長(zhǎng)距離高落差貫通在安居煤礦中的應(yīng)用

1、長(zhǎng)距離高落差貫通在安居煤礦中的應(yīng)用貫通測(cè)量，尤其是大型巷道貫通測(cè)量是礦山測(cè)量工作的一項(xiàng)重要工作，貫通工程質(zhì)量的好壞，直接關(guān)系到整個(gè)礦井的建設(shè)、生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益，為了加快礦井的建設(shè)速度、縮短建井周期、保證正常的生產(chǎn)接替和提高礦井產(chǎn)量，經(jīng)常采用多頭掘進(jìn)，這樣就會(huì)出現(xiàn)井田的長(zhǎng)距離巷道貫通測(cè)量，所以貫通測(cè)量就成為了礦井生產(chǎn)中必不可少的一項(xiàng)工作。近50年來，隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、光機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)的發(fā)展，測(cè)繪儀器制造也得到了長(zhǎng)足進(jìn)展，其高科技產(chǎn)品代表之一就是電子全站儀。全站儀是當(dāng)前比較流行，也比較實(shí)用的測(cè)繪儀器。應(yīng)用全站儀與傳統(tǒng)的科技手段和地質(zhì)勘探技術(shù)理論相結(jié)合，在礦山勘探、設(shè)計(jì)、開發(fā)和生產(chǎn)運(yùn)營的各個(gè)

2、階段，對(duì)礦區(qū)地面和地下的空間、資源和環(huán)境信息進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、處理、顯示、利用，將極大地提高資源勘探的效率，降低成本，減少人力物力，使礦區(qū)開采更加有效地進(jìn)行。國際上礦山測(cè)量?jī)x器正向著多功能、小型化、數(shù)字化和全自動(dòng)化方向發(fā)展。井巷貫通一般分為一井內(nèi)巷道貫通、兩井之間的巷道貫通和立井貫通3種類型。凡是由一條導(dǎo)線起算邊開始，能夠敷設(shè)井下導(dǎo)線到達(dá)貫通巷道兩端的，均屬于一井內(nèi)的巷道貫通。兩井間的巷道貫通，是指在巷道貫通前不能由一條起算邊向貫通巷道的兩端敷設(shè)井下導(dǎo)線，而只能由兩個(gè)井口，通過地面聯(lián)測(cè)、聯(lián)系測(cè)量，再布設(shè)井下導(dǎo)線到待貫通巷道兩端的貫通。立井貫通主要包括從地面及井下開鑿的立井貫通和延深立井時(shí)的貫通。

3、貫通巷道接合處的偏差值，可能發(fā)生在3個(gè)方向上：水平面內(nèi)沿巷道中線方向上的長(zhǎng)度偏差。水平面內(nèi)垂直于巷道中線的左、右偏差。豎直面內(nèi)垂直于巷道腰線的上、下偏差。以上三種偏差中，第一種偏差只對(duì)貫通在距離上有影響，對(duì)巷道質(zhì)量沒有影響；后兩種偏差和對(duì)于巷道質(zhì)量有直接影響，所以又稱為貫通重要方向的偏差。井巷貫通的允許偏差值，主要根據(jù)工程的需要，按井巷的種類、用途、施工方法及測(cè)量工作所能達(dá)到的精度確定。在一般情況下可以采用如下數(shù)值：平巷或斜巷貫通時(shí)，平巷或斜巷貫通式，中線間的允許偏差可采用0.3-0.5m，腰線間的允許偏差值可采用0.2m。安居煤礦礦井建設(shè)二期中經(jīng)常出現(xiàn)落差大，遠(yuǎn)距離的貫通，貫通路線上彎道多，

4、施工進(jìn)度快，導(dǎo)線邊短。貫通難度大，為此，測(cè)量組人員通過調(diào)查研究，運(yùn)用新型測(cè)量方法，提高貫通精度，節(jié)省人力物力。為實(shí)現(xiàn)礦井早日聯(lián)合試生產(chǎn)打下基礎(chǔ)，施工過程中膠帶機(jī)頭聯(lián)絡(luò)巷和膠帶大巷落差均大于30米，距離超過千米，施工路線上彎道多，地質(zhì)條件復(fù)雜，為順利實(shí)現(xiàn)貫通，在測(cè)量過程中采用了同端點(diǎn)雙路線復(fù)測(cè)彎道、強(qiáng)制對(duì)中設(shè)站測(cè)量、延伸三角形法的測(cè)量、三角高程聯(lián)合高程傳遞、儀器無對(duì)中作業(yè)等測(cè)量方法，實(shí)現(xiàn)了巷道的順利貫通。1、貫通測(cè)量誤差預(yù)計(jì)井巷貫通工程的質(zhì)量對(duì)礦井建設(shè)和生產(chǎn)有重大影響，因此必須按規(guī)程規(guī)定，認(rèn)真進(jìn)行設(shè)計(jì)和精心組織工程施工與地面導(dǎo)線測(cè)量相比，地下工程中的地下導(dǎo)線測(cè)量具有以下特點(diǎn)：（1）.由于受巷道的

5、限制，其形狀通常形成延伸狀。地下導(dǎo)線不能一次布設(shè)完成，而是隨著巷道的開挖而逐漸向前延伸。（2）.導(dǎo)線點(diǎn)有時(shí)設(shè)于巷道頂板，需采用點(diǎn)下對(duì)中。（3）.巷道的開挖，先敷設(shè)邊長(zhǎng)較短、精度較低的施工導(dǎo)線，指示巷道的掘進(jìn)，而后敷設(shè)高等級(jí)導(dǎo)線對(duì)低等級(jí)導(dǎo)線進(jìn)行檢查校正。（4）.地下工作環(huán)境較差，對(duì)導(dǎo)線測(cè)量干擾較大。井下平面控制測(cè)量實(shí)際上就是導(dǎo)線測(cè)量。布設(shè)井下控制測(cè)量導(dǎo)線，一般根據(jù)成巷條件，沿礦井的主要巷道布設(shè)成閉合或附合導(dǎo)線。在布設(shè)導(dǎo)線時(shí)，不可避免要遇到彎道曲線段，而通過曲線段，只能布設(shè)短邊導(dǎo)線，并且在通過短邊時(shí)，會(huì)出現(xiàn)長(zhǎng)、短邊交替的情況。本文通過對(duì)井下導(dǎo)線測(cè)角誤差來源進(jìn)行分析、比較，得出在井下導(dǎo)線測(cè)量時(shí)，因短

6、邊測(cè)量時(shí)的儀器對(duì)中誤差引起的測(cè)角誤差和在長(zhǎng)短邊交替時(shí)產(chǎn)生的調(diào)焦鏡運(yùn)行差，是影響井下等級(jí)導(dǎo)線的精度的主要因素。提出采用延伸三角形法進(jìn)行短邊測(cè)量，以消除對(duì)中誤差對(duì)測(cè)角誤差的影響及調(diào)焦鏡運(yùn)行誤差的影響，從而提高導(dǎo)線精度，并使導(dǎo)線測(cè)角誤差在整個(gè)導(dǎo)線上均勻分布。通過平差能夠合理消除不符值，防止因強(qiáng)制改正使導(dǎo)線成果產(chǎn)生扭曲。1井下測(cè)角誤差井下測(cè)角誤差，按其來源主要分為：第一類是由于采用的儀器不完善而產(chǎn)生的儀器誤差；第二類是由于瞄準(zhǔn)和讀數(shù)不精確所引起的測(cè)角方法誤差，以及由于覘標(biāo)和儀器的中心與測(cè)站中心沒有在同一鉛錘線上所產(chǎn)生的覘標(biāo)和儀器的對(duì)中誤差，及前后視邊長(zhǎng)變化產(chǎn)生調(diào)焦鏡運(yùn)行誤差，即作業(yè)方法誤差；第三類是由

7、于外界條件的變化因素引起的誤差。對(duì)于第一類、第三類誤差，有關(guān)文獻(xiàn)資料已有。11作業(yè)方法誤差111測(cè)角方法誤差理想狀態(tài)下，按儀器的標(biāo)稱精度，用DJ2級(jí)儀器與DJ6級(jí)儀器以一測(cè)回觀測(cè)一測(cè)線方向值的中誤差分別為2秒和6秒，則一測(cè)回觀測(cè)角度的中誤差分別為士28秒和85秒。112調(diào)焦鏡運(yùn)行差由于前后視邊長(zhǎng)變化，為了照準(zhǔn)目標(biāo)，望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦鏡要沿視線方向前后移動(dòng)。如果調(diào)焦鏡在移動(dòng)過程中，因某種原因不能成為一條沿光軸的直線，而變?yōu)橐粭l曲線或斜線，則調(diào)焦鏡的光心就將偏離視準(zhǔn)軸。這時(shí)，視準(zhǔn)軸就會(huì)被偏離的調(diào)焦透鏡所曲折，按照這條被曲折了的光線去瞄準(zhǔn)目標(biāo)，肯定會(huì)偏離原來正確的位置，或者說，這樣測(cè)出的方向肯定存在誤差。如

8、果調(diào)焦筒在移動(dòng)過程中產(chǎn)生左右偏離，將帶來水平方向的誤差，如果上下偏離，就將帶來豎直方向上的誤差。根據(jù)在實(shí)際作業(yè)當(dāng)中統(tǒng)計(jì)，這種誤差是相當(dāng)可觀的，有時(shí)嚴(yán)重到能使觀測(cè)人員無法得出應(yīng)有精度的測(cè)量成果。直接表現(xiàn)為：作業(yè)時(shí)同一測(cè)回半測(cè)回互差或2C值互差出現(xiàn)異常波動(dòng)。根據(jù)理論計(jì)算，當(dāng)調(diào)焦鏡在移動(dòng)中只要存在001mm偏離，就會(huì)產(chǎn)生42秒的方向誤差，這個(gè)數(shù)字對(duì)精密測(cè)角儀器來講是不可忽視的。在實(shí)際作業(yè)時(shí)，該項(xiàng)誤差的大小無法直接檢查，亦無法估計(jì)，使測(cè)角精度在此迅速下降。為了減小該項(xiàng)誤差，在規(guī)范當(dāng)中對(duì)此進(jìn)行了條件限定： “觀測(cè)開始前，應(yīng)根據(jù)觀測(cè)目標(biāo)調(diào)整好望遠(yuǎn)鏡焦距，在一測(cè)回內(nèi)要保持不變”；導(dǎo)線點(diǎn)的設(shè)置應(yīng)“相鄰點(diǎn)通視良

9、好，點(diǎn)間距宜大致相等”。(1)對(duì)中誤差，覘標(biāo)對(duì)中誤差覘標(biāo)中心與測(cè)點(diǎn)標(biāo)志中心不在同一鉛錘線上所引起的測(cè)角誤差，稱為覘標(biāo)對(duì)中誤差，其大小為： (1)式中： 對(duì)中線量誤差；：常數(shù)206265；a：測(cè)線邊長(zhǎng)。式中表明：覘標(biāo)對(duì)中誤差m的大小與對(duì)中線量誤差e成正比，與測(cè)線邊長(zhǎng)a成反比，與角大小無關(guān)。(2)儀器對(duì)中誤差，由于儀器中心沒有精確地安置在測(cè)站中心所引起的測(cè)角誤差，稱儀器對(duì)中誤差，其值為： (2)式中：儀器對(duì)中線量誤差；a、b；所測(cè)角兩邊邊長(zhǎng)；c：兩覘標(biāo)之間的長(zhǎng)度。由式(2)可知：儀器對(duì)中誤差與線量對(duì)中誤差成正比，與所測(cè)角的兩邊邊長(zhǎng)a、b成反比；并與所測(cè)角大小有關(guān)，當(dāng)所測(cè)角為180。時(shí)最大。(3)總

10、對(duì)中誤差因前視A、后視B的覘標(biāo)對(duì)中誤差、及儀器的對(duì)中誤差均系獨(dú)立的偶然誤差，故其總對(duì)中誤差為： (3)在井下測(cè)角時(shí)，前后視覘標(biāo)及儀器對(duì)中方法相同，故可??；前后視邊長(zhǎng)大致相等a=b，前后視覘標(biāo)對(duì)中誤差均為。井下觀測(cè)角一般接近180。，儀器對(duì)中誤差，則總對(duì)中誤差： (4)井下測(cè)角總誤差及測(cè)角引起導(dǎo)線終點(diǎn)位置橫向誤差井下測(cè)角誤差估算公式：； (5)當(dāng)導(dǎo)線成為直伸型時(shí)，測(cè)角誤差只引起導(dǎo)線終點(diǎn)的橫向誤差： (6)式中L：導(dǎo)線總長(zhǎng)；n：導(dǎo)線邊個(gè)數(shù)。將式(4)、(5)和L=na代入式(6)，則： (7)式(7)表明了各個(gè)直接觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)導(dǎo)線終點(diǎn)位置橫向誤差的影響程度。要減少終點(diǎn)的橫向誤差，就必須減少對(duì)點(diǎn)誤差，

11、減少測(cè)角方法誤差和加大邊長(zhǎng)，以減少測(cè)點(diǎn)數(shù)目。12誤差分析從誤差影響大小、減少誤差的可能性和手段方法為出發(fā)點(diǎn)，重點(diǎn)分析影響測(cè)量精度的覘標(biāo)對(duì)中誤差和儀器對(duì)中誤差。121對(duì)中誤差與總誤差的比較對(duì)中誤差取，儀器誤差和測(cè)角方法引起的測(cè)角中誤差對(duì)DJ2級(jí)取28秒，計(jì)算在一次對(duì)中、一測(cè)回時(shí)不同邊長(zhǎng)條件下的對(duì)中誤差和測(cè)角中誤差：A=20m，=125秒，=128秒A=30m，=8.3秒， =88秒A=40m，=6.2秒， =68秒A=50m，=5.0秒， =5.7秒A=60m，=4.2秒， =5.0秒122儀器對(duì)中誤差與覘標(biāo)對(duì)中誤差對(duì)測(cè)角影響的大小比較比較總對(duì)中誤差、儀器對(duì)中誤差：和覘標(biāo)對(duì)中誤差之和，有：， (

12、8)上述表明：儀器的對(duì)中誤差是影響總對(duì)中誤差大小的關(guān)鍵，也是井下測(cè)角誤差的主要來源。在作業(yè)時(shí)，要減少短邊測(cè)量時(shí)對(duì)中誤差，特別是儀器對(duì)中誤差。為此，國家相關(guān)規(guī)范對(duì)此做了嚴(yán)格的規(guī)定。井下導(dǎo)線水平角觀測(cè)的技術(shù)要求中，1O秒級(jí)、2O秒級(jí)和4O秒級(jí)導(dǎo)線儀器對(duì)中誤差分別為06mm、10mm和12mm；在導(dǎo)線的短邊端點(diǎn)上測(cè)角時(shí)，儀器和短邊方向上的覘標(biāo)要精確對(duì)中，觀測(cè)前要對(duì)垂球和儀器對(duì)點(diǎn)標(biāo)記進(jìn)行檢查和校正。1O秒級(jí)導(dǎo)線遇有20m以下短邊和2O秒級(jí)導(dǎo)線遇有15m以下短邊時(shí)，必須采取精密對(duì)中措施，保證對(duì)中線量偏差在04mm以內(nèi)”。2、對(duì)現(xiàn)有測(cè)量減少誤差辦法的評(píng)述從上文分析可知，由于井下測(cè)角存在誤差，為了減少測(cè)角誤

13、差的影響，在測(cè)量時(shí)采取多種措施對(duì)測(cè)角誤差加以限制，對(duì)現(xiàn)有測(cè)量減少誤差辦法的評(píng)述如下：21規(guī)范的要求規(guī)定，對(duì)不同等級(jí)導(dǎo)線、采用不同的儀器作業(yè)時(shí)，針對(duì)邊長(zhǎng)變化采取增加測(cè)回?cái)?shù)、增加對(duì)中次數(shù)來減少誤差。由于一次對(duì)中完成后，對(duì)中的線量偏差是固定的，規(guī)范要求遇到短邊時(shí)，對(duì)中線量偏差在04mm以內(nèi)，在現(xiàn)場(chǎng)無法直接檢查。有限的兩次以上對(duì)中觀測(cè)取平均值，不能確保觀測(cè)誤差減少，既有減小誤差值的可能，也有增大誤差值的可能，即所謂不能保證最好的結(jié)果出現(xiàn)，但可防止最壞的情況發(fā)生。22測(cè)量方法在傳統(tǒng)的測(cè)量作業(yè)中，為了避免調(diào)焦運(yùn)行差的影響，當(dāng)遇到短邊時(shí)，由長(zhǎng)邊向短邊過渡，一般采取加測(cè)點(diǎn)的辦法，使前后視距大致相等；由短邊向長(zhǎng)

14、邊過渡時(shí)，采取逐漸增加邊長(zhǎng)的辦法。采取該法是為了避免在長(zhǎng)短邊上較大的調(diào)焦運(yùn)行差的產(chǎn)生，但由于增加了測(cè)站數(shù)，反而使導(dǎo)線精度下降。在測(cè)量作業(yè)時(shí)，也從測(cè)量方法進(jìn)行了改進(jìn)嘗試，如采用長(zhǎng)短邊導(dǎo)線法減少測(cè)站數(shù)，以提高導(dǎo)線測(cè)角精度；采用“三架法”，減少對(duì)中誤差提高導(dǎo)線測(cè)角精度等。但大都因?yàn)樵黾油鈽I(yè)工作量、內(nèi)業(yè)計(jì)算量或增加勞動(dòng)強(qiáng)度等而很少使用。3對(duì)井下導(dǎo)線簡(jiǎn)易平差分析在井下平面控制網(wǎng)布設(shè)時(shí)，一般要求布設(shè)為閉合導(dǎo)線或附和導(dǎo)線。由于測(cè)角誤差的存在會(huì)產(chǎn)生角度閉合差，閉合差的大小反映了測(cè)角質(zhì)量的高低。在不超過規(guī)定限差的前提下，可以通過平差來判定觀測(cè)的精度和消除不符值。對(duì)于井下導(dǎo)線平差而言，由于測(cè)角和量邊的權(quán)難于恰當(dāng)?shù)?/p>

15、選定，而使平差結(jié)果失去嚴(yán)密性，因而多采用簡(jiǎn)易平差法。井下閉合或附和導(dǎo)線閉合差，是整個(gè)導(dǎo)線角度的正向偏差和負(fù)向偏差抵消后計(jì)算的。導(dǎo)線井下導(dǎo)線簡(jiǎn)易平差法在分配角度閉合差時(shí)，全部角閉合差平均分配給各角度測(cè)量值上，平均分配、強(qiáng)制改正后，滿足了數(shù)據(jù)在表面上的吻合，而實(shí)際上使導(dǎo)線點(diǎn)之間方向產(chǎn)生扭曲，依照邊長(zhǎng)按比例分配閉合差對(duì)坐標(biāo)增量進(jìn)行改正，最終使導(dǎo)線點(diǎn)位發(fā)生無規(guī)律位移，平差反而歪曲了原始數(shù)據(jù)的可靠性。造成上述原因的根本，還是每個(gè)點(diǎn)上測(cè)角誤差值大小不均衡產(chǎn)生的結(jié)果。分析可知，短邊導(dǎo)線的測(cè)角誤差是影響導(dǎo)線測(cè)量精度的關(guān)鍵，而引起測(cè)角誤差較大的主要原因是，對(duì)點(diǎn)誤差和長(zhǎng)短邊過渡時(shí)的調(diào)焦運(yùn)行差。4延伸三角形短邊導(dǎo)線

16、測(cè)量法在井下導(dǎo)線測(cè)量中，目前已廣泛利用全站儀進(jìn)行測(cè)量作業(yè)，為減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、提高工作效率、提高測(cè)量精度提供了保證。針對(duì)短邊導(dǎo)線測(cè)量中出現(xiàn)精度下降的問題，本文提出采用延伸三角形法，來提高作業(yè)精度的方法。4延伸三角形法的測(cè)量原理當(dāng)需要進(jìn)行短邊測(cè)量時(shí)，如圖l所示，選取適當(dāng)位置C、C為連接點(diǎn)，形成以c為共用邊的三角形ABC和ABC。在C、C架設(shè)儀器，觀測(cè)DCA、 DCB，實(shí)測(cè)邊長(zhǎng)a、b、a、b，則可利用解三角形的方法求解出角、 、及C邊邊長(zhǎng)，進(jìn)而解出邊C的方位角和點(diǎn)A、B的坐標(biāo)。圖 141作業(yè)要求(1)點(diǎn)C、C要盡可能選在在A、B延長(zhǎng)線上，角度、 不應(yīng)大于2度，構(gòu)成連接三角形，稱之為延伸三角形。(2)選

17、擇點(diǎn)C、C應(yīng)適當(dāng)靠近最近垂球線，使邊ac、bc之值小于15。42測(cè)量計(jì)算(1)在三角形ABC和ACB中，用余弦公式分別計(jì)算c邊的值，比較校核。(2)利用正弦公式解算角、 、，并用三角形內(nèi)角和進(jìn)行校核。(3)按照以下路線推算CD方位角：(CD)=(D C)+ DCA-+BCD4180度43精度分析431 、的角度誤差及三角形最有利形狀角的計(jì)算用正弦公式轉(zhuǎn)換成誤差形式：簡(jiǎn)化后： (9)對(duì)同樣可得： (10) 在此情 況下，邊長(zhǎng)觀測(cè)誤差對(duì)、影響最小即 (11)所以，三角形最有利形狀為銳角不大于2度3度的延伸三角形。432連接角誤差的影響如圖2所示，分析測(cè)定中角的對(duì)中誤差對(duì)AB邊的方位角的影響。在C點(diǎn)

18、測(cè)定連接角，可分為設(shè)固定點(diǎn)和不設(shè)固定點(diǎn)兩種情況。(1)設(shè)固定點(diǎn)在設(shè)固定點(diǎn)的前提下，假設(shè)儀器對(duì)中有線量偏差而對(duì)中在點(diǎn)上，則連接邊就成了。在觀測(cè)時(shí)，三角形各測(cè)量值都是根據(jù)儀器中心示意圖測(cè)得的，所以儀器在C點(diǎn)的對(duì)中誤差對(duì)三角形解算沒有影響，只對(duì)AB方位角有影響；A、B點(diǎn)的覘標(biāo)對(duì)中誤差對(duì)方位角和坐標(biāo)傳遞無誤差影響，僅對(duì)點(diǎn)A、B本身有影響。當(dāng)在C點(diǎn)無對(duì)中誤差時(shí)， (12)當(dāng)在C點(diǎn)有對(duì)中誤差時(shí) (13)由此引起的(AB)方位角偏差為 (14)從圖2可知： (15)為C點(diǎn)對(duì)中時(shí)誤差的一個(gè)隨機(jī)值，在e不變時(shí)，對(duì)中在以為圓心、以為半徑的圓周任意點(diǎn)上。因此，它的中誤差就相當(dāng)于由C點(diǎn)的覘標(biāo)對(duì)中誤差引起的D點(diǎn)的測(cè)角誤差： (16) 考慮D點(diǎn)的覘標(biāo)對(duì)中誤差： (17) 當(dāng)，則有 (18)比較可知，在設(shè)固定點(diǎn)的情況下，有利三角形法的儀器對(duì)中誤差僅為普通測(cè)量法的二分之一，即50，總對(duì)中誤差為普通測(cè)量法的，即577。(2)不設(shè)固定點(diǎn)不設(shè)固定點(diǎn)時(shí)，=0，無儀器對(duì)中誤差影響，只有D點(diǎn)的覘標(biāo)對(duì)中誤差誤差，則，總對(duì)中誤差僅為普通測(cè)量法的，即408比較可知，采用有利三角形法能夠有效降低短邊測(cè)量時(shí)的對(duì)中誤差433方位角推