劉明武 張國平

【摘 要】文章結(jié)合新形勢下礦山生產(chǎn)實際，從地面控制測量、井下控制測量、井下貫通測量、日常中腰線管理、測量設(shè)備管理5個方面系統(tǒng)總結(jié)了礦山測量技術(shù)管理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和技術(shù)要點，對礦山測量技術(shù)發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望，對做好礦山測量技術(shù)管理工作具有一定的指導(dǎo)意義和參考價值。

【關(guān)鍵詞】礦山測量;控制測量;中腰線管理;技術(shù)管理要點

【中圖分類號】TD17 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2022）02-0087-03

0 引言

礦山測量技術(shù)作為一門傳統(tǒng)的技術(shù)手段，經(jīng)過長期的摸索和實踐，其理論體系和技術(shù)體系均相對成熟，涉及的各類測量技術(shù)、測量方法均取得了長足的發(fā)展并積累了豐富的實踐經(jīng)驗[1]。隨著數(shù)字化、信息化技術(shù)（如互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、5G技術(shù)）的日新月異，測量新技術(shù)的蓬勃發(fā)展（如CORS技術(shù)、3S技術(shù)），測量新裝備（如測繪無人機、陀螺全站儀、測量機器人、超站儀、鏡站儀等）的推廣使用，礦山測量工作模式發(fā)生翻天覆地的變化，礦山測量工作效率大幅提升，測量精度明顯提高，勞動強度持續(xù)降低。同時，礦山自動化、智能化采礦裝備的普及和快速掘進(jìn)系統(tǒng)的投用，大幅提高了礦井采掘效率，客觀上對測量裝備的可靠性、測量系統(tǒng)的穩(wěn)定性、測量作業(yè)的及時性、測量技術(shù)管理[2]的規(guī)范性提出了新的要求。一旦出現(xiàn)測量事故導(dǎo)致巷道跑偏或無法順利貫通，將嚴(yán)重影響礦井采掘進(jìn)度，給礦山企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，新形勢下開展礦山測量技術(shù)管理應(yīng)用研究意義重大[3]。

1 地面控制測量

礦區(qū)地面控制網(wǎng)的建立一般由專業(yè)測繪單位完成，礦井主要負(fù)責(zé)測量控制點的日常維護(hù)工作。在礦山開發(fā)的不同階段，均存在測量控制點被破壞的風(fēng)險，導(dǎo)致礦區(qū)地面控制網(wǎng)被破壞，帶來使用上的不便。例如礦井建設(shè)階段，建設(shè)工業(yè)場地可能破壞或遮擋測量控制點。在礦山開采階段，地表沉陷可能導(dǎo)致測量控制點發(fā)生沉降或位移。因此，礦區(qū)地面控制網(wǎng)的設(shè)計和定期維護(hù)更新顯得尤為重要。

技術(shù)管理要點：一是在設(shè)計地面控制網(wǎng)時，應(yīng)充分考慮礦井前期建設(shè)規(guī)劃，測量控制點點位選擇避開建設(shè)規(guī)劃區(qū)和采礦沉陷區(qū)，同時考慮點位通視條件和地基的穩(wěn)定性。二是充分利用礦井初期地面控制網(wǎng)成果，采用三角測量法、敷設(shè)附和導(dǎo)線或閉合導(dǎo)線等方法加密測量控制點，豐富測量控制網(wǎng)成果。三是利用礦井各期補充勘探，在井田范圍內(nèi)相對穩(wěn)定區(qū)域布設(shè)測量控制點，開展控制測量，更新完善礦區(qū)已有控制網(wǎng)，為在井田范圍內(nèi)開展地形測量、開采地表巖移觀測、采空區(qū)調(diào)查、地質(zhì)調(diào)查、開鑿井筒等提供測量基準(zhǔn)數(shù)據(jù)。四是建設(shè)礦區(qū)連續(xù)運行衛(wèi)星定位導(dǎo)航服務(wù)系統(tǒng)（CORS），配套移動站和手簿，可實現(xiàn)全天候地形圖測量、施工放樣、竣工測量等測量作業(yè)，同時針對CORS故障，可考慮另外配備一套GPS接收機及手簿，與CORS已有的接收機及手簿組成“1+1”RTK測量模式，利用礦井地面測量控制點計算轉(zhuǎn)換參數(shù)，每次測量前在1個已知測量控制點上進(jìn)行點校正，以滿足日常測量工作的需要。

2 井下控制測量

2.1 陀螺定向

井下主要開拓大巷連接的井筒間巷道貫通后，應(yīng)立即開展井下陀螺定向，至少布設(shè)2條陀螺定向邊，位于各自井筒附近的車場內(nèi)，邊長均不小于50 m，然后施測坐標(biāo)方向附合導(dǎo)線，經(jīng)平差處理后作為井下控制測量的基準(zhǔn)。

技術(shù)管理要點：一是在各自井筒所在的井底車場內(nèi)施測陀螺定向邊后，應(yīng)及時在其周邊巷道內(nèi)布設(shè)導(dǎo)線點，將陀螺定向的方位和投點坐標(biāo)及時傳遞至該導(dǎo)線邊，為確保正常使用，應(yīng)埋設(shè)至少3個導(dǎo)線點，施測至少2條導(dǎo)線邊。二是導(dǎo)線點點位應(yīng)穩(wěn)定可靠，無淋水影響，噴漿巷道應(yīng)考慮另打錨桿，在錨桿端頭連接一個500 mm長、一端焊接螺帽、一端焊接防銹三角測釘?shù)臏y量控制點（或純銅制定的測量控制點），實現(xiàn)長期保存，方便后期使用。三是陀螺定向盡量采用全自動或半自動陀螺全站儀施測，嚴(yán)格按測量程序操作，確保測量精度。

2.2 基本控制導(dǎo)線

井下開拓大巷永久導(dǎo)線點應(yīng)隨大巷開拓及時布設(shè)，當(dāng)具備施測閉合導(dǎo)線或附合導(dǎo)線時，應(yīng)及時進(jìn)行施測，并進(jìn)行平差處理。若后期施工過程中出現(xiàn)個別導(dǎo)線點被破壞或被遮擋導(dǎo)致無法使用時，可根據(jù)現(xiàn)場情況施測無定向?qū)Ь€或附合導(dǎo)線恢復(fù)導(dǎo)線點，使之滿足生產(chǎn)需要。

技術(shù)管理要點：一是永久導(dǎo)線點采用錨桿或螺帽焊接三角測釘（做防銹處理）制作，固定在錨桿外露部分或錨固在巷道頂板煤巖層中，要求永久導(dǎo)線點周邊巷道頂板穩(wěn)定，無淋水。二是永久導(dǎo)線點實行統(tǒng)一編號管理。開拓大巷永久點編號規(guī)則：中央一號回風(fēng)大巷為YHi，中央進(jìn)風(fēng)大巷為JFi，中央膠帶大巷為JDi，其中取值1，2，3，…，100。回采巷道編號規(guī)則：采用X1、X2、X3、X4樣式編號，其中X1表示盤區(qū)編號，依次為A-E，X2表示工作面編號，X3表示順槽編號，膠帶順槽用J表示，回風(fēng)順槽用H表示，泄水巷用X表示，X4表示點號。三是頂板條件較差時，可采用在巷道底板上布設(shè)臨時點。四是巷道風(fēng)速較大時，應(yīng)采取擋風(fēng)措施，以采用雨傘為佳;五是在布設(shè)導(dǎo)線的過程中根據(jù)巷道條件盡可能加大邊長，減少導(dǎo)線點數(shù)。六是在測角測距時，儀器多次對中整平，瞄目標(biāo)時盡可能瞄垂球線的上部，采用擺動觀測、正倒鏡觀測;測角時盡可能縮小望遠(yuǎn)鏡的傾角，調(diào)節(jié)微動螺旋時沿同一方向;測距時適時進(jìn)行斜邊測量，對已測水平邊長進(jìn)行檢核。七是高程測量時，在1個測站上同時測量前后視高差，減少量高誤差的影響;棱鏡高、儀器高讀2遍，誤差不小于2 mm;三角高程測量時通過2次或多次變儀器高觀測提供測量精度，避免測量粗差的產(chǎn)生。八是導(dǎo)線測量盡量采用2秒級及以上的全站儀，確保測量精度;按7″導(dǎo)線施測，水平角觀測采用測回法，獨立測量兩測回，距離測量兩測回。九是附和導(dǎo)線、閉合導(dǎo)線測量由兩個技術(shù)力量相當(dāng)?shù)娜藛T單獨測量，單獨平差，并進(jìn)行檢核。

3 井下貫通測量

井下貫通測量分為開拓巷道貫通測量和采面貫通測量。其中涉及皮帶運輸和猴車運輸?shù)南锏缹ο锏乐芯€要求較高，需要重點關(guān)注[4]。

3.1 開拓巷道貫通測量

井下主要開拓大巷連接的井筒間巷道貫通后，應(yīng)立即開展井下陀螺定向，至少布設(shè)2條陀螺定向邊，位于各自井筒附近的車場內(nèi)，邊長均不小于50 m，并根據(jù)兩井筒內(nèi)投點誤差決定采用哪個井筒導(dǎo)入的點坐標(biāo)作為坐標(biāo)起算數(shù)據(jù)，然后施測方向附合導(dǎo)線，經(jīng)平差處理后作為井下控制測量的基準(zhǔn)。

技術(shù)管理要點：一是在各自井筒所在的井底車場內(nèi)施測陀螺定向邊后，應(yīng)及時在其周邊巷道內(nèi)布設(shè)導(dǎo)線點，將陀螺定向的方位和投點坐標(biāo)及時傳遞至該導(dǎo)線邊，為確保正常使用，應(yīng)埋設(shè)至少3個導(dǎo)線點，施測至少2條導(dǎo)線邊。二是導(dǎo)線點點位應(yīng)穩(wěn)定可靠，無淋水影響，噴漿巷道應(yīng)考慮另打錨桿，在錨桿端頭連接一個500 mm長、一端焊接螺帽、一端焊接防銹三角測釘?shù)臏y量控制點（或純銅制定的測量控制點），實現(xiàn)長期保存，方便后期使用。

3.2 采面貫通測量

技術(shù)管理要點：一是以開拓大巷內(nèi)的基本控制導(dǎo)線中的永久導(dǎo)線點為測量基準(zhǔn)點，開展采面貫通測量。二是測量導(dǎo)線點隨巷道掘進(jìn)布設(shè)，根據(jù)巷道變坡情況點位間距盡量保持均勻，并綜合考慮皮帶安裝、風(fēng)筒敷設(shè)、設(shè)備布置等影響。三是導(dǎo)線測量嚴(yán)格按7″導(dǎo)線要求進(jìn)行，并考慮貫通后形成閉合導(dǎo)線或附合導(dǎo)線的可能性。四是高程測量采用三角高程測量方法，為減少各類量高誤差的影響，高程測量可與導(dǎo)線測量分別進(jìn)行，采用“三架法”傳遞高程。五是貫通后，應(yīng)及時施測閉合導(dǎo)線或附合導(dǎo)線并進(jìn)行平差處理，評定貫通精度，并為后期安裝測量提供控制測量數(shù)據(jù)。

4 日常中腰線管理

4.1 激光指向儀管理

目前，井下巷道掘進(jìn)普遍采用激光指向儀控制巷道中線和坡度，激光指向儀的安裝和使用顯得尤為重要。

技術(shù)管理要點：一是激光指向儀前方激光指向點應(yīng)不少于3個，點間距應(yīng)不小于10 m，激光指向儀光束應(yīng)同時穿過激光指向點所在線繩及線繩上的明顯標(biāo)志，并被該線繩及線繩上的明顯標(biāo)志平分。二是激光指向點所在線繩應(yīng)采用棉線繩，下端吊掛質(zhì)量不小于0.2 kg、材質(zhì)均勻、重心穩(wěn)定、規(guī)則形狀的重物，確保線繩無明顯擺動。三是激光指向儀距巷道迎頭距離超過50 m后，應(yīng)延伸一組激光指向點，并調(diào)整激光參數(shù)。激光指向儀距迎頭距離一般不超過200 m。四是激光指向儀應(yīng)實現(xiàn)掛牌管理，牌板吊掛在激光指向儀附近，牌板應(yīng)包含激光指向儀安裝參數(shù)和激光控制巷道頂?shù)装鍏?shù)，便于現(xiàn)場施工人員校核激光指向的準(zhǔn)確性和控制巷道掘進(jìn)參數(shù)。五是每班掘進(jìn)前，由質(zhì)量驗收員檢查激光指向儀的完好情況，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

4.2 中腰線標(biāo)定管理

巷道中腰線一般采用全站儀進(jìn)行標(biāo)定，但存在標(biāo)定相對滯后，與巷道實際施工坡度不一致的情形。采用激光坡度標(biāo)定巷道中腰線可實現(xiàn)中腰線隨巷道掘進(jìn)及時延伸。

技術(shù)管理要點：一是利用安裝好的激光指向儀發(fā)出的激光束，將巷道中腰線引至巷道頂板及兩幫一定高度。在巷道頂板中間位置掛一線繩，下端掛一重物，調(diào)節(jié)線繩左右位置使得激光指向儀光束穿過線繩并被線繩平分，此時線繩固定位置即為巷道中線位置。在巷道一幫支護(hù)材料上固定一線繩，水平拉至巷道另一幫，利用坡度規(guī)將巷道兩幫線繩固定位置調(diào)整至同一高度，然后在巷道中線位置頂板掛一鋼尺垂直量至線繩高度，計算出激光束至線繩間距，利用激光控制巷道頂?shù)装寰嚯x將腰線引至巷道兩幫。二是腰線標(biāo)定需至少2人配合完成，保證測量精度。三是中線可利用激光指向儀連續(xù)標(biāo)定，緊跟迎頭，腰線可滯后迎頭10～20 m。當(dāng)激光指向儀出現(xiàn)故障時，可利用巷道迎頭附近的中線和腰線臨時指導(dǎo)巷道掘進(jìn)。

4.3 變坡測量管理

變坡測量是巷道掘進(jìn)過程中一項經(jīng)常性工作，無論是按照設(shè)計坡度施工還是根據(jù)礦體賦存情況調(diào)整巷道施工層位，都需要開展變坡測量。變坡測量流程如下。

（1）現(xiàn)場標(biāo)定激光指向點L1、L2、L3，測量得到標(biāo)高G1、G2、G3和距離D12、D13。

（2）根據(jù)變坡測量前激光距巷道頂?shù)装寰嚯x，標(biāo)定迎頭設(shè)計頂板位置，并測量該點標(biāo)高Gy及激光指向儀L1至該點的距離D1y。

（3）計算變坡后激光安裝參數(shù)y、z及迎頭激光控頂距k。

y=x+G2-G1-D12×tanα

z=x+G3-G1-D13×tanα

k=x+Gy-G1-D1y×tanα

（4）根據(jù)x、y、z、k參數(shù)及現(xiàn)場實際，調(diào)整激光安裝參數(shù)，確保激光正常使用。

（5）升井后及時將激光安裝參數(shù)報送地測部。

（6）地測部根據(jù)施工區(qū)隊提供的激光參數(shù)，繪制巷道底板坡度圖，作為后期巷道驗收、腰線標(biāo)定的依據(jù)。

技術(shù)管理要點：一是變坡測量應(yīng)實測變坡點巷道頂板標(biāo)高和激光點標(biāo)高，作為計算巷道實際施工坡度和變坡后激光控制迎頭頂?shù)装寰嚯x的依據(jù)。二是激光參數(shù)計算公式中巷道坡度α可正可負(fù)，變坡后上山掘進(jìn)時α為正值，變坡后下山掘進(jìn)時α為負(fù)值。三是變坡測量完成后應(yīng)現(xiàn)場標(biāo)定巷道變坡點位置，將巷道腰線延伸至變坡位置。

5 測量設(shè)備管理

5.1 測量設(shè)備定期校驗

建立測量設(shè)備校驗臺賬，根據(jù)測量設(shè)備規(guī)定校驗周期開展儀器校驗工作，發(fā)現(xiàn)問題及時進(jìn)行維修和保養(yǎng)，確保測量設(shè)備工況良好。礦井全站儀使用頻次相對較高，受井下作業(yè)環(huán)境影響，出現(xiàn)問題難以做到早發(fā)現(xiàn)早處理，不利于礦井正常測量作業(yè)。為了及時發(fā)現(xiàn)全站儀問題，提高測量工作質(zhì)量，可建設(shè)全站儀校驗場，通過定期校驗儀器，客觀反映儀器精度，預(yù)防測量事故的發(fā)生。同時，定期對測量設(shè)備配件進(jìn)行檢查調(diào)校，確保正常使用。

5.2 測量設(shè)備規(guī)范管理

建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化測量設(shè)備存放室，將測量設(shè)備分類編碼管理，做到一設(shè)備一臺賬，詳細(xì)記錄設(shè)備技術(shù)參數(shù)及使用、校驗、維修、保養(yǎng)情況，實現(xiàn)全生命周期管理。

6 礦山測量技術(shù)發(fā)展前景展望

未來，隨著慣導(dǎo)系統(tǒng)、室內(nèi)定位技術(shù)[5]、5G通信技術(shù)、Lidar（激光雷法）技術(shù)在礦山井下的推廣使用，礦山測量技術(shù)必將隨之發(fā)生翻天覆地的變化，井下測量工作的開展必將越來越方便、快捷、高效。主要體現(xiàn)在以下兩個方面。

（1）巷道掘進(jìn)系統(tǒng)自帶定位導(dǎo)航功能，可實現(xiàn)一次定位，持續(xù)導(dǎo)航，自動糾偏，保證巷道中腰線準(zhǔn)確無誤。

（2）采礦系統(tǒng)自帶定位導(dǎo)航功能，可實現(xiàn)記憶切割，接入回采區(qū)段三維地質(zhì)模型后，可自主規(guī)劃采礦路線，實現(xiàn)智能化采礦作業(yè)[6]。

7 結(jié)語

文章結(jié)合新形勢下礦山生產(chǎn)實際，從地面控制測量、井下控制測量、井下貫通測量、日常中腰線管理、測量設(shè)備管理5個方面系統(tǒng)總結(jié)了礦山測量技術(shù)管理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和技術(shù)要點，對礦山測量技術(shù)發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望，對做好礦山測量技術(shù)管理工作具有一定的指導(dǎo)意義和參考價值。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]張國良，朱家鈺，顧和和.礦山測量學(xué)[M].第2版.徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2008：215-231.

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[3]馮聰聰.新形勢下的礦山測量技術(shù)管理研究[J].技術(shù)與市場，2014，21（3）：120-122.

[4]許建忠，黃后貴.淺談貫通測量的幾點體會[J].礦山測量，2002（4）：16-17.

[5]饒文利.室內(nèi)三維定位分類、方法、技術(shù)綜述[J].測繪與空間地理信息，2021，44（3）：164-169.

[6]王峰.基于透明工作面的智能化開采概念、實現(xiàn)路徑及關(guān)鍵技術(shù)[J].工礦自動化，2020，46（5）：39-42，53.