全站仪在巷道贯通测量中的应用研究

孟凡超

（辽源职业技术学院，吉林 辽源 136201）

矿山生产中的巷道贯通工作具有极强的技术性，而贯通测量的精度直接影响巷道贯通质量[1]。贯通测量的工作范围既包括地表部分，又包括井下部分。测量的结果不但对矿山的日常生产有着重要影响，而且是安全生产决策的重要信息依据，直接关系到矿山运行的安全性。因此，矿山从建设开始到生产运行、日常管理再到最终形成企业利润，都受到贯通工程的直接或者间接的影响。可见，贯通工程的每一个环节和程序对矿山而言都十分重要。然而当测量地点位于井下时，测量人员和设备要面对恶劣的环境，传统的测量作业主要是采用光学经纬仪测角、钢尺测边等手段，无法确保测量精度，同时需要测量人员付出很大的工作量。现代化的矿山测量手段已经在电子技术、通信技术、光机技术等高科技快速发展的带动下悄然发生改变，电子全站仪快捷化、高精化、自动化、全面化的产品特性非常适合于测量人员在恶劣环境下进行数据采集录入工作，并且在恰当的接口作用下，数据一经获取立即转入计算机展开处理或者自动化绘图[2]。因此，在今后的井下巷道测量工作中，大量使用电子全站仪必然是行业发展趋势，就这个方面进行应用分析和研究就显得十分必要。

1 全站仪井下贯通测量方法

1.1 贯通测量简介

为了避免给施工人员的身体健康带来危害，巷道掘进作业对巷道内通风距离有一定的要求，因此要科学合理地提升掘进效率，通常会按照计划在不同地点对同一巷道进行多工作面分段掘进。为保障该过程中整体计划能够实现精确化的控制和推进，必须要展开大量的前期测量，即贯通测量。贯通测量在时间上贯穿了巷道掘进以及掘进完成后的各个阶段，从而保障了巷道掘进可以准确地依照计划完成。测量中必然会有误差问题的干扰，也就是多个掘进工作面在地表和地下控制测量和联系测量形成的误差影响下会产生贯通误差。从空间方向上来看，纵向（沿着巷道中心线）误差、横向（水平面垂直于巷道中心线）误差、竖向（高程）误差是最为常见的3种误差，而后两者的存在会给巷道工作带来很大的困扰，因此行业内把横向误差和竖向误差叫做贯通重要方向的误差[3]。

1.2 贯通测量的基本方法和保障措施

1.2.1 贯通测量的基本方法

贯通测量的基本方法是首先确定贯通巷道两端导线点的平面坐标和高程；然后通过数学方法计算得到巷道中线的坐标方位角和巷道腰线的坡度，并确保这两项数据与原设计匹配，差值符合精度要求，同时，计算出巷道两端点处的指向角；最后综合以上各项信息和指标在巷道两端分别标定巷道中线和腰线，指示巷道按照设计的同一方向和同一坡度分头掘进，直至贯通相遇点处相互正确衔接[4]。

1.2.2 贯通测量的保障措施

1）工作中的全站仪及钢尺应通过严格的检测方可投入测量，以确保测角和测距的精准。

2）测角准确是掘进工作顺利推进的重要保证，而巷道通风会干扰角度测量，因此需要使用点下对中器进行对中，同时应当注意水准管偏离不可高于1格，否则过大的误差会严重干扰结果的精确性。

3）在测量工作推进过程中，应当保证观测人员的数量，杜绝一人连续两次负责测量，以免形成较大的人为误差。

4）由于围岩过大的应力容易对点位形成较大干扰，因此应利用人工构筑物确定点位，以保证测量时点位的稳固性[5]。

5）保证巷道掘进和测量结果的正确性是一项复杂而又精细化的工作，除了操作时要做到认真仔细之外，还要进行必要的复测复算。通过制度化的技术管理，结合平差、短边增加测回数等技术方法，实现井下巷道贯通测量的精确要求。

6）得到测量结果后，应立即展开必要的精度分析，通过和预期精度标准进行误差对照，确保每一个程序的精度都符合或者高于标准[6]。一旦精度分析找到差错，应当进行全面评估，发现严重问题时应当立刻组织重测。

2 工程施测实例

2.1 工程概况

本文以XX煤矿XXX07回顺-切眼-XXX07运顺贯通测量为例，XXX07回顺长为2 931 m，XXX07运顺长为2 218 m，切眼（净煤柱宽）为301 m（两侧顺槽中线间距为306．4 m），贯通闭合导线全长为3 946 m；施工方式为连采掘进。

2.2 施测方案

按照《煤矿测量规程》和综采工作面平、断面设计图的要求，利用已有的井下控制点，使用测角精度为±2″，测距标称精度为±（2 mm+2×10-6×D）的GPT-4002LN型全站仪进行测量；布设±7″级闭合导线；贯通点水平方向限差为±0．3 m，高程方向限差为±0．2 m。

2.2.1 水平角观测作业要求

观测水平角时，边长小于15 m，必须进行3次对中整平，同时进行3个测回观测；边长在15m到30m之间，必须进行2次对中整平，同时进行2个测回观测；边长大于30 m，必须做到1次对中整平和2个测回观测。要求测回间互差小于±9″，2C值小于±14″。进行观测时，照准部的水准气泡偏离范围不可超过1格。

2.2.2 竖直角观测作业要求

井下巷道贯通高程测量采用三角高程法作业，竖直角观测2测回，测回间竖直角互差应该不超过±15″；采用中丝法对向观测方式观测竖直角，相邻两点间往返测高差的互差不应该超出±（10 mm+0．3 mm×L）（其中L为导线边长，单位为m），测量结果取其平均值。仪器高和觇标高应用钢尺在施测前后分别量取，当前后互差不超过±3 mm时，取其平均值作为最终结果[7]。

2.2.3 距离测量作业要求

边长可通过全站仪的测距功能测量，在进行边长测量时可采用正倒镜各测4次，4次读数互差应不超过±3 mm，取其平均值作为最终结果。

2.2.4 导线测量观测限差要求

沿顺槽敷设±7″支导线，同时该导线可作为延伸偏中线的控制导线；巷道每延伸300～500 m时必须延长一次导线；利用联巷，在支导线长度为800～1 000 m时将相邻顺槽支导线闭合，以作检核。方位角闭合差不应超出（n为导线的总站数）；高程闭合差不应超出（mm）；导线全长相对闭合差不应超出1/8 000。

2.3 贯通误差预计

由于XXX07回顺-切眼-XXX07运顺贯通测量沿煤层底板进行掘进，因此平面贯通测量的误差分析就足够。经上述分析，该工程误差基本是在导线测角以及量边时形成的。

2.3.1 水平方向上的误差预计

测角误差引起K点在X'轴上的误差为

式中：Mxkβ为导线测角误差引起K点在X'轴上的误差；mβ为井下导线的测角中误差；ρ为每一弧度所对应的秒值，即206 265″；Ry为K点与各导线点连线在y轴上的投影长。

光电测距时，量边误差引起K点在X'轴上的误差为

式中：Mxl为量边误差引起K点在X'轴上的误差；ml为导线点之间的距离；α为导线各边与X'轴之间的夹角；ml2cos2α为各导线两边误差引起K点在X'轴上的偏差平方之和。

K点在X'方向上的预计中误差为

2.3.2 竖直方向上的误差预计

由于巷道沿煤层底板掘进，高程误差都控制在0．2 m以内，不会超限，故不作高程误差预计。

2.3.3 综合误差

为了检核，井下导线独立施测2次，因此2次测量平均值的中误差为

那么贯通相遇点K在水平重要方向上的预计误差为

通过计算可知，预计误差在容许误差的范围内，可以确定测量方案和方法是可行的。

3 测量精度的影响因素

因为测量精度对工作环境有一定要求，因此进行井下测量时误差是很难完全避免的。

1）全站仪测距时发出的激光信号受磁场影响，其波长、频率等发生变化后，特别是定位附近有高压开关等电气设备时，测距误差更加显著。

2）若测量作业的巷道内扬尘较多、空气湿度大，则极易造成测量人员的视觉误差，同时导致测角和测距等测量数据误差较大。

3）当测量工作量较大时，必须及时对使用频繁的仪器进行校验，否则盘左盘右读取数据时会出现误差，且有超过理论极限差的可能。

4）测量时应当尽可能选择坡度较缓的工作面，以避免产生长短边而使坐标值出现偏差。

4 结束语

贯通测量实例证明，与经纬仪测量夹角配合钢尺测距的传统测量方法相比，全站仪测量方法可以在很大程度上避免人为估读产生的误差，极大地提高测角和测距的精度，并为双向掘进快速施工提供了重要的技术支持。