煤矿井下贯通测量方案的优化研究

郑卫军

（大同煤矿集团有限责任公司云岗矿， 山西 大同 037017）

煤矿井下的贯通测量是指两个以上同向或者相向的巷道在进行掘进作业时，为保证巷道之间的位置关系或者对接准确性而进行的测量作业，一般情况下煤矿井下的巷道贯通测量主要采用经纬仪或者导线测量，但随着综采作业技术的不断进步，煤矿井下巷道贯通距离不断增加，最远的已达到20 km 以上，因此传统的井下贯通测量方案在实际使用过程中暴露出了操作流程繁琐、定位精度差的缺陷，无法满足长距离巷道贯通测量时的精度要求[1]。本文提出了一种新的贯通测量方案，在运输巷掘进作业过程中通过对导线测量和陀螺定向测量的综合对比、修正，实现了长距离巷道的精确测量。同时在测量的过程中根据煤矿井下实际地址条件总结了影响井下贯通测量精度的因素，在测量的过程中对测量结果进行精确的转换和分析，根据设备的测量技术特点，利用不同设备测量不同的路线，最大限度的降低系统测量误差的影响，根据实际验证结果可知，优化后的井下贯通测量方案在高程方向上的最大误差仅-0.113 m，在水平方向上的最大误差仅-0.193 m，极大的提升了井下长距离巷道贯通测量的精度，具有极大的应用推广价值。

1 井下巷道贯通工程基本情况

井下巷道运输巷是将煤炭运输到地面上的主体通道，直接关系到煤矿井下运输作业的效率和安全性，对巷道成型精度要求较高。某矿井下主井和副井之间的运输大巷长约20 km 属于特大型井下贯通工程，对贯通测量的精度要满足±0.3 m 内，同时对施工工期要求较为严格，其煤矿井下贯通测量路径如图1 所示。

图1 煤矿井下贯通测量路径示意图（mm）

由于该贯通工程属于特大型的工程项目，在测量前需要根据井下巷道的实际结构，对测量方案进行研究，对测量过程中所使用设备的合理性进行分析，对测量过程中的误差进行提前预测并制定减少测量误差的方案，根据该项目的实际情况，针对复杂地质条件下的测量特点，在施工中选择了采用导线测量和陀螺定向测量的方案。

导线测量时，为了确保测量精度，在1 号外运巷和2 号外运输巷分别采用测量精度为1.5 mm 和1 mm 的全站仪对其进行测量，每次进行两个测回测量，连续进行三次测量。另一组人员则采用测量精度为1 mm 的全站仪对其进行二次测回测量，然后将所有测量结果进行统一汇总，取测得的加权平均值。

在采用陀螺仪进行定向测量时，选择测量精度为±5 mm 的陀螺经纬仪进行陀螺定向测量，将测量结果进行汇总分析，并进行贯通导线数据的修正。

在测量的过程中，为了确保测量精度，在水平巷道内进行测量时选择了水准仪进行一级水准测量，在倾斜巷道内测量时采用了全站仪进行三角高程测量，同时在每次测量的时候均选择3 组人员进行三次测量后取各组测量结果的加权平均值，最大限度的确保测量结果的准确性。

2 井下贯通测量方案

由于传统的测量方案存在较大的测量误差，因此在传统测量方案的基础上，依据所选择的测量设备和测量方案，提出了新的贯通测量方法，该方案主要是对测量过程中的测角中误差和陀螺定向的误差量进行优化。在利用导线测量时对主要是对测量过程中的测量设备选择和测量结果分析方法进行优化，在进行测量设备选择是根据测量区域的不同分别选择了具有较高测量精度的全站仪，降低了在测量过程中的测量误差，同时分两组人员测量后将测量结果进行加权平均，根据实际测量分析，该测量方案下能够将在水平方向上的测量误差控制在±0.08 m 内，远高于传统测量±0.7 m 的测量误差。

陀螺定向误差的优化，为了降低传统陀螺定向测量的误差，同时又能够降低在测量过程中的测量工序，提升测量效率，本文提出了有效的利用井下定线测量时的测量结果，在该测量结果的基础上利用测量数值优化公式[2]：

式中：M为陀螺定向测量误差；m为陀螺仪的定向测量精度；ρ 为每次测量弧度的秒值，取206；Yn为表示每次测量时的中心坐标；Yk为表示在相遇点处的北坐标。

根据实际测量，优化后的陀螺定向测量精度可达±0.21 mm。

3 井下贯通测量数据的分析

由于新的井下贯通测量方案中采用了多种测量设备共同配合作业，各设备的测量精度存在较大的差异性，为了统一测量分析结果，对各个测量数值均进行了加权平均法进行处理，对各个测量结果按照带有误差的方向附和导线进行平差。陀螺仪的定向中误差在设置时应根据两测回的的观测误差取对中值。全站仪的测角中误差则应首先对同组人员所测结果取平均值，然后对不同组人员的测量结果取加权平均值处理。各个设备的测距中误差基本相同[3]，因此在进行测量时统一设置为1/40 000，满足测量标准统一需求。在对各个测量数据进行综合分析时，对数据按带有误差方向进行平差处理，并根据巷道掘进方向进行定位修正，确保满足精确测量的需求。

4 结论

针对传统的贯通测量方案在水平方向和高程方向上的误差均超过1 m，无法满足长距离运输大巷的贯通测量需求的现状，通过对导线测量和陀螺定向测量的综合对比、修正，实现了长距离巷道的精确测量，根据实际应用表明：

1）进行贯通测量设备选择时，在水平巷道内进行测量时选择了水准仪进行一级水准测量，在倾斜巷道内测量时采用了全站仪进行三角高程测量，导线测量时选择不同精度的全站仪进行测量。

2）对各个测量数值均进行了加权平均法进行处理，对各个测量结果按照带有误差的方向附和导线进行平差，确保对数据分析的准确性。

3）根据实际验证，优化后的测量方案，陀螺定向测量精度可达±0.21 mm，测角中误差控制在±0.08 m内，极大地提升了煤矿井下巷道贯通测量的精度。