賀奇峰

(山西焦煤霍州煤電集團(tuán)呂臨能化有限公司龐龐塔煤礦， 山西 呂梁 033200)

1 前言

巷道的中腰線是決定巷道施工質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一，現(xiàn)階段常用的中腰線標(biāo)定法有偽傾角法、經(jīng)緯線高程標(biāo)定法、全站儀坐標(biāo)法、垂線中轉(zhuǎn)法等。這些方法在水平巷道中較為常用且精度較高，但對(duì)傾斜巷道，傾角達(dá)到3°以上，此時(shí)巷道內(nèi)無(wú)法安置儀器，高程標(biāo)定法或全站儀坐標(biāo)法就會(huì)出現(xiàn)較大誤差。因此需要對(duì)上述方法進(jìn)行選擇優(yōu)化，尋找一種適合傾斜巷道腰線測(cè)定方法，提高巷道測(cè)量精度。

2 現(xiàn)場(chǎng)概況

某礦2306回風(fēng)巷為該礦井第三個(gè)回采工作面的回風(fēng)巷道，該巷道全長(zhǎng)2 670.03m，煤層平均厚度7.6m、平均傾角為3°。煤層賦存穩(wěn)定，煤層整體傾向向北。煤層含3～5層夾石，夾石穩(wěn)定厚度0.10～1.1m。巷道沿煤層頂板掘進(jìn)施工，其頂?shù)装鍘r性見(jiàn)表1。

表1 頂?shù)装鍘r性

3 方法分析

由于現(xiàn)場(chǎng)巷道條件復(fù)雜，需對(duì)以下3種腰線標(biāo)定方法進(jìn)行綜合分析。

3.1 偽傾角法

偽傾角法是根據(jù)腰線標(biāo)定位置和經(jīng)緯儀安裝位置的不同確定的一個(gè)理想傾角，并利用該傾角進(jìn)行測(cè)算，誤差更小。其基本原理如圖1所示[1]。

圖中BB1為經(jīng)緯儀實(shí)際安裝位置，A點(diǎn)為中線瞄準(zhǔn)點(diǎn)，DECC1FF1為巷道頂、底板邊緣點(diǎn)。實(shí)際測(cè)量時(shí)從B點(diǎn)后視A點(diǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)瞄準(zhǔn)A，記為角δ；再分別從C點(diǎn)、F點(diǎn)后視A點(diǎn)并轉(zhuǎn)動(dòng)瞄準(zhǔn)，記為角β和角α，其三者之間存在關(guān)系為

tanα=tanβ·tanδ

實(shí)際測(cè)量時(shí)便可根據(jù)實(shí)測(cè)角β和角δ來(lái)計(jì)算a，從而得到準(zhǔn)確的腰線位置。

3.2 三角高程法

傳統(tǒng)三角高程法的基本原理如圖2所示。

圖2 傳統(tǒng)三角高程法實(shí)際巷道點(diǎn)分布圖

該方法是根據(jù)已知A點(diǎn)和C點(diǎn)，通過(guò)AB兩點(diǎn)的實(shí)測(cè)位置來(lái)計(jì)算腰線點(diǎn)到C點(diǎn)的位置，可在A點(diǎn)正下方安設(shè)全站儀，用全站儀直接測(cè)出AB兩點(diǎn)之間的水平距離，然后分別量取儀器和棱鏡的實(shí)際高度，從而測(cè)算出腰線點(diǎn)的實(shí)際位置[2]。

3.3 坐標(biāo)法

坐標(biāo)法是利用全站儀能夠測(cè)量具體點(diǎn)坐標(biāo)這一功能，將設(shè)備架設(shè)在巷道中線位置，利用假定坐標(biāo)軸測(cè)定巷道長(zhǎng)度和距中線的垂直距離。巷道控制點(diǎn)一般居中布置，因此只需測(cè)定棱鏡所在位置的三維坐標(biāo)，即可通過(guò)設(shè)計(jì)高程與實(shí)測(cè)高程的比較來(lái)確定腰線位置。

4 標(biāo)定方案的選擇

綜合參考以上3種方法，偽傾角法必須有共線的三點(diǎn)，且三點(diǎn)走向與巷道傾向必須一致，條件較為苛刻；三角高程法是以水平面為基準(zhǔn)，實(shí)測(cè)也是水平直線，在2306回風(fēng)巷這種傾斜巷道中誤差較大；坐標(biāo)法是棱鏡位置變動(dòng)導(dǎo)致測(cè)量難度大，且后期數(shù)據(jù)處理較為繁瑣，工作量大。

對(duì)比這3種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，最終選擇將三角高程法和坐標(biāo)法相結(jié)合，依據(jù)高程法的測(cè)量方法和坐標(biāo)法的操作要求進(jìn)行最終的腰線標(biāo)定。

4.1 方案原理

在巷道任意點(diǎn)按照全站儀點(diǎn)位進(jìn)行放樣，分別對(duì)待測(cè)點(diǎn)的實(shí)際坐標(biāo)和高程進(jìn)行測(cè)量，然后將棱鏡固定，測(cè)出棱鏡的坐標(biāo)和高程，再將當(dāng)前坐標(biāo)高程與待放樣點(diǎn)坐標(biāo)高程進(jìn)行比較，得出橫向、縱向距離差值和角度差，最終確定實(shí)際腰線位置[3]。其基本測(cè)量示意圖如圖3所示。

圖3 全站儀新方法測(cè)量示意圖

4.2 實(shí)際標(biāo)定方法

1) 高程點(diǎn)位于頂板中線

(1)將儀器對(duì)中找準(zhǔn)找平，標(biāo)記現(xiàn)場(chǎng)已知點(diǎn)。

(2)對(duì)全站儀所在橫軸位置與已知高程點(diǎn)位置進(jìn)行測(cè)量。

(3)開(kāi)啟設(shè)備，在放樣模式下輸入坐標(biāo)值，橫軸為0，縱軸即為已知點(diǎn)實(shí)際高程。

(4)測(cè)量開(kāi)始，結(jié)合儀器屏幕上待測(cè)點(diǎn)高程和放樣點(diǎn)高程差不斷移動(dòng)，并最終找到實(shí)際位置。

2)高程點(diǎn)位于腰線

(1)將儀器對(duì)中找準(zhǔn)找平，標(biāo)記現(xiàn)場(chǎng)已知點(diǎn)，開(kāi)啟設(shè)備。

(2)調(diào)整豎直度盤(pán)讀數(shù)，瞄準(zhǔn)已知點(diǎn)所在位置。

(3)測(cè)量已知點(diǎn)到投射點(diǎn)的實(shí)際距離。

(4)在放樣模式下輸入坐標(biāo)值，橫軸為0，縱軸即為已知點(diǎn)實(shí)際高程。

(5)結(jié)合儀器屏幕上待測(cè)點(diǎn)高程和放樣點(diǎn)高程差不斷移動(dòng)，并最終找到實(shí)際位置。

5 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)

按照以上4種方法對(duì)2306回風(fēng)巷道進(jìn)行了實(shí)際測(cè)量，各方法誤差見(jiàn)表1。

表1 各方法誤差對(duì)比

從表中可知，在使用全站儀新應(yīng)用法測(cè)量腰線時(shí)，絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差都非常小，同時(shí)時(shí)間上更加省時(shí)省力，很有推廣價(jià)值。

6 結(jié)論

綜上所述，對(duì)2306工作面腰線標(biāo)定時(shí)，建議使用全站儀新應(yīng)用法，該方法測(cè)得腰線位置為距頂板3.863m，方位角-2°01′，絕對(duì)誤差0.007m，相對(duì)誤差1/867 255。與其他技術(shù)相比，該技術(shù)具有操作過(guò)程簡(jiǎn)單、所需人工少，測(cè)量精度高等顯著特點(diǎn)，可以在腰線測(cè)量中廣泛使用，為高標(biāo)準(zhǔn)礦井建設(shè)提供依據(jù)。