某煤矿矿山贯通测量优化分析

闫 敏

（晋能控股煤业集团大斗沟煤业公司地测部，山西 大同 037003）

某煤矿矿山巷道受矿山地形、煤层结构、开采工艺等因素的影响，煤矿以倾斜巷道为主。倾斜巷道的主要作用是将人员、设备、材料以及矿井所产出的煤炭进行水平间的运输，对于煤炭企业安全高效生产至关重要。某煤矿在日常生产中曾多次发生矿车和皮带设备磨损严重、连接装置断裂等跑车事故，严重影响企业的正常生产。经分析，该事故发生的主要原因为煤矿贯通测量工艺以及工艺精度较为落后，贯通测量精度低、可靠性差。针对这一问题，本文拟采用结合陀螺定向、全站仪高程测量以及GNSS定位技术的方法对某煤矿贯通测量工艺及其工艺精度进行改进分析，并进行相应的测量误差分析。

某煤矿事故发生的主要原因为巷道贯通测量工艺及其精度较为落后。而巷道的贯通测量工艺与精度的影响因素主要有地面控制网精度、联系测量平差方法、设备误差和测量方案四个方面[1]。对某煤矿进行实地考察后发现，该煤矿问题发生主要有两方面因素：一是某煤矿的测量主要通过全站仪、陀螺仪等仪器结合相应的观测和平差计算方法，对巷道水准网和平面网进行精度控制，然后将地面控制信息传输至巷道，从而达到贯通测量目的。但该煤矿巷道贯通地形较为复杂且巷道功能具有复合型，实际的贯通测量精度极难保证，尤其对水准贯通测量精度的影响极大。二是某煤矿在实际生产中需进行广场、运输场地等基础设施建设，再加上地下开采所引起的地表沉降等因素，地面控制点极易发生移动或者破坏，造成地面控制网的控制点密度以及坐标位置发生变化，降低控制网的控制精度[2-3]。

本设计以某煤矿三号矿井为例进行试验分析，结合陀螺定向、全站仪高程测量以及GNSS定位技术的方法[4-5]，对某煤矿贯通测量工艺及其工艺精度进行改进分析，成功后可全煤矿推广。

3.1 GNSS地表控制网

由于基础建设以及地表沉降等原因而造成的地面控制点破坏，是影响贯通测量的精度的重要因素。为减少控制点破坏而造成的误差，实际生产中需快速找到破坏点，并对数据进行及时纠正。为此，建立GNSS地表控制网，本文拟采用投票法与穷举法进行粗差探测。

3.1.1 进行GNSS组网测量

选取一个分布较优的高等级控制点井坪005，并对周边10个井点进行静态联测，采用网连式选取各点，并组建控制网。其分布示意图如图1所示。

图1 三号矿井控制点分布示意图

3.1.2 进行平差计算

以井坪005为计算基准，运用CGO软件对控制网内的10个控制点进行平差计算。具体过程为：

1）输入各控制点的编号及其仪器高度。

2）解算基线。

3）运用无约束平差的方法对观测数据进行检验。

4）数据坐标转换。

5）运用投票法和穷举法对数据进行分析，可得出破坏控制点，其新旧坐标阈值取0.05 m，当GNSS组网测量坐标大于阈值时，视为控制点破坏。

运用上述方法进行620次探测后发现，3倍、5倍、6倍距离中误差以上的粗差探测成功率分别为85.71%、98.94%、100%。

3.2 高程控制网

矿区高程控制网的建立仍沿用传统建立方法。使用的仪器包括水准尺、水准仪、尺垫等。采用四等水准测量要求对三号矿井控制网建立，其控制点点位图如图2所示。

图2 近井点控制点位示意图

3.3 平面导线与高程测量

某煤矿三号矿井视野差、地形结构复杂，使得巷道的建设要求极为严格。巷道的贯通测量主要分为平面导线和高程测量两方面，平面导线测量运用全站仪进行测量，平缓地带运用四等水准测量的方法，倾斜巷道运用三角高程测量的方法。倾斜巷道在进行测量时，由于全站仪的垂直角测量、距离测量和仪器高测量极易产生误差，本文选用前后视三角高程测量技术对其进行测量，可减少测量误差，保证测量精度。对导线网与水准网进行设计，导线网络线图如图3所示。

图3 导线网与水准网路线示意图

本次测量采用的防爆全站仪为瑞士徕卡TCR802全站仪。首先对仪器误差和相关参数进行校正，按仪器校正步骤，将温度、压强等参数录入仪器。按路线示意图对井下水准网进行线路布置，并进行闭合差概算，概算结果显示，数据均在限差范围之内，符合技术要求。运用前后视三角高程测量对控制点的往测高差、返侧高差进行测量，并计算出均值。

3.4 陀螺定向

某煤矿三号井由于其巷道较深、地形与环境复杂，井下测量误差较大。陀螺定向技术是利用陀螺仪自身角运动属性而进行井下测量的技术，巷道深度、地形与环境影响对测量精度干扰较小，可大幅度改善井下导线网测量及其平差精度。本次测量选用的陀螺经纬仪型号为HGK15。该设备采用液体阻尼的方法，可降低因风与机械振动造成的测量误差，测量数据更加精确。

为验证融入陀螺定向、全站仪高程测量以及GNSS定位技术方案的有效性。本文采用三种方案对贯通测量精度进行验证分析，其分别是：

1）融入GNSS粗差控制点探测的方法。

2）融入GNSS粗差控制点探测、前后视三角高程测量的测量方法。

3）融入GNSS粗差控制点探测、前后视三角高程测量与陀螺仪定向的测量方法。

将上述三种方案分别应用于某煤矿三号矿井贯通测量后，得到的数据如表1所示。

表1 贯通测量精度对比

通过表格数据可知，方案1存在限差超差风险，在加入前后视三角高程测量的测量方法之后，高程精度明显提高，由0.329 m提升到0.156 m，但平面精度变化不明显。方案3经过陀螺仪定向增强之后，平面精度得以改善，由0.479 m提升到0.354 m，满足限差要求，符合相关规定。

为了解决因贯通测量工艺落后及测量精度差而引起的矿车和皮带设备磨损、连接装置断裂的跑车问题，通过融入GNSS粗差控制点探测、前后视三角高程测量与陀螺仪定向技术对贯通测量进行优化分析，经试验分析后可得出以下结论：

1）结合GNSS定位技术进行地表控制网建设，并运用穷举法和投票法进行控制点粗差探测，可快速精准地找出破坏控制点，并及时纠正数据。

2）采用前后视三角高程测量与陀螺定向方案，可有效减少测量误差，提高测量精度。

猜你喜欢全站仪陀螺控制点全站仪极坐标法监测点稳定性分析方法研究水电站设计(2020年4期)2020-07-16做个纸陀螺小学生学习指导(低年级)(2019年10期)2019-10-16基于快牙平台实现全站仪与计算机的数据通信工程与建设(2019年3期)2019-10-10玩陀螺学生天地(2019年6期)2019-03-07陀螺转转转军事文摘(2018年24期)2018-12-26我最喜欢的陀螺快乐语文(2018年36期)2018-03-12NFFD控制点分布对气动外形优化的影响北京航空航天大学学报(2017年4期)2017-11-23基于风险管理下的项目建设内部控制点思考中国工程咨询(2017年12期)2017-01-31基于全站仪二次开发的覆冰厚度测量与实现电测与仪表(2016年9期)2016-04-12相似材料模型中控制点像点坐标定位研究安徽地质(2016年4期)2016-02-27

推荐访问:贯通 矿山 煤矿