新形勢下礦山測量技術管理應用研究

劉明武 張國平

【摘 要】文章結合新形勢下礦山生產實際，從地面控制測量、井下控制測量、井下貫通測量、日常中腰線管理、測量設備管理5個方面系統總結了礦山測量技術管理的關鍵環節和技術要點，對礦山測量技術發展趨勢進行了展望，對做好礦山測量技術管理工作具有一定的指導意義和參考價值。

【關鍵詞】礦山測量;控制測量;中腰線管理;技術管理要點

【中圖分類號】TD17 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2022）02-0087-03

0 引言

礦山測量技術作為一門傳統的技術手段，經過長期的摸索和實踐，其理論體系和技術體系均相對成熟，涉及的各類測量技術、測量方法均取得了長足的發展并積累了豐富的實踐經驗[1]。隨著數字化、信息化技術（如互聯網技術、5G技術）的日新月異，測量新技術的蓬勃發展（如CORS技術、3S技術），測量新裝備（如測繪無人機、陀螺全站儀、測量機器人、超站儀、鏡站儀等）的推廣使用，礦山測量工作模式發生翻天覆地的變化，礦山測量工作效率大幅提升，測量精度明顯提高，勞動強度持續降低。同時，礦山自動化、智能化采礦裝備的普及和快速掘進系統的投用，大幅提高了礦井采掘效率，客觀上對測量裝備的可靠性、測量系統的穩定性、測量作業的及時性、測量技術管理[2]的規范性提出了新的要求。一旦出現測量事故導致巷道跑偏或無法順利貫通，將嚴重影響礦井采掘進度，給礦山企業帶來巨大的經濟損失。因此，新形勢下開展礦山測量技術管理應用研究意義重大[3]。

1 地面控制測量

礦區地面控制網的建立一般由專業測繪單位完成，礦井主要負責測量控制點的日常維護工作。在礦山開發的不同階段，均存在測量控制點被破壞的風險，導致礦區地面控制網被破壞，帶來使用上的不便。例如礦井建設階段，建設工業場地可能破壞或遮擋測量控制點。在礦山開采階段，地表沉陷可能導致測量控制點發生沉降或位移。因此，礦區地面控制網的設計和定期維護更新顯得尤為重要。

技術管理要點：一是在設計地面控制網時，應充分考慮礦井前期建設規劃，測量控制點點位選擇避開建設規劃區和采礦沉陷區，同時考慮點位通視條件和地基的穩定性。二是充分利用礦井初期地面控制網成果，采用三角測量法、敷設附和導線或閉合導線等方法加密測量控制點，豐富測量控制網成果。三是利用礦井各期補充勘探，在井田范圍內相對穩定區域布設測量控制點，開展控制測量，更新完善礦區已有控制網，為在井田范圍內開展地形測量、開采地表巖移觀測、采空區調查、地質調查、開鑿井筒等提供測量基準數據。四是建設礦區連續運行衛星定位導航服務系統（CORS），配套移動站和手簿，可實現全天候地形圖測量、施工放樣、竣工測量等測量作業，同時針對CORS故障，可考慮另外配備一套GPS接收機及手簿，與CORS已有的接收機及手簿組成“1+1”RTK測量模式，利用礦井地面測量控制點計算轉換參數，每次測量前在1個已知測量控制點上進行點校正，以滿足日常測量工作的需要。

2 井下控制測量

2.1 陀螺定向

井下主要開拓大巷連接的井筒間巷道貫通后，應立即開展井下陀螺定向，至少布設2條陀螺定向邊，位于各自井筒附近的車場內，邊長均不小于50 m，然后施測坐標方向附合導線，經平差處理后作為井下控制測量的基準。

技術管理要點：一是在各自井筒所在的井底車場內施測陀螺定向邊后，應及時在其周邊巷道內布設導線點，將陀螺定向的方位和投點坐標及時傳遞至該導線邊，為確保正常使用，應埋設至少3個導線點，施測至少2條導線邊。二是導線點點位應穩定可靠，無淋水影響，噴漿巷道應考慮另打錨桿，在錨桿端頭連接一個500 mm長、一端焊接螺帽、一端焊接防銹三角測釘的測量控制點（或純銅制定的測量控制點），實現長期保存，方便后期使用。三是陀螺定向盡量采用全自動或半自動陀螺全站儀施測，嚴格按測量程序操作，確保測量精度。

2.2 基本控制導線

井下開拓大巷永久導線點應隨大巷開拓及時布設，當具備施測閉合導線或附合導線時，應及時進行施測，并進行平差處理。若后期施工過程中出現個別導線點被破壞或被遮擋導致無法使用時，可根據現場情況施測無定向導線或附合導線恢復導線點，使之滿足生產需要。

技術管理要點：一是永久導線點采用錨桿或螺帽焊接三角測釘（做防銹處理）制作，固定在錨桿外露部分或錨固在巷道頂板煤巖層中，要求永久導線點周邊巷道頂板穩定，無淋水。二是永久導線點實行統一編號管理。開拓大巷永久點編號規則：中央一號回風大巷為YHi，中央進風大巷為JFi，中央膠帶大巷為JDi，其中取值1，2，3，…，100?；夭上锏谰幪栆巹t：采用X1、X2、X3、X4樣式編號，其中X1表示盤區編號，依次為A-E，X2表示工作面編號，X3表示順槽編號，膠帶順槽用J表示，回風順槽用H表示，泄水巷用X表示，X4表示點號。三是頂板條件較差時，可采用在巷道底板上布設臨時點。四是巷道風速較大時，應采取擋風措施，以采用雨傘為佳;五是在布設導線的過程中根據巷道條件盡可能加大邊長，減少導線點數。六是在測角測距時，儀器多次對中整平，瞄目標時盡可能瞄垂球線的上部，采用擺動觀測、正倒鏡觀測;測角時盡可能縮小望遠鏡的傾角，調節微動螺旋時沿同一方向;測距時適時進行斜邊測量，對已測水平邊長進行檢核。七是高程測量時，在1個測站上同時測量前后視高差，減少量高誤差的影響;棱鏡高、儀器高讀2遍，誤差不小于2 mm;三角高程測量時通過2次或多次變儀器高觀測提供測量精度，避免測量粗差的產生。八是導線測量盡量采用2秒級及以上的全站儀，確保測量精度;按7″導線施測，水平角觀測采用測回法，獨立測量兩測回，距離測量兩測回。九是附和導線、閉合導線測量由兩個技術力量相當的人員單獨測量，單獨平差，并進行檢核。

3 井下貫通測量

井下貫通測量分為開拓巷道貫通測量和采面貫通測量。其中涉及皮帶運輸和猴車運輸的巷道對巷道中線要求較高，需要重點關注[4]。

3.1 開拓巷道貫通測量

井下主要開拓大巷連接的井筒間巷道貫通后，應立即開展井下陀螺定向，至少布設2條陀螺定向邊，位于各自井筒附近的車場內，邊長均不小于50 m，并根據兩井筒內投點誤差決定采用哪個井筒導入的點坐標作為坐標起算數據，然后施測方向附合導線，經平差處理后作為井下控制測量的基準。

技術管理要點：一是在各自井筒所在的井底車場內施測陀螺定向邊后，應及時在其周邊巷道內布設導線點，將陀螺定向的方位和投點坐標及時傳遞至該導線邊，為確保正常使用，應埋設至少3個導線點，施測至少2條導線邊。二是導線點點位應穩定可靠，無淋水影響，噴漿巷道應考慮另打錨桿，在錨桿端頭連接一個500 mm長、一端焊接螺帽、一端焊接防銹三角測釘的測量控制點（或純銅制定的測量控制點），實現長期保存，方便后期使用。

3.2 采面貫通測量

技術管理要點：一是以開拓大巷內的基本控制導線中的永久導線點為測量基準點，開展采面貫通測量。二是測量導線點隨巷道掘進布設，根據巷道變坡情況點位間距盡量保持均勻，并綜合考慮皮帶安裝、風筒敷設、設備布置等影響。三是導線測量嚴格按7″導線要求進行，并考慮貫通后形成閉合導線或附合導線的可能性。四是高程測量采用三角高程測量方法，為減少各類量高誤差的影響，高程測量可與導線測量分別進行，采用“三架法”傳遞高程。五是貫通后，應及時施測閉合導線或附合導線并進行平差處理，評定貫通精度，并為后期安裝測量提供控制測量數據。

4 日常中腰線管理

4.1 激光指向儀管理

目前，井下巷道掘進普遍采用激光指向儀控制巷道中線和坡度，激光指向儀的安裝和使用顯得尤為重要。

技術管理要點：一是激光指向儀前方激光指向點應不少于3個，點間距應不小于10 m，激光指向儀光束應同時穿過激光指向點所在線繩及線繩上的明顯標志，并被該線繩及線繩上的明顯標志平分。二是激光指向點所在線繩應采用棉線繩，下端吊掛質量不小于0.2 kg、材質均勻、重心穩定、規則形狀的重物，確保線繩無明顯擺動。三是激光指向儀距巷道迎頭距離超過50 m后，應延伸一組激光指向點，并調整激光參數。激光指向儀距迎頭距離一般不超過200 m。四是激光指向儀應實現掛牌管理，牌板吊掛在激光指向儀附近，牌板應包含激光指向儀安裝參數和激光控制巷道頂底板參數，便于現場施工人員校核激光指向的準確性和控制巷道掘進參數。五是每班掘進前，由質量驗收員檢查激光指向儀的完好情況，發現問題及時處理。

4.2 中腰線標定管理

巷道中腰線一般采用全站儀進行標定，但存在標定相對滯后，與巷道實際施工坡度不一致的情形。采用激光坡度標定巷道中腰線可實現中腰線隨巷道掘進及時延伸。

技術管理要點：一是利用安裝好的激光指向儀發出的激光束，將巷道中腰線引至巷道頂板及兩幫一定高度。在巷道頂板中間位置掛一線繩，下端掛一重物，調節線繩左右位置使得激光指向儀光束穿過線繩并被線繩平分，此時線繩固定位置即為巷道中線位置。在巷道一幫支護材料上固定一線繩，水平拉至巷道另一幫，利用坡度規將巷道兩幫線繩固定位置調整至同一高度，然后在巷道中線位置頂板掛一鋼尺垂直量至線繩高度，計算出激光束至線繩間距，利用激光控制巷道頂底板距離將腰線引至巷道兩幫。二是腰線標定需至少2人配合完成，保證測量精度。三是中線可利用激光指向儀連續標定，緊跟迎頭，腰線可滯后迎頭10～20 m。當激光指向儀出現故障時，可利用巷道迎頭附近的中線和腰線臨時指導巷道掘進。

4.3 變坡測量管理

變坡測量是巷道掘進過程中一項經常性工作，無論是按照設計坡度施工還是根據礦體賦存情況調整巷道施工層位，都需要開展變坡測量。變坡測量流程如下。

（1）現場標定激光指向點L1、L2、L3，測量得到標高G1、G2、G3和距離D12、D13。

（2）根據變坡測量前激光距巷道頂底板距離，標定迎頭設計頂板位置，并測量該點標高Gy及激光指向儀L1至該點的距離D1y。

（3）計算變坡后激光安裝參數y、z及迎頭激光控頂距k。

y=x+G2-G1-D12×tanα

z=x+G3-G1-D13×tanα

k=x+Gy-G1-D1y×tanα

（4）根據x、y、z、k參數及現場實際，調整激光安裝參數，確保激光正常使用。

（5）升井后及時將激光安裝參數報送地測部。

（6）地測部根據施工區隊提供的激光參數，繪制巷道底板坡度圖，作為后期巷道驗收、腰線標定的依據。

技術管理要點：一是變坡測量應實測變坡點巷道頂板標高和激光點標高，作為計算巷道實際施工坡度和變坡后激光控制迎頭頂底板距離的依據。二是激光參數計算公式中巷道坡度α可正可負，變坡后上山掘進時α為正值，變坡后下山掘進時α為負值。三是變坡測量完成后應現場標定巷道變坡點位置，將巷道腰線延伸至變坡位置。

5 測量設備管理

5.1 測量設備定期校驗

建立測量設備校驗臺賬，根據測量設備規定校驗周期開展儀器校驗工作，發現問題及時進行維修和保養，確保測量設備工況良好。礦井全站儀使用頻次相對較高，受井下作業環境影響，出現問題難以做到早發現早處理，不利于礦井正常測量作業。為了及時發現全站儀問題，提高測量工作質量，可建設全站儀校驗場，通過定期校驗儀器，客觀反映儀器精度，預防測量事故的發生。同時，定期對測量設備配件進行檢查調校，確保正常使用。

5.2 測量設備規范管理

建設標準化測量設備存放室，將測量設備分類編碼管理，做到一設備一臺賬，詳細記錄設備技術參數及使用、校驗、維修、保養情況，實現全生命周期管理。

6 礦山測量技術發展前景展望

未來，隨著慣導系統、室內定位技術[5]、5G通信技術、Lidar（激光雷法）技術在礦山井下的推廣使用，礦山測量技術必將隨之發生翻天覆地的變化，井下測量工作的開展必將越來越方便、快捷、高效。主要體現在以下兩個方面。

（1）巷道掘進系統自帶定位導航功能，可實現一次定位，持續導航，自動糾偏，保證巷道中腰線準確無誤。

（2）采礦系統自帶定位導航功能，可實現記憶切割，接入回采區段三維地質模型后，可自主規劃采礦路線，實現智能化采礦作業[6]。

7 結語

文章結合新形勢下礦山生產實際，從地面控制測量、井下控制測量、井下貫通測量、日常中腰線管理、測量設備管理5個方面系統總結了礦山測量技術管理的關鍵環節和技術要點，對礦山測量技術發展趨勢進行了展望，對做好礦山測量技術管理工作具有一定的指導意義和參考價值。

參 考 文 獻

[1]張國良，朱家鈺，顧和和.礦山測量學[M].第2版.徐州：中國礦業大學出版社，2008：215-231.

[2]謝志軍.淺析井下測量的技術管理[J].科技風，2014（23）：145.

[3]馮聰聰.新形勢下的礦山測量技術管理研究[J].技術與市場，2014，21（3）：120-122.

[4]許建忠，黃后貴.淺談貫通測量的幾點體會[J].礦山測量，2002（4）：16-17.

[5]饒文利.室內三維定位分類、方法、技術綜述[J].測繪與空間地理信息，2021，44（3）：164-169.

[6]王峰.基于透明工作面的智能化開采概念、實現路徑及關鍵技術[J].工礦自動化，2020，46（5）：39-42，53.