韓鑫儒，張 燚

(陜西有色榆林煤業(yè)有限公司，陜西 榆林 719099)

0 引言

煤礦井下的各種測量工作都是直接為采煤服務(wù)的[1]。測量人員在進行某項測量工作以前，必須依據(jù)該項工程的性質(zhì)確定合理的容許偏差，據(jù)此來確定測量工作的精度要求，即精度標(biāo)準(zhǔn)。各項測量精度標(biāo)準(zhǔn)主要是根據(jù)采礦工程對測量工作的要求，它具體體現(xiàn)在生產(chǎn)限差上，即采礦工程竣工時與其設(shè)計規(guī)格間的最大允許偏差[2-3]。合理確定精度標(biāo)準(zhǔn)的理論值對采礦生產(chǎn)和測量工作本身無疑是非常重要的。隨著煤炭工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，新技術(shù)、新設(shè)備和新工藝在采煤工業(yè)生產(chǎn)建設(shè)中的推廣使用，對測量工作也提出了更高的要求[4-6]。在煤礦測量工作中，目前不少礦區(qū)都相繼采用了陀螺定向，全站儀測角測邊，微機計算、管理、制圖等[7-9]。這些先進的儀器、設(shè)備和軟件技術(shù)的應(yīng)用，不僅促進了煤礦測量科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，完善了測量工作質(zhì)量管理體系，也改變了某些測量方法和工作程序[10-12]。

杭來灣煤礦工業(yè)場地位于井田東北角，礦井采用斜井開拓，現(xiàn)有301、302這2個盤區(qū)。2個盤區(qū)各布置了膠、輔回3條大巷，井田東西長度約為11.7 km，南北長度約為7.8 km，永久大巷巷道全長18 km，井下支導(dǎo)線最遠(yuǎn)點距離為18.4 km。在制定礦井主要測量工作的必要精度時，需充分利用現(xiàn)有的先進技術(shù)和設(shè)備，在滿足必要精度的前提下，盡量采用省時方便，對施工生產(chǎn)影響小的測量方案。

1 測量工作必要精度的確定依據(jù)

1.1 測量工作的精度標(biāo)準(zhǔn)

測量工作的精度標(biāo)準(zhǔn)主要是根據(jù)采礦工程對測量工作的要求，但是也應(yīng)考慮礦井現(xiàn)有的測量儀器設(shè)備和技術(shù)水平等條件。采礦工程對測量工作的要求，體現(xiàn)在生產(chǎn)限差上，也就是實際采煤工程與它的設(shè)計規(guī)定的最大容許偏差。由于測量工作的誤差，會使實際采煤工程與它的設(shè)計產(chǎn)生一定的偏差，但是這種偏差不會影響采煤工作正常進行。采煤工程對測量工作的要求，一般利用大巷平差過的導(dǎo)線數(shù)據(jù)來解決工程問題，還必須進行測量設(shè)計，重新進行測量。

鑒于以上原因，以井下導(dǎo)線最弱點(一般為支導(dǎo)線最遠(yuǎn)點)的位置誤差能滿足采煤工程的要求為原則確定工程礦井測量的精度要求。受井下巷道的限制，平面控制只能采用敷設(shè)導(dǎo)線的形式。杭來灣礦井經(jīng)緯儀導(dǎo)線是由工業(yè)廣場井口開始，隨著巷道向井田邊界掘進而逐段測設(shè)的支導(dǎo)線，加之定向誤差的影響，致使導(dǎo)線點的精度隨著距井筒距離的增加而逐漸降低。所以規(guī)定一般工程測量精度標(biāo)準(zhǔn)時，應(yīng)以井下導(dǎo)線最弱點的位置誤差能滿足采礦工程的要求為原則，解決一般采礦工程所提出的問題。

1.2 必要精度的確定依據(jù)

1.2.1 編制開采計劃及礦井地質(zhì)確定的依據(jù)

在采礦過程中，經(jīng)常要根據(jù)礦圖來編制采掘計劃，檢查生產(chǎn)指標(biāo)完成情況，設(shè)計巷道、推斷地質(zhì)構(gòu)造，出水地點、尋找斷層丟失翼。由于原有勘探資料不足，地質(zhì)描繪點的數(shù)量比較少，因而對礦圖的精度要求不高。故導(dǎo)線點的一般誤差在5 m左右即可。

1.2.2 保證安全生產(chǎn)方面確定的依據(jù)

首先必須保證由礦圖上確定的工作面位置的誤差不超過保安煤柱的設(shè)計邊界。同時還應(yīng)保證兩相鄰礦井間邊界煤柱設(shè)計尺寸的正確性。其次，在向瓦斯和煤突出的巷道掘進時，應(yīng)保證能滿足保安規(guī)程規(guī)定的超前探鉆距離的要求。上述各項對礦圖的精度要求，一般為3.5 m左右。

1.2.3 產(chǎn)量計算方面確定的依據(jù)

產(chǎn)量、儲量及損失量都是根據(jù)礦圖量的面積計算的。為滿足計算產(chǎn)量等所必須的礦圖精度，一般不大于3 m。但應(yīng)該看到，這方面對礦圖的精度要求相對的說只決定局部地區(qū)圖紙上的允許點位誤差，而與導(dǎo)線最遠(yuǎn)點位無關(guān)。

1.2.4 地面某一點向開采水平打孔時確定的依據(jù)

有時由于要為井下送電纜、滅火、抽瓦斯及防水等所打的鉆孔。這種鉆孔一般是向開采水平的大巷或壁龕的中心線鉆進的。很明顯，當(dāng)鉆孔偏離巷道中心線不超過半個巷道的寬度即2.5 m時，便能滿足要求。因此，2.5 m這種鉆孔的允許偏差，亦即產(chǎn)生限差。由地面標(biāo)定鉆孔位置時，先在礦圖上量取巷道中線上的鉆孔孔口到最近的導(dǎo)線點的距離，根據(jù)巷道中線的方向和該導(dǎo)線點坐標(biāo)算出鉆孔的坐標(biāo)。然后反算出孔口到地面最近控制點的距離及方位角，便可以根據(jù)該控制點將鉆孔標(biāo)設(shè)在實地上。顯然，鉆孔達到開采水平的位置誤差，除了井上下位置誤差外，還包括了鉆孔彎曲的誤差。由地面向開采水平打鉆的深度，按照杭來灣煤礦井打鉆的深度為240 m左右，誤差為0.3 m。根據(jù)經(jīng)驗在最不利的情況下標(biāo)定鉆孔的位置誤差，對定向基點來說不會超過0.4 m。因此，井下導(dǎo)線最遠(yuǎn)點對定向基點的允許位置偏差應(yīng)為M允=±(2.5-0.3-0.4)=±1.8 m。因此，測量生產(chǎn)限差中的最小值±1.8 m可作為杭來灣煤礦井下工程測量工作的必要精度。

1.2.5 工程測量必要精度確定依據(jù)

由于杭來灣礦井的所有綜采工作面長度都在4 000～6 000 m及以上，為不影響巷道工程的質(zhì)量和綜采支架安裝，平面位置要求偏差M允≤0.4 m。因此杭來灣礦井綜采工作面順槽貫通屬特殊工程測量，取測量生產(chǎn)限差中的最小值±0.4 m，來作為杭來灣煤礦井下特殊工程測量工作的必要精度。

2 提高礦井測量精度方法與應(yīng)用

2.1 提高礦井測量精度的方法

在礦井導(dǎo)線測量中，由于設(shè)計、環(huán)境、人為因素影響較大，想要達到預(yù)期的測量精度是有很大困難的。因此，需要采取一些測量技術(shù)措施進行調(diào)整，方法主要有以下幾種。

2.1.1 增加測回數(shù)

井下支導(dǎo)線一般均復(fù)測二次，而且大部分往測和返測時測點位置不變，取平均值作為角值。因此，若理想角值的誤差是±3.13″，則一次測角中誤差為±4.42″。按照杭來灣煤礦現(xiàn)有的儀器和井下的施測條件，這個精度要求不易達到，因此也不宜采用增加測角次數(shù)的方法來提高測角精度。

2.1.2 放大導(dǎo)線邊長

井下觀測條件允許時，盡量將邊長加長，杭來灣煤礦條件好時，平均邊長可達到200 m左右。這時邊長誤差為0.029 m，測角中誤差為Mβ=±3.61″。考慮到導(dǎo)線以相同測點復(fù)測2次，則一次測角中誤差可達±5.1″，精度有所提高，但收效甚微。

2.1.3 加測陀螺定向邊

陀螺定向邊在礦井測量中應(yīng)用最為廣泛，效果最為顯著。在相同條件下，加測陀螺定向邊，可以大幅度提高測角精度，以達到我們的理想角值。顯而易見，在眾多的方法中，加測陀螺定向邊，無疑是礦井測量最有效、最直觀的方法。

2.2 杭來灣煤礦工程測量實踐

在杭來灣煤礦井下導(dǎo)線的實際測量中，因巷道距離長，有時還會出現(xiàn)單巷掘進。在大量實際測量經(jīng)驗判斷下，最理想的方法是每隔1 500～2 000 m時加測一條陀螺定向邊，加測陀螺邊也成為杭來灣煤礦的核心礦測手段。

2.2.1 礦井測量參數(shù)確定

取n=123，用HGG-05陀螺經(jīng)緯儀的標(biāo)稱精度mT=±5″。按照《測量規(guī)程》規(guī)定一次定向測定儀器常數(shù)，在地面已知點觀測儀器常數(shù)的測回數(shù)nΔ=4。井下定向邊陀螺方位角觀測測回數(shù)n下=2，則一次定向中誤差為

(1)

式中，mα0，mα平為次定向中誤差，″；m為陀螺經(jīng)緯儀的標(biāo)稱精度，″；n為井下定向邊陀螺方位角觀測測回數(shù)；nΔ為觀測儀器常數(shù)的測回數(shù)。

測量容許誤差中，包括了導(dǎo)線測量容許差及碎部測量容許差。其中碎部測量的極限誤差不會大于5 cm。因此，得井下導(dǎo)線測量誤差引起的導(dǎo)線中誤差MD為

(2)

式中，MD為導(dǎo)線中誤差，m；M允為導(dǎo)線測量的容許差，m。

某工作面巷道總長L=6 000 m，導(dǎo)線點平均邊長為150 m，共有n=40條邊。采用全站儀測距的方法，所用全站儀的標(biāo)稱精度為3 mm+3×10-6×D，則由量邊誤差引起的中誤差ML為

(3)

式中，ML為量邊誤差所引起的中誤差，m；n為導(dǎo)線邊數(shù)。

測角誤差所引起的導(dǎo)線中誤差Mβ為

(4)

式中，Mβ為導(dǎo)線終點位置中誤差，m；ML為量邊誤差引起的中誤差，m；MD為導(dǎo)線中誤差，m。

求得測角中誤差為

(5)

式中，mβ為測角中誤差，″；L為導(dǎo)線總長，m；ρ為弧度約等于206 265″。

2.2.2 每隔2 km加測一條堅強陀螺定向邊

3個分段的附合導(dǎo)線，取N=3，則由定向引起的誤差為

(6)

式中，M0為定向引起的誤差，m；mα0為次定向中誤差，″；Mβ為測角中誤差，″；L為導(dǎo)線總長，m。

由導(dǎo)線測角引起的誤差為

(7)

式中，M允為測量的容許誤差，M允=±0.4m；M碎為測量的容許誤差，M碎=±0.05 m；ML為量邊誤差引起的中誤差，ML=±0．019 m；M0為定向引起的誤差，M0=±0.066 m。

取n=13；N=3，算得測角中誤差為

(8)

式中，mβ為測角中誤差，″；Mβ為導(dǎo)線終點位置中誤差，m；L為導(dǎo)線總長，m；ρ為弧度約等于206 265″。

(9)

式中，mβ為測角中誤差，″；mα0為次定向中誤差，″；n為導(dǎo)線點個數(shù),取13；L為導(dǎo)線總長，m；ρ為弧度約等于206 265″。

算得測角、量邊引起的誤差為

=0.145 m

(10)

導(dǎo)線貫通點K的總誤差為

(11)

式中，Mk為導(dǎo)線貫通點K的總誤差，m；MD為導(dǎo)線中誤差，m；Mβ為導(dǎo)線終點位置中誤差，m；M0為定向引起的誤差，M0=±0.066 m；M碎為測量的容許誤差，M碎=±0.05 m；煤礦規(guī)定容許差M允≤±0.4 m，MK≥M允/2?？梢钥闯?，實測誤差完全符合規(guī)范要求。

3 結(jié)論

當(dāng)井下支導(dǎo)線最遠(yuǎn)點距離超過18.4 km時，礦井一般采礦工程測量測角中誤差可允許達到42.9″，礦井特殊采礦工程測量測角中誤差可允許達到13.4″，符合要求。此時，陀螺儀分階段測設(shè)高精度陀螺定向堅強邊的方式進行導(dǎo)線測量均可滿足煤礦測量一般工程1.8 m和特殊工程0.4 m的限差也同時滿足要求，并且陀螺定向中誤差指標(biāo)在所有誤差指標(biāo)當(dāng)中權(quán)重最大，所以陀螺定向中誤差指標(biāo)是井下測量必要精度指標(biāo)之一。