长距离精密导线在煤矿贯通测量中的应用

张辉

（中煤大屯煤电（集团）有限责任公司姚桥煤矿，江苏徐州 221611）

0.前言

导线测量在矿山井下测量中的应用相对较多，测量效果能够满足大部分工程测量的基本要求。但由于矿井内部环境比较复杂，测量过程中各种影响因素较多，测量工作开展难度较大。全站仪是一种非常先进的测量设备，其具有测角和测距的功能，内置测量软件，可以根据测量对象不同，合理对测量方法进行选择。通过对全站仪导线测量技术的应用，可以直接得到三维位置信息，非常适合在矿山测量当中进行应用。

1.陀螺仪在煤矿贯通测量当中的应用

陀螺仪出现于20世纪80年代，随着技术的不断发展，测量精度持续提升，在煤矿贯通测量中的应用不断增加。陀螺仪具有定轴向的特征，地球不断处于自转的过程中，其具有相对于惯性空间的自转角，可以将地球自转速度分为水平自转速度和垂直自转速度。从这些地方可以看出，其可以通过惯性测量技术的应用，来获得地球背向信息，陀螺仪的定向精度在正负15''左右。陀螺仪器最早是用于航海导航，但随着科学技术的发展，它在航空和航天事业中也得到广泛的应用。陀螺仪器不仅可以作为指示仪表，而更重要的是它可以作为自动控制系统中的一个敏感元件，即可作为信号传感器。根据需要，陀螺仪器能提供准确的方位、水平、位置、速度和加速度等信号，以便驾驶员或用自动导航仪来控制飞机、舰船或航天飞机等航行体按一定的航线飞行，而在导弹、卫星运载器或空间探测火箭等航行体的制导中，则直接利用这些信号完成航行体的姿态控制和轨道控制[1]。作为稳定器，陀螺仪器能使列车在单轨上行驶，能减小船舶在风浪中的摇摆，能使安装在飞机或卫星上的照相机相对地面稳定等。作为精密测试仪器，陀螺仪器能够为地面设施、矿山隧道、地下铁路、石油钻探以及导弹发射井等提供准确的方位基准。由此可见，陀螺仪器的应用范围是相当广泛的，它在现代化的国防建设和国民经济建设中均占重要的地位。

观测程序。在实际开展观测工作的过程中，其通常会分为4个程序：（1）首先需要在地面上任选一点，并在这个过程中对当地仪器常数C进行测定，然后计算得到C值3个，将这三个值相加取平均值，就可以得到仪器的C值，在一般的情况下，每50km就可以得到一个C值。（2）通过已知边上3个测回，就可以将仪器常数计算出来。（3）在煤矿井下的待定边上，可以直接利用2个测回将已知边上的陀螺方位角测量出来。（4）在返回地面之后，可以直接通过借助3个测回在已知边上对陀螺方位角进行测量，然后就可以将仪器常数求出来。可以直接根据上述步骤对仪器的精度和稳定性进行校验，从而保证陀螺仪测量结果精度。

2.陀螺仪在煤矿贯通测量中的应用

在井下平面控制中的应用。在开展井下掘进工作的过程中，需要直接利用导线对巷道掘进方向进行指示，但很多煤矿的巷道都采用的是环形回路，掘进方向相对单一。在这种情况下，误差累积速度增加很快，对精度要求也不断提升。最近几年，陀螺仪在煤矿贯通测量中的应用不断增加，在开展支导线测量工作时，对陀螺方位角进行加测是一种非常有效的方法，在大量工程当中都有应用。在通常的情况下，对陀螺边进行加测主要会采用如下几种方式：（1）在导线末端可以加一条陀螺边，从而形成附和导线。（2）直接在导线上加测陀螺边，从而形成附和导线。（3）直接在每条边上加测陀螺方位角。在开展大量贯通测量的过程中，在陀螺边数量的确定上已经得到了共识，导线横向误差大大减少，测量精度有了明显的提升。与未加测陀螺方位角相比，测量精度得到了比较明显的改善，加测一条和三条的增益分别在50%与75%左右。因此，为了得到更好的贯通测量精度，就需要根据实际测量条件，合理对加测边数量进行确定[2]。

立筒安装中的应用。在立井井筒安装的过程中，其主要分为罐道、罐道梁、管路、梯子和电缆。罐道和罐道梁是其中重要的组成部分，这两个装备安装效果对立筒安装效果，有着非常直接的影响。由于井筒的深度较深，其开展放线的难度相对较大。为了有效解决这个问题，可以直接借助井下陀螺仪来进行定向，并使用垂线球来确定相关位置，然后利用钢梁或者卡线板对其进行固定处理，最后就可以将钢梁的位置标定出来。

在次要巷道和采区联系测量中的应用。采区测量主要是指井下开采从采准到回采的整个过程中，测量人员需要进行一系列测量工作。其中一项比较重要的工作就是进行采区联系测量、坐标、高程、以及导线传递方向等。在通常的情况下，巷道的长度并不是非常长，采区范围也相对较小，巷道空间非常狭小，作业过程中受到的影响因素较多，巷道空气也相对污浊。在过去开展工作的过程中，通常会采用罗盘仪导线，实际应用中需要保证罗盘仪不会受到磁性的干扰。如果在巷道内部存在太大的磁性，就会对罗盘仪的影响导致非常大的影响，只能采用天井定向测量的方法，测量精度难以得到保证，测量人员的工作量也相对较大。

3.贯通测量结果分析

在贯通施工结束之后，对贯通误差进行了测量，发现其纵坐标和横坐标的闭合差分别为0.12m和0.13m，贯通精度可以满足工程的实际要求。本测量方法可以得到较高的测量精度，主要由以下几个方面因素造成的：首先，通过采用全站仪对精密导线进行测量，在进行贯通测量的过程中，采用了独立校验的方式，并在第一时间开展了复测和复算工作，并采用了科学的方法对测量精度进行了评定，并对评定结果与测量结果进行了对比，更大程度上保证了测量精度。其次，为了提升贯通测量的精度，还使用加测陀螺定向边，贯通测量精度得到了进一步的提升。由于贯通精度相对较高，导线的长度也会相对较长，误差累积的情况比较严重。另外，通过采用加测陀螺定向边的方式，在更大程度上提升了贯通测量精度，再通过对“三架法”的应用，还进一步提升了相关工作开展效率，保证测量结果的可靠性。

4.实践中提升贯通精度的有效措施

为了进一步提升贯通精度，就需要提升测角精度，在通常的情况下，需要在一定程度上增加导线的距离，从而有效避免累积误差过大现象的发生。

做好测量前的准备工作。在实际开展测量工作之前，应该认真做好各种仪器设备的检查工作，保证仪器设备的完整性。其次，还应该认真做好标定要素的校核工作。

特殊环境作业的应对措施：（1）如果作业环境中的风较大，应该对巷道采取一定的挡风措施。（2）如果需要在运输线路当中开展测量工作，应该做好现场的交通疏导工作，避免仪器震动造成误差过大情况的出现。（3）对于水雾和煤尘较大的巷道，为了避免对测量精度造成影响，就应该合理减少测量距离[3]。

导线点的使用。在导线点使用之前，需要认真做好导线点完好程度的检查工作，保证导线点固定良好，避免出现垂球砸落仪器情况的发生。在仪器设备架设完毕之后，应该认真做好导线点移动情况的监测工作，及时发现问题，及时进行解决。

5.结语

随着时代不断发展，对开展煤矿贯通测量提出了更高要求。针对当前煤矿贯通测量中出现的各种问题，应该引起足够的重视，认真分析问题发生的原因，能够合理对高精度导线测量技术进行应用，保证测量精度。