大型矿山贯通测量技术控制研究.pdf
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1、1主机;2供电指示盒;3联接电缆;4三脚架图 1HGK15 全自动陀螺经纬仪示意图大型矿山贯通测量技术控制研究王辰(山西西山矿业管理有限公司,山西太原030053)摘要:为了解决斜沟矿倾斜巷道贯通难度大、精度底的问题,提出基于陀螺定向、三角高程测量技术的一种巷道贯通方法。通过采用前后视三角高程测量方法,可有效消除全站仪测距的固定误差。同时,解决了全站仪仪器高的量取误差对结果的影响,较好地实现倾斜巷道联系测量,解决了倾斜巷道贯通精度不高的问题,可为矿井高效开采提供一定的参考。关键词:倾斜巷道;三角高程;陀螺定向;巷道贯通中图分类号:TD175文献标识码:A文章编号:1672-1152(2023)
2、09-0199-020引言我国煤炭资源储量丰富,但整体覆存不均,主要集中于内蒙古、山西和陕西等地,在矿井开采过程中,地质测量是必不可少的环节。根据设计,两条巷道掘进到指定地点接通,我们称之为巷道贯通。在巷道贯通时,大型巷道具有一定的难度,巷道的贯通可靠性及精度与矿山生产建设、经济效益有着密不可分的关系。在较长距离巷道贯通时,多采用多井口掘进,从而出现了井间或井田内的长距离贯通测量,这种测量主要是为了提高矿山的贯通速度,缩短贯通周期。矿山掘进时,需要测量人员有一定的专业技术水平,确保掘进工作面按设计掘进,偏差不超过规范要求,避免后续对开采带来影响1-4。在巷道贯通过程中,由于矿山内部地形、煤层地
3、质结构等因素的影响,贯通工作存在一定的难度。同时,由于我国很多巷道设计成倾斜巷道,其贯通难度不言而喻5-7。本文针对倾斜巷道贯通难度大的问题,利用陀螺定向、三角高程测量手段,实现倾斜巷道联系测量,解决了倾斜巷道贯通精度不高的问题。1巷道贯通测量方法高精度巷道贯通对于矿山安全、加快生产进等至关重要。一般来说,巷道的贯通测量主要包括高程测量和平面导线测量两个部分的工作。其中,平面导线测量大多采用全站仪,在平缓地段采用四等水准测量,而在倾斜地段则采用三角高程测量。在三角高程测量过程中发现,全站仪的垂直角测量误差、仪器高量取误差和测距误差等会对高差测量产生较大的影响,因此,采用前后视三角高程测量法,从
4、而解决或者消除全站仪三角高程测量的误差,大幅提高巷道贯通精度。陀螺定向技术原理是利用陀螺仪角运动特质形成的一种技术,具有测量精度高,环境适应能力强的特点,可改善井下测量精度。受成本及操作人员专业水平的限制,目前,陀螺定向技术应用不太广泛。陀螺经纬仪是主要的陀螺定向仪器设备,其内部主要由陀螺仪和经纬仪两部分组成,陀螺经纬仪测量精度高、操作简单,在巷道贯通测量中十分重要的作用。在井下长距离巷道测量中,增加一条陀螺定向边,可以大幅提高井下导线测量稳定性。本文选用 HGK15 全自动陀螺经纬仪,如图 1 所示。陀螺经纬仪结构为下挂式,寻北工作方式采用积分法测量,其初始架设角度范围为30,定向精度优于
5、15(1滓),观测时间一次不小于 10 min。内部采用液体阻尼法,能够较大幅度消除陀螺章动效应,降低风振、振动等不利因素,提高巷道导线定向测量结果的可靠性。井下三角高程测量与井上不同,所以无法适用。为了降低高量取误差,解决巷道顶部控制点到全站仪距离测量精度的误差,提出前后视三角高程的测量方法,前后视三角高程测量原理如图 2 所示,其中:A 点为全站仪安置点,B 点为待测点,C 点为已知后视点。前后视三角高程测量工作原理:在已知点 A 下方布设全站仪,从而得出测量仪器高程 i,然后通过在后视点 C 下方架设觇标,从而得到觇标高 h0,然后再在前视点 B 下方架设觇标,得出觇标高 h1。通过全站
6、仪可以测得垂直角 琢 和倾斜距离 d,可得出 AC 和 AB收稿日期:2022-10-08作者简介:王辰(1988),男,本科,毕业于山西大同大学工程地质勘查专业,工程师,主要从事煤矿测量工作。总第 212 期2023 年第 9 期山西冶金Shanxi MetallurgyTotal 212No.9,2023DOI:10.16525/14-1167/tf.2023.09.0771234技术应用山西冶金E-mail:第 46 卷图 2前后视三角高程测量原理图两点间的高差为:hAB=hAC+(d1sin琢1-d0sin琢0)+(h1-h0).结合以上分析,以某矿二号井运输巷道为研究背景,利用陀螺定
7、向仪为工具,研究巷道贯通技术,从而确定前后视三角高程测量方法的可行性。煤矿地理坐标是东经 11219011122514,北纬392807392807。测区属于温带寒冷半干旱气候区,年平均气温一般为 3.67.3 左右。矿区地质构造较为复杂,对倾斜巷道贯通测量需要的精度较高。目前,高程基准控制成果很大程度衰减,安全生产隐患较大,需要改善井下的控制测量成果的精度。根据需要解决的问题,开展了基于陀螺定向提高井下导线控制精度研究。除了使用陀螺定向技术外,同时采用前后视三角高程测量方法、地面控制点粗差探测方法,进一步提升巷道贯通测量的精度。具体流程如图 3 所示。2验证研究在进行实际作业时,对地面控制网
8、进行仪器常数标定。采用加测 6 条陀螺定向边来有效提升陀螺定向边施测的可靠性及有效性。值得注意的是,在加测陀螺定向边前,需要确定控制网最弱边的位置。采用相关软件对仪器测得的导线网数据进行处理,最终计算出控制网方位角的误差,得出最弱边的位置。结合项目实际地质情况和相关理论进行分析,本次量测将加测陀螺边的数目同比增加至 8 条。通过采用上述导线增强法,在没有降低导线测角的精度及不调整控制网导线布设形式的基础上,较好地削弱了测角误差对导线点位测量精度的影响,解决了方向误差的累积,确保了矿井井下控制网测量的精度。在完成陀螺定向后,对陀螺导线网进行平差。在进行平差计算时,将陀螺边误差设定为 2.72,全
9、站仪测边误差设定为2 mm2 滋m。在采用前后视三角高程测量、陀螺定向后,对井下导线平差结果进行分析,主要采用以下方案进行验证:1)全站仪水准仪。2)全站仪水准仪前后视三角高程测量3)全站仪水准仪前后视三角高程测量陀螺仪定向。采用全站仪水准仪的贯通方案,贯通点超出限差。当增加前后视三角高程测量法后,高程的贯通精度从方案 1 的 0.323 m 提高到 0.150 m,精度显著提升,此时平面贯通精度变化不明显。采用方案 3 后,平面贯通精度从 0.4 m 提高到 0.3 m,此时精度能够满足规范要求,该方案可行。3结语本文提出一种基于陀螺定向、三角高程测量技术的巷道贯通方法,通过采用前后视三角高
10、程测量方法,有效消除全站仪测距的固定误差,将高程的贯通精度从 0.323 m 提高到 0.150 m,平面贯通精度从 0.4 m 提高到 0.3 m,有效提升了高程、平面位置的精度,较好地实现了倾斜巷道联系测量,解决了倾斜巷道贯通精度不高的问题,可为矿井高效开采提供一定的参考。参考文献1魏建军.长距离掘进巷道贯通通风系统调整技术研究J.矿业装备,2022(3):87-89.2杨琛,赵玉桃,李强,等.厚煤层沿空巷道贯通阶段冲击地压防控技术J.陕西煤炭,2022,41(2):58-62.3燚张,刘明轩,徐健凯,等.超大型贯通测量人为干预的实践J.陕西煤炭,2022,41(1):118-120.4周
11、慧.综合陀螺定向与三角高程技术在倾斜巷道贯通测量应用研究J.山西冶金,2021,44(4):166-167.5王俊福,王昭.全站仪在矿井巷道贯通测量中应用实践J.当代化工研究,2021(13):100-101.6赵海.提高煤矿井下巷道贯通测量精度技术研究J.当代化工研究,2021(9):91-92.7代佳东.测绘新技术在煤矿巷道贯通测量中的应用研究J.采矿技术,2021,21(2):183-185.(编辑:郭萍茹)(下转第 234 页)图 3巷道贯通测量流程图巷道顶巷道顶铅锤觇标铅锤CBhAChABh0h1觇标巷道底巷道底巷道顶铅锤巷道底d0d1琢1A琢0图解成果井下巷道定向导线加强项目收集分
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