煤矿测量技术方法及测量作业的提升措施

许永杰

(陕西澄城董东煤业有限责任公司，陕西 澄城 715200)

有序开展煤矿测量是煤矿项目建设的关键，需在测量作业中利用先进技术来达成精准测量的目标。要扩大现代测量技术应用范围，根据煤矿测量需求制定完善的测量技术规划，在测量设备助力下促进煤矿产业的良性发展。

1 煤矿测量技术方法

1.1 无人机摄影测量技术

1.2 全站仪导线测量技术

全站仪导线测量技术是常见的一种煤矿测量技术方法，准确度高。测量作业主要使用全站仪设备，这种设备与传统测量设备相比具有测量效率高、测量速度快、自动化水平高、实际测距长、受环境干扰影响较小等优势(与经纬仪比较结果如表1所示)，同时还能实时显示测量获得的数据信息，避免测量记录出现错误，克服了以往人工数据记录时劳动强度较大等问题。相较于水准仪和一般经纬仪，全站仪可实施矿井下导线测量，不需要人工调整测量各项参数，包括距离参数、角度参数及高度参数等，仪器内部会通过计算构件来准确计算参数，再显示到外部显示器中，保证了测量操作参数的科学合理。全站仪设备与其他外部设备有接口连接，只需通过数据线连接打印机、计算机及扫描仪等，有助于野外实测工作及时向其他设备传输信息，为数据测量的整理和绘制矿图提供便利。内部安装了双轴自动补偿控制系统，有利于调整水平轴或竖轴产生的误差，提高实际测量精度。井下测量作业环境日益复杂，而全站仪测量会受到风力环境的影响，许多工程测量也对该技术测量作业提出了更高的精度要求，因此需分析误差来源并予以解决。

图1 无人机摄影测量技术演示图Fig.1 Demonstration of UAV photogrammetry technology

表1 全站仪与经纬仪特征对比Tab.1 Comparison of characteristics between total station and theodolite

1.3 三维激光技术

三维激光技术是在全球坐标系统采集数据的基础上基于不同作业需求且将数据转换并输出的一类技术手段，将激光照射到被测对象，再将激光反射回仪器，获取空间位置三维点云数据。采集系统包括激光扫描仪构件、数码相机及GPS系统。三维激光技术测量范围广，测量消耗费用少，操作简单，且获取的是三维空间立体信息，能够进一步提升测量精度，使测量信息数据的收集更为全面，在对应测区内能够高速完成作业，精准捕获数据，提高测量作业效率，有助于控制数据分析，提升图像质量。三维激光技术可全面勘测矿区地质环境与地质剖面，对地表移动进行全方位测量，对于井筒、井架等设施也能够准确测量。目前，其在一些露天煤矿测量作业中应用较多，可对边坡稳定性进行勘测，保证煤矿的安全开采，提高采矿效率和质量。

1.4 贯通测量技术

贯通测量技术可提高采煤精度和工程效率，有效提高煤矿企业的利润。煤矿贯通测量作业对精度要求较高，需采用多种优化组合测量手段，尽可能降低误差。根据相关规程要求，贯通测量作业相遇点中线的允许偏差不能超过0.3 m，而相遇点竖直方向的允许偏差不超过0.2 m。实施贯通测量时需做好矿井实际情况的调查，以保证测量方案的科学合理。编制测量设计书，统计贯通测量的误差。开展施测和计算时，保证每进行一次施测就开展一次计算，若是发现实际测量精度与要求不符，应分析偏差产生的原因并及时处理，必要时可返工重测，重要测量工程也要进行测量精度的综合评定。此外，对于一些高精度的矿井巷道贯通测量，为保证质量，可采取红外测距与陀螺定向结合的技术方案，聘请专业人员进行测量，保障每个阶段测量数据的准确性。煤矿测量中，为保证工程顺利进行，应对操作实效性加以完善，了解具体的技术需求，确保作业环境适宜[1]。

2 煤矿测量作业的提升措施

2.1 优选测量技术与设备

煤矿测量作业中，要求测量员从多项测量技术及测量设备中择优选取。常用的测量技术较多，而测量设备主要包括惯性测量仪、经纬仪、测亩仪等，都能辅助测量员精准测量煤矿地理位置、地质特征等。对于技术与设备的筛选，一方面要分析可操作性。如果煤矿位于地表沉陷区域，只使用全站仪、经纬仪等地面测量设备，无法满足工程要求，需以无人机摄像测量技术为主，从航空测量层面获取有用数据。另一方面应考虑成本因素。虽然许多高新技术可以获取高精度测量数据，但成本较高，会增加采矿经济负担，应选择高性价比的测量技术与测量设备。

2.2 加强测量误差分析

应加大对全站仪测点中误差、仪器误差、环境误差、照准偏差、测距误差的分析与控制，提升全站仪导线测量精度。可采用的技术措施如下：一是降低偏心差。在全站仪基座上加设偏心仪，确保在导线测量实践中能够搭配使用。偏心仪能够直接获取仪器的偏心距，为合理调整操作提供参考，有效缩短仪器对中时间，达到降低中误差的效果。可使用三脚架法对原有导线测量方法进行优化，提升测量精度，降低仪器对中整平次数。二是消除仪器误差。全站仪导线测量中容易发生视准轴或横轴误差，主要表现为在进行数值观测时，发现盘左与盘右显示的观测数值相同，但是符号相反。为减小仪器误差，必须应用已整平的全站仪，避免误操作，并对盘左和盘右显示的观测数值取平均值。三是规范测量误差。秉承“先低级后高级”的原则布设导线，依托高级导线校准低级导线。为获取更为理想的测量横向距离精度，可应用双交叉网结构的形式布设巷道内的导线网，应用陀螺仪加测变长，避免发生测角误差传递的问题，应用大质量垂球进行井下照准，避免井下气流影响垂球或棱镜[2]。

2.3 优化设计钻进系统

钻机优选。选择具有更大转速范围与扭矩、方便移动、适应能力水平高的钻机，满足复合钻孔、旋转钻孔、定向钻孔的需求，保证钻进系统的理想性能。使用比例先导、恒压变量及负荷传感，完成对液压泵结构流量及压力的有效控制，使生成的流量与压力参数始终与机构施加的负载相匹配。

钻杆优选。为实现深孔钻孔操作，避免钻孔事故，选取的钻杆应具备更强的延性与强度，避免钻杆产生较为严重的弯曲变形问题。为保证信号得到有效传递，应密封处理电缆组件，提升电缆组件对水与压力的抵抗力[3]。尽可能缩减电缆组件的尺寸，加大其与钻杆壁之间的距离，避免冲洗液能量损失偏高的问题。

钻头设计。选用定向钻头，确保钻孔偏转操作的顺利完成，保证测井切割成效达到理想水平。应将钻头设定为凹形圆锥形无芯钻头，在不对轴向切削产生影响的条件下完成偏转。

3 结束语

煤矿测量中，要想获得可靠的测量结果，应充分运用无人机摄影测量、全站仪导线测量、三维激光、贯通测量技术，提升测量数据准确度，从测量设备、误差分析与钻进系统设计等方面予以优化，为煤矿测量作业提供技术条件，助力煤矿生产。