井下2种导线测量方法精度对比分析

李治龙

(陕西有色榆林煤业有限公司，陕西 榆林 719000)

0 引言

矿山测量是煤矿开采中重要的一项学科，矿山测量的精度直接影响着井下采掘施工效率及安全[1-2]。随着长臂连续采煤技术不断推广使用，长距离贯通测量已经成为常态，加之矿井内施工条件及地质构造复杂，给矿山测量工作带来新的挑战。随着科技的进步，测量技术也是日新月异，特别是GPS、RTK测量技术的应用，不仅提高了测量精度，也极大地提高了测量作业效率[3-5]。但由于矿山测量主要工作地点在井下，使得GPS、RTK等先进测量技术无法应用。当遇到特殊环境，用常规测量方法不能实现施工放线或测量时，就必须探索研究新的测量技术方法去应对，对于满足施工进度和设计需要具有重大意义，由数字全站仪衍化而来的三联脚架法和悬挂小棱镜法被广泛使用[6-8]。

1 概述

杭来湾煤矿30201工作面为该盘区首采工作面，设计走向长度6 000 m，切眼实体宽300 m。根据设计，该工作面设置1条回风顺槽，1条辅运顺槽，1条胶运顺槽；回风顺槽采用单进综掘方式掘进，胶运和辅运顺槽采用双进连采掘进方式掘进。贯通后测量导线全长约13 000 m，根据《煤矿测量规程》中规定，该工作面属于超大型贯通工作面。

陀螺定向仪是一种不依赖于其他测量成果下，可以自由精确地寻找北方向的一种测量仪器，常用于军事航天测绘工程中，定向精度高，定向成果可靠，相对传统导线测量，陀螺定向误差传递很小，主要误差来源是标定陀螺仪常数的起算成果的误差和人为观测误差，基本不涉及误差传递和累积，作为参考标准值具有很高的可信度和权威性[9-10]。实验支导线长度约6.0 km，采用同一起始边αF65-F64陀螺方位角为317°58′06″，终止边αH35-H36陀螺方位角为137°57′30″，对2种方法精度进行对比评定。如图1所示。

图1 测量仪器布置示意Fig.1 Layout of measuring instruments

2 方案介绍

2.1 方案设计

为避免设备产生的误差，2种方案均选用徕卡TC1201+防爆全站仪、配套脚架和HGG-05型自动定向陀螺仪。按照《煤矿测量规程》要求，所投入的关键测量设备均需要在项目开始前在指定的质量检定部门进行检定，且检定合格后方可投入本项目使用；其他辅助性测量器具也必须在检定合格期内方可使用。在施测过程中，要求在成像清晰、目标稳定的情况下进行。实测测距边长必须加入温度，气象，倾斜，仪器加、乘常数，投影改正，独立施测的2次成果误差在允许范围之内，取其平均值或复测支导线平差后为最后控制测量成果，否则必须重测，直至误差在允许范围以内。

内业计算前，必须有2人以上对外业数据记录进行检查，签字确认后方可进行计算。成果计算必须由2人以上独立进行手工计算，计算完成后对算2人计算结果；无误时，以其作为手工计算成果。然后将手工计算成果和计算机计算成果对比，平面坐标和高程误差在±4 mm内时，以计算机计算成果为准，提交成果资料。

所有工作完成后，与杭来湾煤矿专业技术人员和公司相关技术人员对项目进行验收，对存在问题进行客观的评价，并提出解决方案，限期进行改正。

2.2 三联脚架法

2.2.1 三联脚架法施测

导线点位于巷道底板坚固部位，点间距平均长度约180 m，测站和前后视全部架设脚架和设备，每站测完以后脚架和基座不动，后视替换测站，测站替换前视。以此类推，累计布设35条导线边，往返复测支导线，以陀螺定向边αF65-F64为起始边，实测终止边方位角αH35-H36为137°57′46″。

步骤1：从中央辅运大巷开口导线边上按照5″级支导线精度要求复测回风顺槽支导线，导线全长共计为6 198 m。

步骤2：按照5″级导线要求，对所有复测导线进行整体平差，平差后完成精度评定工作。

井下导线复测根据贯通测量设计方案和误差预计要求，贯通导线按5″级导线的要求施测。基本控制导线的主要技术指标执行规定见表1，该技术指标参照一级导线相关精度设计[11-12]。

表1 井下5″级导线测量精度指标Table 1 Accuracy index of underground 5″traverse survey

2.2.2 主要精度评估

表2 三联脚架法测量数据Table 2 Measuring data of tripod method

2.3 悬挂小棱镜法

2.3.1 悬挂小棱镜法施测

顺槽顶板布设导线点，前后视悬挂小棱镜，测站采用点下对中整平，点间距平均长度约180 m，单程布设35条导线边，往返复测支导线，以陀螺定向边αF65-F64为起始边，实测终止边方位角αH35-H36为137°57′59″，详细过程如下。

步骤1：从中央辅运大巷开口导线边上按照5″级支导线精度要求复测回风顺槽支导线，导线全长共计6 326 m。

步骤2：按照5″级导线要求，对所有复测导线进行整体平差，平差后完成精度评定工作。

井下导线复测根据贯通测量设计方案和误差预计要求，贯通导线按5″级导线的要求施测。基本控制导线的主要技术指标执行表1规定，该技术指标参照一级导线相关精度设置。

2.3.2 主要精度评估

表3 悬挂小棱镜法测量数据Table 3 Measuring data of suspended small prism method

3 结论

(1)三联脚架法实测终止边方位角αH35-H36为137°57′46″更接近参考标准值137°57′30″(差值-16″)，悬挂小棱镜法实测终止边方位角αH35-H36为137°57′59″和参考标准值137°57′30″出入稍大(差值-29″)。上述2种测量方法实验结果皆满足《煤矿测量规程》和长臂连采采煤工艺对贯通限差要求。

(2)三联脚架法减少架设仪器频次，可以减少对中整平的误差传递，具有较高的精度和稳定性，井下控制系统形成依然是值得信赖的测量手段。

(3)悬挂小棱镜法无需对中整平，限制条件较少，对比三联脚架法精度稍低，在矿井盘区控制系统测量中应谨慎使用。但是它具有灵活方便的特点，可以在地形条件复杂或者顶板稳定区域广泛使用，具有较高的推广价值。