矿山井下巷道贯通测量精度分析及技术方法的探讨

白利军

（榆林神华能源有限责任公司，陕西 榆林 719000）

在大型矿山井下生产作业中，巷道贯通测量工作是井下生产安全和作业效率的基本保障，对测量精度要求较高。但是在实际测量过程中，容易产生误差累积，导致最终的测量结果出现较大偏差。为了确保井下巷道贯通测量的精确度，必须对测量结果进行分析，并采取有效的方法降低误差。此外，采用先进的贯通测量方法也可以提高贯通测量精度，为矿山井下生产的经济效益和生产安全提供保障。

1 矿山井下巷道工程概述

某大型矿山井下工程为提高井下生产效率，确保生产接替流畅，对纵向一翼开拓二水平运输大巷，主要向中部和北部两个分段进行开拓，其中，中部分段为副立井到北二斜井，贯通距离为6284m，北部分段是从北二斜井到北三斜井，贯通距离为3086m。贯通总进尺为9370m，整个过程质量和精度较高，贯通测量设置一个地面小三角网，其中包括11个控制点，地面测量水准为2500m，井下导线长10020m，共包含98个控制点，测量水准为7320m。井下共有4条陀螺边[1]，属于特大井下巷道贯通工程。

2 贯通测量精度分析

2.1 各分段巷道贯通精度分析

2.1.1 中部分段贯通测量精度分析

在上述矿山井下巷道贯通工程中，中部贯通分段是从副立井到北二斜井之间的区域，贯通测量前首先对测量误差进行预计，比较集中测量方案，考虑该分段的实际施工情况，最终采用立井钢丝定向投点的测量方式和高程传递方式，井下设置陀螺边，在平巷和斜井处设置钢尺量边和测距导线，对巷道测量误差进行控制。在设置导线的边长时，根据实际施工需要，每500m长边设置一道80m～100m短边，将陀螺边设在距离贯通点1/3处。采用该贯通测量方案，中部分段的测量误差预计为水平方向388mm，高程160mm。经贯通施工后，实际水平误差为115mm，高程误差113mm[2]。

2.1.2 北部分段贯通测量精度分析

在对北部分段的测量误差进行预计时，由于该分段是两个斜井之间的部分，因此采用2斜井红外测距导线控制方案，根据测距的三角高程设置标高，平巷测量为一等水准。在该方案下，水平方向的预计误差为296mm，高程误差预计为188mm。经过贯通施工后，实际水平误差为14mm，高程误差12mm，各分段贯通施工的贯通处闭合情况如表1所示[3]。

2.2 贯通测量误差分析

该矿山井下巷道贯通工程的中部分段是一个典型贯通工程，采用地面连接测量和立井定向、导入标高测量、导入斜井测量等方法，在井下使用测距导线和钢尺量边导向，加测陀螺定向边。在该部分巷道贯通施工结束后，对各个测量过程的误差进行分析，包括地面连接误差和定向误差，以及井下的导线测量误差等，并根据预计误差中各项误差所占的比例，参考其他井下巷道贯通资料，确定地面连接误差与定向误差及井下导线测量误差的比例关系为1：3：4。根据这一比例关系，分别得出各项测量误差占总误差的比例，即地面连接误差占1/8、定向测量误差占3/8、井下导线测量误差占4/8[4]。

在实际贯通测量过程中，水平方向误差为115mm，其中，地面导线测量误差为14mm，定向误差为43mm，井下导线测量误差为58mm。占据最大比例的井下导线误差又可分为量边误差和测角误差两个部分。在中段巷道贯通施工中，井下导线多数采用直伸导线，测距边精度较高，因此，井下导线误差主要是测角产生的误差。将矿井下测角误差近似等于58mm，这58mm的误差主要来源于对中误差和测角方法引起的误差。

在该工程中，采用T2经纬仪测回法进行测角，读数误差约为0.75″。由于实际井下观测作业难度较大，难以做到精确瞄准，因此实际瞄准误差较大，一般为估计值的2倍左右，这里取值5″。则测角方法引起的误差约为3.6″。由于井下导线平均长度为150mm，可以计算出对中误差是0.7mm。在贯通施工结束后，对实际中线误差进行统计，讲下导线测量误差实际数值与观测数值基本相符。

表1 各分段贯通误差和闭合情况

2.3 提高贯通测量精度的措施

为提高矿山井下贯通测量精度，首先应建立地面专用控制网，弥补采空区上部地面控制网不可靠的问题。在上述工程实际施工中，为确保工程适量，对地面控制网进行重新布置，在矿井北部设置小三角控制网，包含11个控制点，单位权重误差可以控制为20″，最弱点的点位误差可以控制为21mm，最弱边的相对误差为1/61500。在中部设置测距闭合导线，近井点横向点位误差为12.1mm，纵向点位误差为15.9mm，高程误差为10.0mm。通过上述设定，可以消除地面控制网的不确定性，确保贯通测量精度。在此地面控制网的应用下，预计地面连接误差为65mm，而3项误差分析结果仅为14mm，精度提升作用较为明显。

在对导线误差进行处理时，由于该工程的导线测量总工作量非常大，工设置有90个测量点，为提高测量精度，需要从以下几方面着手：①根据工程要求，严格执行测量方案，在测量过程中组织好各项工作，测量人员密切配合；②使用三脚架进行观测和瞄准，降低瞄准误差；③对中误差要严格控制在1mm以内，水平气泡的偏斜不能超过半格；④发挥测距仪的优势，减少测量站点，延长边长，每隔500m长边设置一组80m～100m的短边。此外，在误差预计时，比如测角误差7″，对中误差不超过1.5mm，则井下导线预计误差为174mm。通过对三项误差占总误差的比例分析可以得出，矿井下导线测角误差为58mm，与实际观测值要求一致。通过采取上述处理措施，可以有效提高贯通测量精度。

与该矿山工程类似的大型巷道贯通工程，要根据投影带位置和控制网布置情况，综合考虑矿山地质与井下的高差等问题，将井下导线的边长归化到投影水准面上。由于归化后投影边长会发生改变，如果未对精细导线边长进行处理，就会导致上下长度不一致，从而导致两矿井间的贯通施工出现较大偏差。

应分别计算归化到投影水准面和高斯投影面的改正数，进而计算出贯通导线综合改正数。在上述工程中，中部分段的改正数为310mm，北部分段的改正数为440mm，总数为750mm。从改正数的数值可以看出，改正对贯通施工的影响不容忽视，在贯通测量计算中，必须加入改正项[5]。

3 矿山井下巷道贯通测量技术方法探究

3.1 贯通测量勘查技术的应用

从上述对矿山井下巷道贯通测量精度的分析可以看出，贯通测量精度受多方面因素影响，需要采用先进的测量技术方法，为测量精度提供保障。而且巷道贯通测量对整个井下作业影响重大，必须确保其测量精度符合要求。从以往的贯通测量实践中可以总结出，巷道贯通测量应满足以下几方面测量要求：①测量精度应为贯通施工提供保障，根据实际施工情况，合理调整测量技术方案，分配测量资源；②在选择贯通测量方法时，应注意传统技术与新技术的结合使用，全方位控制测量准确度；③在人员素质方面，要聘请专业测量人员，避免人为误差对测量结果产生影响；④完成贯通测量后，要合理安排抽查工作，确保抽查工作量符合要求，抽查结果能够反映出测量数据的精确度。

基于上述几点测量要求，在矿山井下巷道测量工作中，首先使用贯通测量勘查技术，明确具体勘查内容，对测量技术方案进行总体规划，确保测量方法的可行性。在巷道测量勘查工作中，高程测量是重点和难点工作之一，由于井下高程测量通视条件差，在许多情况下测量位置要设置在顶板出，并对水准尺进行倒立放置。采用这种测量方法，获取读数后，要将负值代入计算公式中。在高程水准支线测量中，要采用双向测量方法，并控制好测量误差，可以通过以下公式计算误差，即h=1′·sinα+i-v。式中的h为高差，i和v是双向测量数据，α为偏角。

3.2 陀螺定向技术的应用

采用陀螺定向技术进行矿井下巷道贯通测量，由于该技术不受矿井深度影响，因此在测量精度具有一定优势。陀螺定向测量技术特别适用于贯通导线较长的测量项目，可以通过转化复合导线测量，规避终点测量误差。目前该技术已经在矿井下巷道贯通测量中得到较为广泛的应用。陀螺定向技术的应用主要分为四个方面。

（1）深井定向测量，在深度较大的大型矿井中，采用传统测量技术会受井深以及测量环境温度的影响，采用陀螺测量技术则不用考虑环境影响问题，可以在深井中确保贯通测量结果的可靠性，从而为矿下作业安全提供保障。

（2）控制井下平面，在进行巷道挖掘过程中，需要保持井下平面的稳固性，利用陀螺定向技术的陀螺仪控制井下平面，与导线指示向结合，可以确保巷道掘进方向和掘进长度的准确性。在传统井下巷道挖掘工作中，采用单支导线测量容易出现误差，现利用陀螺定向技术可以解决这一问题，对单支导线测量误差进行有效控制。

（3）井筒安装，在矿井下巷道作业中，可以使用陀螺仪辅助井筒安装，快速测定井下几点，帮助工作人员掌握井底情况，应用陀螺定向测量技术可以确保井筒安装位置准确。

（4）在巷道验收检查中的应用，利用陀螺仪检验巷道导线是否存在曲线，确定巷道方位角，为巷道施工设计调整提供支持。

3.3 中腰线一体测量技术的应用

在矿井下施工作业过程中，面临着多种多样的安全问题，特别是存在急倾斜的巷道施工，通风和运输等都容易受到干扰。急倾斜巷道由于坡度的特殊性，与其他巷道施工相比难度更高，为确保巷道贯通测量精度和施工质量，需要采用中腰线一体测量技术，对巷道贯通进行准确的放线定位，并辅助贯通测量确定井筒仓位置。中腰线一体测量技术的应用可以提高井下作业安全性和贯通测量的科学性。

3.4 新贯通测量技术的应用

随着科学技术和矿产开采技术的快速发展，新的贯通测量技术不断涌现，在矿井下巷道测量工作中积极引入新的技术方法，可以提高测量精度和测量效率，解决井下测量通视条件较差等问题。目前在井下巷道测量中使用较多的新技术包括：

（1）全站仪测量技术，以功能强大的全站仪为基础，发挥三维测量优势，提高巷道测量控制能力。全站仪测量技术的应用可以实现对巷道贯通测量误差的精准控制，辅助工作人员找出贯通测量误差的产生原因，并对其误差属性进行区分。而且全站仪测量技术自动化程度较高，可以有效避免人为干扰，自动将测量数据采集、传输到计算机中。

（2）全球定位技术，目前全球定位技术在井下巷道贯通测量中的应用主要集中在构建控制网方面，通过对井下巷道贯通的全方位监控，及时发现隐藏风险，并对其进行精准定位，提高井下巷道贯通施工的安全性。

（3）三维激光技术，三维激光技术与全球定位技术等先进技术的综合使用，可以有效扩大井下贯通测量的范围和精度，目前在预计测量中应用较多，可以整合新技术、新设备的优势，实现巷道贯通细化测量，为测量精度提供保障。

4 结语

综上所述，矿井下巷道贯通测量受多方面因素影响，对巷道管道贯通测量精度进行分析，找出误差类型和误差产生原因，可以为实际施工测量提供借鉴，做到对测量误差的有效控制。根据井下巷道贯通测量的实际需要，综合采用陀螺定向技术、中腰线一体测量技术以及全站仪测量技术、全球定位测量技术等先进技术，可以有效提升巷道贯通测量的精确度。