傾斜巷道腰線標定方法優化應用

王 亮

（山西焦煤山煤國際韓家洼有限公司， 山西 大同 037100）

巷道腰線標定是礦山測量工作中重要一項內容，對于傾斜巷道主要通過腰線控制巷道掘進方向，所以腰線標定精準度以及標定效率對巷道安全快速掘進具有重要意義；傳統煤礦巷道腰線標定方法主要有水準儀和半圓儀法，但是在實際煤礦采掘施工過程中，受施工環境、測量設備以及測量方法等影響，巷道腰線標定時勞動作業強度大、效率低、精度低等，無法滿足傾斜巷道安全快速掘進需求，本文以韓家洼煤礦22403 運輸順槽為研究對象，對巷道上山掘進段腰線標定方法進行優化改進，提出了全站儀免棱鏡法進行巷道腰線標定。

1 22403 運輸順槽概述

山西焦煤山煤國際韓家洼有限公司22403 運輸順槽設計長度為790 m，巷道掘進煤層為22 號煤層，煤層平均厚度為12.98 m，平均傾角為5°，22 號煤層以老頂為主，直接頂及偽頂不發育，老頂為灰白色中粒砂巖，中粗粒結構，塊狀構造，泥質膠結，其成分以長石、石英為主，含煤屑，局部含少量礫石，粒徑大小為2～5 mm，成分以燧石為主，呈次棱角狀，巖芯局部破碎。底板為砂質泥巖，灰黑色泥質結構塊狀構造,夾細砂巖條帶，下部砂粒逐漸增多，巖芯局部破碎。

22403 運輸順槽采用綜合機械掘進工藝，截止目前巷道已掘進240 m，掘進過程中由地測科現場給定腰線，由于地測科在進行腰線標定時，測量方法不合理、測量技術水平有限等，導致巷道腰線標定精度低、誤差率高，實測巷道掘進至240 m 處高程與設計高程誤差達0.5 m，嚴重威脅著巷道安全高效掘進。

2 傳統腰線標定方法及問題分析

2.1 水準儀標定法

1）測量方法。將水準儀安裝在傾斜巷道中部然后對中整平，然后通過旋轉照準部在巷道幫上分別標定若干個腰線點，每個點間距為3.0 m，將若干個腰線點連接成一條直線，然后根據巷道設計角度，即可得出巷道腰線。

2）主要缺點。采用水準儀進行腰線標定時適合用于傾角較小的巷道中，當巷道傾角較大時，水準儀標定的幫部點一般位于巷道底板處，增加了巷道腰線標定難度，而且采用水準儀進行腰線標定時工序復雜、難度大。

2.2 經緯儀法

1）測量方法。首先將經緯儀安裝在第一組腰線（已知腰線點）與第二組腰線（待測腰線點）中部，并對儀器進行整平對中，旋轉經緯儀照準部照準第一組腰線的第一個腰線點，然后旋轉照準部照準第二組第一個腰線，并標定，依次類推將第二組腰線中第二個、第三個腰線點依次標定，即實現腰線標定。

2）缺點。經緯儀法是煤礦井下常見的腰線標定方法，雖然腰線標定精度高，但是對于炮掘巷道或不穩定圍巖掘進時，由于人工放樣精度低，對于短距離巷道對腰線影響不大，但是當巷道掘進長度大于500 m時，腰線標定誤差高，不利于巷道安全快速掘進。

2.3 半圓儀法

1）測量方法。采用半圓儀進行腰線標定時需多事配合施工，首先在巷道幫部拉一根線繩，并將線繩一端固定在半圓儀上，然后調整半圓儀至巷道設計掘進角度，然后調整線繩使之與半圓儀平行，固定線繩一端即可獲得第一個腰線點，第二、第三個腰線點標注方法相同。

2）缺點。采用半圓儀進行巷道腰線標定時，需多人配合施工勞動作業強度，對于傾角較小的巷道掘進腰線標定精度低，而且該方法受作業環境以及施工工藝影響較大。

3 全站儀免棱鏡法應用

為了解決傳統腰線標定時存在的問題，韓家洼煤礦地測科通過技術研究決定對22403 運輸順槽原腰線標定方法進行優化改進，采用全站儀免棱鏡法進行腰線標定。

3.1 測量原理

采用全站儀首先對已知腰線點平距、傾角等參數井準確測量，然后利用高程測量原理對未知腰線點進行放樣，從而獲得未知腰線點，采用該方法進行腰線標定時測量準確度高、勞動作業強度低，可用于復雜條件下掘進巷道中。

3.2 施工方法

1）假設22403 運輸順槽設計掘進傾角為a，前一組巷道腰線點為1 號、2 號、3 號，需標定腰線點為4號、5 號、6 號，兩組腰線點間距為40 m；首先在在1號點與4 號點中間位置假設全站儀并整平對中。

2）儀器對中準平后將望遠鏡照準1 號腰線點，并記錄儀器與1 號點之間夾角A，然后旋轉照準部，旋轉角度為β，旋轉后在照準距離20 m 處標定A點，確定CA點距離為L1=20 m，如圖1 所示。

圖1 全站儀免棱鏡法腰線標定示意圖

3）4 號腰線標定后需確定4 號點為主，設定A點到4 號點之間距離為L2，待所以參數測定完成后，通過計算可確定4 號點的位置，具體計算方法如下：L2=L2tanα（L1為儀器至A點水平距離；α 為巷道傾角）；按同樣方法依次確定5 號、6 號腰線點。

3.3 測量方法優缺點

1）測量勞動作業強度小。采用全站儀免棱鏡法進行腰線標定時，整個測量過程只需2 名測量人員即可，一名觀測數據一名記錄數據并進行點位標定，與傳統經緯儀、半圓儀等方法相比，大大降低了測量勞動作業強度。

2）實用性強。全站儀免棱鏡法可用于不同傾角的巷道中，對巷道施工環境及地質條件要求小，而且該方法還可用于橋梁、公路、隧道等領域中，實用性強。

3）測量精度高。在全站儀免棱鏡法進行腰線標定時通過儀器準確測量處平距、傾角以及轉角即可，然后通過計算即可確定待測腰線點，測量方法簡單、計算量小，腰線標定精度高。

4）雖然采用全站儀免棱鏡法可有效提高腰線標定精度，但是在實際操作過程中還存下一些問題，朱啊喲表現在：當巷道傾角較大時，全站儀在巷道中安裝整平難度大；對于巷道幫部腰線點延伸時，由于該方法武學安裝棱鏡，導致幫部腰線點照準難度大，精度相對較低。

3.4 實際應用效果

22403 運輸順槽掘進至240 m 處時對巷道原腰線點標定方法進行優化改進，采用全站儀免棱鏡法，截止2021 年5 月23 日巷道已掘進到位，巷道在后期掘進過程中共計進行13 次腰線點標定，共計49個腰線點，通過實際應用效果來看，與傳統腰線標定方法相比，全站儀免棱鏡法每次腰線標定時間為1.2 h，縮短了0.7 h；巷道掘進到位后通過實測，巷道高程誤差率控制0.2%以下，滿足傾向巷道掘進要求。

4 結語

山西焦煤山煤國際韓家洼有限公司地測科對22403 運輸順槽前期掘進過程中腰線標定時，標定效率差、難度大、誤差率高等技術難題，通過技術研究，提出了全站儀免棱鏡法，通過實際應用效果來看，該方法彌補了傳統測量方法的不足，有效提高了傾斜巷道腰線測量精度，保障了巷道安全掘進，具有很好的推廣意義。