验收测量；（3）测绘和编制各种采掘工程图及矿体几何图；（4）进行岩层与地表移动的观测及研究；为留设保护矿柱和安全开采提供资料；（5）参加采矿计划的编制，并对资源利用及生产情况进行检查和监督。此外，在矿山开采阶段还有许多复杂的技术问题需要矿山测量来解决。如主巷道的定向与测量，掘进时中、腰线的给定，井下巷道贯通，弯道设置、竖井联测、斜洞布设，井下场地开拓，回采定水平，矿量计算，井上下对照等等，处处都离不测绘。比如巷道贯通如果不经过精确测量，就不能随意开挖，否则将造成大量巷道作废，不仅浪费大，而且影响生产甚至会发生事故。

1 井下平面控制测量的作业要求

井下平面控制测量的目的是建立井下平面测量的控制网，作为测绘和标定井下巷道、硐室、回采工作面等的平面位置的基础，也能满足一般贯通测量的要求。

由于受井下巷道条件的限制，井下平面控制均以导线的形式沿巷道布设，而不能像地面控制网那样可以有测角网、测边网、GPS网和交会法等多种可能方案。

井下导线的布设，按照“高级控制低级”的原则进行。我国《煤矿测量规程》规定，井下平面控制分为基本控制和采区控制两类，两类控制导线都应敷设成闭（附）合导线或复测支导线。基本控制导线按测角精度分为±7″、±15″两级，沿主要巷道（包括:斜井，暗斜井，平硐、井底车场、水平（阶段）运输巷道，总回风道，集中上、下山，集中运输石门等）敷设，通常每隔1.5-2.0km应加测陀螺定向边，以提供检核和方位平差条件。7″、15″级基本控制导线的陀螺经纬仪定向精度分别不得低于±10″和±15″；采区控制导线亦按测角精度分为±15 ″、±30″两级，应沿采区上、下山，中间巷道或片盘运输巷道以及其它次要巷道敷设。矿井可根据采掘工程的实际需要，依矿井和采区开采范围的大小选定井下平面控制的等级。

2 井下导线点的设置与观测

2.1 井下导线点的设置

井下导线点按照其使用时间长短和重要性而分为永久点和临时点两种。永久导线点应埋设在主要巷道中，一般每隔300-500m埋设一组三个永久点。永久点的结构应以坚固耐用和使用方便为原则。所有导线点均应做明显标志并统一编号，用红漆或白漆将点位圈出来，并将编号醒目地涂写在设点处的巷道帮上，以便于寻找。

导线点应当选择在巷道顶（底）板稳固、通视良好且易于安设仪器观测、尽量不受来往矿车影响的地方。井下导线点的选点应遵循以下原则：

1）相邻导线点之间通视良好，并应尽可能使点间距离大些。在巷道的连接处和交叉口处，应当埋设导线点；

2）为了避免运输干扰，应尽量将点设在远离运输轨道的一侧；

3）导线点应当选在巷道稳定、安全、便于安置仪器进行观测的地方，避开淋水、片帮落石和其他不安全因素。

2.2 井下导线水平角观测

井下测角与地面测角的不同在于：

1）井下测点多设于巷道顶板上，因此经纬仪要在测点下对中，经纬仪望远镜筒上刻有仪器中心，即镜上中心。为利于点下对中，最好在望远镜筒上安装点下对中器，或利用专门的点下光学对中器；

2）在倾角很大的急倾斜巷道中测角时，望远镜视线可能被水平度盘挡住，故矿用经纬仪望远镜筒要短，最好有目镜棱镜或偏心望远镜；

3）由于井下黑暗潮湿，并有瓦斯及煤尘，仪器要有较好的密封性。

2.3 井下导线边长观测

井下边长观测方法一般采用钢尺量边和光电测距两种。钢尺量边由于测量手段繁琐，需对测量成果加多项改正，如比长改正、温度改正、垂曲改正、拉力改正等；当边长大于尺长时，则必须进行分段丈量，为此要进行定线。光电测距方法简单，可与测角同步进行，已逐渐代替了钢尺量边。

井下边长观测采用光电测距的作业要求为：

1）下井作业前，应按《煤矿测量规程》第16条规定，对测距仪进行检验和校正；

2）测定气压读至100Pa，气温读至1℃；

3）每条边的测回数不得少于两个。采用单向观测或往返（或不同时间）观测时，其限差为：一个测回读数较差不大于10mm，单程测回间较差不大于15mm；往返（或不同时间）观测同一边长时，化算为水平距离（经气和倾斜改正）后的互差，不得大于1/6000；

4）作业人员必须受过专业训练；并按测距仪使用说明书的规定操作和维护仪器；

5）仪器严禁淋水和拆卸。应建立电源使用卡片，定期充电；

6）在井下使用光电测距仪，应严格遵守《煤矿安全规程》的有关规定。

2.4 井下导线的延长与检查

由于井下环境的特殊性，如导线不是一次全面布设，而是随巷道掘进而不断延长。根据《煤矿测量规程》的规定，基本控制导线一般应每隔300-500m延长一次。采区控制导线应随巷道掘进30-100m延长一次。当掘进工作面接近各种采矿安全边界（水、火、瓦斯、老空区及重要采矿技术边界）时，除应及时延长经纬仪导线外，还必须以书面手续报告矿（井）技术负责人，并通知安全检查和施工区、队等有关部门。

为了检查验证已知起始点的可靠性，在接测之前应对上次所测的最后一个水平角及最后一条边长按原观测的相应精度进行检查。此次观测与上次观测的水平角之差△d不应超过一个特定的容许值。

井下 7″、15″和 30″导线的△d 分别为±20″，±40 ″和±80″。基本控制导线的边长小于15m时，两次观测水平角的不符合可适当放宽，但不得超过上列限差的1.5倍。

重新丈量上次最后一条边长与原丈量结果之差不得超过相应等级导线边长往返丈量之差的容许值（基本控制导线为边长的1/6000，采区控制导线为边长的1/2000）。

如果检查结果不符合上述要求，则应继续向后检查，直到符合要求后方可以它作为起始数据，继续向前延长导线。

3 结束语

总之，对于地面测量工作来说，控制网的布设方式和实施方法可以多种多样，如GPS控制网、三角网、导线网等等，但是对于地下工程而言，许多先进的仪器和方法就无法适用。因此，方向附合导线网在地下工程或隧道施工中仍是主要的控制形式，研究方向附合导线网的施测、数据处理及误差等问题，特别是研究复杂网型的陀螺方向附合导线的平差，对于指导矿山、隧道等工程生产实践具有十分重要的现实意义。

［1］张凤举.控制测量学[M].煤炭工业出版社，1999.

［2］张国良，朱家钰，顾和和.矿山测量学［M］.徐州:中国矿业大学出版社，2003.

［3］姚联壁.改进的导线网结点平差法[J].同济大学学报，1995，23（5）:609-613.

［4］孔祥元，梅是义.控制测量学[M].武汉：武汉大学出版社，1996.

［5］ 陈永奇.工程测量学[M].北京:测绘出版社，2004.

［6］陶本藻.测量数据处理的统计理论和方法[M].北京:测绘出版社，2007.

［7］孙现申，赵泽平.应用测量学[M].北京:解放军出版社，2004.