长距离高落差贯通在安居煤矿中的应用

1、长距离高落差贯通在安居煤矿中的应用贯通测量，尤其是大型巷道贯通测量是矿山测量工作的一项重要工作，贯通工程质量的好坏，直接关系到整个矿井的建设、生产和经济效益，为了加快矿井的建设速度、缩短建井周期、保证正常的生产接替和提高矿井产量，经常采用多头掘进，这样就会出现井田的长距离巷道贯通测量，所以贯通测量就成为了矿井生产中必不可少的一项工作。近50年来，随着电子技术、计算机技术、光机技术和通讯技术的发展，测绘仪器制造也得到了长足进展，其高科技产品代表之一就是电子全站仪。全站仪是当前比较流行，也比较实用的测绘仪器。应用全站仪与传统的科技手段和地质勘探技术理论相结合，在矿山勘探、设计、开发和生产运营的各个

2、阶段，对矿区地面和地下的空间、资源和环境信息进行采集、存储、处理、显示、利用，将极大地提高资源勘探的效率，降低成本，减少人力物力，使矿区开采更加有效地进行。国际上矿山测量仪器正向着多功能、小型化、数字化和全自动化方向发展。井巷贯通一般分为一井内巷道贯通、两井之间的巷道贯通和立井贯通3种类型。凡是由一条导线起算边开始，能够敷设井下导线到达贯通巷道两端的，均属于一井内的巷道贯通。两井间的巷道贯通，是指在巷道贯通前不能由一条起算边向贯通巷道的两端敷设井下导线，而只能由两个井口，通过地面联测、联系测量，再布设井下导线到待贯通巷道两端的贯通。立井贯通主要包括从地面及井下开凿的立井贯通和延深立井时的贯通。

3、贯通巷道接合处的偏差值，可能发生在3个方向上：水平面内沿巷道中线方向上的长度偏差。水平面内垂直于巷道中线的左、右偏差。竖直面内垂直于巷道腰线的上、下偏差。以上三种偏差中，第一种偏差只对贯通在距离上有影响，对巷道质量没有影响；后两种偏差和对于巷道质量有直接影响，所以又称为贯通重要方向的偏差。井巷贯通的允许偏差值，主要根据工程的需要，按井巷的种类、用途、施工方法及测量工作所能达到的精度确定。在一般情况下可以采用如下数值：平巷或斜巷贯通时，平巷或斜巷贯通式，中线间的允许偏差可采用0.3-0.5m，腰线间的允许偏差值可采用0.2m。安居煤矿矿井建设二期中经常出现落差大，远距离的贯通，贯通路线上弯道多，

4、施工进度快，导线边短。贯通难度大，为此，测量组人员通过调查研究，运用新型测量方法，提高贯通精度，节省人力物力。为实现矿井早日联合试生产打下基础，施工过程中胶带机头联络巷和胶带大巷落差均大于30米，距离超过千米，施工路线上弯道多，地质条件复杂，为顺利实现贯通，在测量过程中采用了同端点双路线复测弯道、强制对中设站测量、延伸三角形法的测量、三角高程联合高程传递、仪器无对中作业等测量方法，实现了巷道的顺利贯通。1、贯通测量误差预计井巷贯通工程的质量对矿井建设和生产有重大影响，因此必须按规程规定，认真进行设计和精心组织工程施工与地面导线测量相比，地下工程中的地下导线测量具有以下特点：（1）.由于受巷道的

5、限制，其形状通常形成延伸状。地下导线不能一次布设完成，而是随着巷道的开挖而逐渐向前延伸。（2）.导线点有时设于巷道顶板，需采用点下对中。（3）.巷道的开挖，先敷设边长较短、精度较低的施工导线，指示巷道的掘进，而后敷设高等级导线对低等级导线进行检查校正。（4）.地下工作环境较差，对导线测量干扰较大。井下平面控制测量实际上就是导线测量。布设井下控制测量导线，一般根据成巷条件，沿矿井的主要巷道布设成闭合或附合导线。在布设导线时，不可避免要遇到弯道曲线段，而通过曲线段，只能布设短边导线，并且在通过短边时，会出现长、短边交替的情况。本文通过对井下导线测角误差来源进行分析、比较，得出在井下导线测量时，因短

6、边测量时的仪器对中误差引起的测角误差和在长短边交替时产生的调焦镜运行差，是影响井下等级导线的精度的主要因素。提出采用延伸三角形法进行短边测量，以消除对中误差对测角误差的影响及调焦镜运行误差的影响，从而提高导线精度，并使导线测角误差在整个导线上均匀分布。通过平差能够合理消除不符值，防止因强制改正使导线成果产生扭曲。1井下测角误差井下测角误差，按其来源主要分为：第一类是由于采用的仪器不完善而产生的仪器误差；第二类是由于瞄准和读数不精确所引起的测角方法误差，以及由于觇标和仪器的中心与测站中心没有在同一铅锤线上所产生的觇标和仪器的对中误差，及前后视边长变化产生调焦镜运行误差，即作业方法误差；第三类是由

7、于外界条件的变化因素引起的误差。对于第一类、第三类误差，有关文献资料已有。11作业方法误差111测角方法误差理想状态下，按仪器的标称精度，用DJ2级仪器与DJ6级仪器以一测回观测一测线方向值的中误差分别为2秒和6秒，则一测回观测角度的中误差分别为士28秒和85秒。112调焦镜运行差由于前后视边长变化，为了照准目标，望远镜调焦镜要沿视线方向前后移动。如果调焦镜在移动过程中，因某种原因不能成为一条沿光轴的直线，而变为一条曲线或斜线，则调焦镜的光心就将偏离视准轴。这时，视准轴就会被偏离的调焦透镜所曲折，按照这条被曲折了的光线去瞄准目标，肯定会偏离原来正确的位置，或者说，这样测出的方向肯定存在误差。如

8、果调焦筒在移动过程中产生左右偏离，将带来水平方向的误差，如果上下偏离，就将带来竖直方向上的误差。根据在实际作业当中统计，这种误差是相当可观的，有时严重到能使观测人员无法得出应有精度的测量成果。直接表现为：作业时同一测回半测回互差或2C值互差出现异常波动。根据理论计算，当调焦镜在移动中只要存在001mm偏离，就会产生42秒的方向误差，这个数字对精密测角仪器来讲是不可忽视的。在实际作业时，该项误差的大小无法直接检查，亦无法估计，使测角精度在此迅速下降。为了减小该项误差，在规范当中对此进行了条件限定： “观测开始前，应根据观测目标调整好望远镜焦距，在一测回内要保持不变”；导线点的设置应“相邻点通视良

9、好，点间距宜大致相等”。(1)对中误差，觇标对中误差觇标中心与测点标志中心不在同一铅锤线上所引起的测角误差，称为觇标对中误差，其大小为： (1)式中： 对中线量误差；：常数206265；a：测线边长。式中表明：觇标对中误差m的大小与对中线量误差e成正比，与测线边长a成反比，与角大小无关。(2)仪器对中误差，由于仪器中心没有精确地安置在测站中心所引起的测角误差，称仪器对中误差，其值为： (2)式中：仪器对中线量误差；a、b；所测角两边边长；c：两觇标之间的长度。由式(2)可知：仪器对中误差与线量对中误差成正比，与所测角的两边边长a、b成反比；并与所测角大小有关，当所测角为180。时最大。(3)总

10、对中误差因前视A、后视B的觇标对中误差、及仪器的对中误差均系独立的偶然误差，故其总对中误差为： (3)在井下测角时，前后视觇标及仪器对中方法相同，故可取；前后视边长大致相等a=b，前后视觇标对中误差均为。井下观测角一般接近180。，仪器对中误差，则总对中误差： (4)井下测角总误差及测角引起导线终点位置横向误差井下测角误差估算公式：； (5)当导线成为直伸型时，测角误差只引起导线终点的横向误差： (6)式中L：导线总长；n：导线边个数。将式(4)、(5)和L=na代入式(6)，则： (7)式(7)表明了各个直接观测数据对导线终点位置横向误差的影响程度。要减少终点的横向误差，就必须减少对点误差，

11、减少测角方法误差和加大边长，以减少测点数目。12误差分析从误差影响大小、减少误差的可能性和手段方法为出发点，重点分析影响测量精度的觇标对中误差和仪器对中误差。121对中误差与总误差的比较对中误差取，仪器误差和测角方法引起的测角中误差对DJ2级取28秒，计算在一次对中、一测回时不同边长条件下的对中误差和测角中误差：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仪器对中误差与觇标对中误差对测角影响的大小比较比较总对中误差、仪器对中误差：和觇标对中误差之和，有：， (

12、8)上述表明：仪器的对中误差是影响总对中误差大小的关键，也是井下测角误差的主要来源。在作业时，要减少短边测量时对中误差，特别是仪器对中误差。为此，国家相关规范对此做了严格的规定。井下导线水平角观测的技术要求中，1O秒级、2O秒级和4O秒级导线仪器对中误差分别为06mm、10mm和12mm；在导线的短边端点上测角时，仪器和短边方向上的觇标要精确对中，观测前要对垂球和仪器对点标记进行检查和校正。1O秒级导线遇有20m以下短边和2O秒级导线遇有15m以下短边时，必须采取精密对中措施，保证对中线量偏差在04mm以内”。2、对现有测量减少误差办法的评述从上文分析可知，由于井下测角存在误差，为了减少测角误

13、差的影响，在测量时采取多种措施对测角误差加以限制，对现有测量减少误差办法的评述如下：21规范的要求规定，对不同等级导线、采用不同的仪器作业时，针对边长变化采取增加测回数、增加对中次数来减少误差。由于一次对中完成后，对中的线量偏差是固定的，规范要求遇到短边时，对中线量偏差在04mm以内，在现场无法直接检查。有限的两次以上对中观测取平均值，不能确保观测误差减少，既有减小误差值的可能，也有增大误差值的可能，即所谓不能保证最好的结果出现，但可防止最坏的情况发生。22测量方法在传统的测量作业中，为了避免调焦运行差的影响，当遇到短边时，由长边向短边过渡，一般采取加测点的办法，使前后视距大致相等；由短边向长

14、边过渡时，采取逐渐增加边长的办法。采取该法是为了避免在长短边上较大的调焦运行差的产生，但由于增加了测站数，反而使导线精度下降。在测量作业时，也从测量方法进行了改进尝试，如采用长短边导线法减少测站数，以提高导线测角精度；采用“三架法”，减少对中误差提高导线测角精度等。但大都因为增加外业工作量、内业计算量或增加劳动强度等而很少使用。3对井下导线简易平差分析在井下平面控制网布设时，一般要求布设为闭合导线或附和导线。由于测角误差的存在会产生角度闭合差，闭合差的大小反映了测角质量的高低。在不超过规定限差的前提下，可以通过平差来判定观测的精度和消除不符值。对于井下导线平差而言，由于测角和量边的权难于恰当地

15、选定，而使平差结果失去严密性，因而多采用简易平差法。井下闭合或附和导线闭合差，是整个导线角度的正向偏差和负向偏差抵消后计算的。导线井下导线简易平差法在分配角度闭合差时，全部角闭合差平均分配给各角度测量值上，平均分配、强制改正后，满足了数据在表面上的吻合，而实际上使导线点之间方向产生扭曲，依照边长按比例分配闭合差对坐标增量进行改正，最终使导线点位发生无规律位移，平差反而歪曲了原始数据的可靠性。造成上述原因的根本，还是每个点上测角误差值大小不均衡产生的结果。分析可知，短边导线的测角误差是影响导线测量精度的关键，而引起测角误差较大的主要原因是，对点误差和长短边过渡时的调焦运行差。4延伸三角形短边导线

16、测量法在井下导线测量中，目前已广泛利用全站仪进行测量作业，为减轻劳动强度、提高工作效率、提高测量精度提供了保证。针对短边导线测量中出现精度下降的问题，本文提出采用延伸三角形法，来提高作业精度的方法。4延伸三角形法的测量原理当需要进行短边测量时，如图l所示，选取适当位置C、C为连接点，形成以c为共用边的三角形ABC和ABC。在C、C架设仪器，观测DCA、 DCB，实测边长a、b、a、b，则可利用解三角形的方法求解出角、 、及C边边长，进而解出边C的方位角和点A、B的坐标。图 141作业要求(1)点C、C要尽可能选在在A、B延长线上，角度、 不应大于2度，构成连接三角形，称之为延伸三角形。(2)选

17、择点C、C应适当靠近最近垂球线，使边ac、bc之值小于15。42测量计算(1)在三角形ABC和ACB中，用余弦公式分别计算c边的值，比较校核。(2)利用正弦公式解算角、 、，并用三角形内角和进行校核。(3)按照以下路线推算CD方位角：(CD)=(D C)+ DCA-+BCD4180度43精度分析431 、的角度误差及三角形最有利形状角的计算用正弦公式转换成误差形式：简化后： (9)对同样可得： (10) 在此情 况下，边长观测误差对、影响最小即 (11)所以，三角形最有利形状为锐角不大于2度3度的延伸三角形。432连接角误差的影响如图2所示，分析测定中角的对中误差对AB边的方位角的影响。在C点

18、测定连接角，可分为设固定点和不设固定点两种情况。(1)设固定点在设固定点的前提下，假设仪器对中有线量偏差而对中在点上，则连接边就成了。在观测时，三角形各测量值都是根据仪器中心示意图测得的，所以仪器在C点的对中误差对三角形解算没有影响，只对AB方位角有影响；A、B点的觇标对中误差对方位角和坐标传递无误差影响，仅对点A、B本身有影响。当在C点无对中误差时， (12)当在C点有对中误差时 (13)由此引起的(AB)方位角偏差为 (14)从图2可知： (15)为C点对中时误差的一个随机值，在e不变时，对中在以为圆心、以为半径的圆周任意点上。因此，它的中误差就相当于由C点的觇标对中误差引起的D点的测角误差： (16) 考虑D点的觇标对中误差： (17) 当，则有 (18)比较可知，在设固定点的情况下，有利三角形法的仪器对中误差仅为普通测量法的二分之一，即50，总对中误差为普通测量法的，即577。(2)不设固定点不设固定点时，=0，无仪器对中误差影响，只有D点的觇标对中误差误差，则，总对中误差仅为普通测量法的，即408比较可知，采用有利三角形法能够有效降低短边测量时的对中误差433方位角推