四架法贯通测量在高应力工作面的实践与应用
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摘 要：跃进煤矿25020工作面采煤时间已久，巷道支护破坏比较严重，肩顶部的锚杆头无征兆压断崩飞的现象时有发生，严重影响着现场作业人员人身及测量设备的安全。为了缩短场贯通测量的作业时间，提高测量人员人身及测量设备的安全系数，采用四架法进行贯通测量，测量精度符合《煤矿测量规程》中的相关要求，为25020工作面顺利贯通及以后的工作面贯通测量打下坚实的基础。
关键词：贯通测量；精度；误差预计
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2015.24.019
跃进煤矿25020工作面由于应力显现明显，锚杆压断崩飞的现象严重威胁着测量人员的人身安全及设备安全。经过研讨后对四架法与单架法及三架法进行了对比。
优点：（1）节约大量的测量时间。比单架法节约用时二分之一以上，比三架法节约三分之一以上；（2）提高了测量精度。基本消除了受井下风流和前、后视工作人员水平的影响造成的导线摆动的规律变化大及点下对中精度的影响。如果采用常用的单架测回法进行贯通测量，由于受井下风流和前、后视工作人员水平的影响，前、后视导线摆动的规律变化较大，导致测量方向和距离的误差变大，严重影响着贯通测量的精度。鉴于这一系列的因素，我们在遵循着最大程度降低测量工作量、提高测量的速度，及对生产的影响降至最低的原则，对贯通测量方案进行设计与选择最终方案进行精度评定，采用四架法进行贯通测量，水平重要方向和垂直重要方向的允许误差都符合《煤矿测量规程》中的规定。
1 工程概况
25020跃进综采面的垂直采煤深度已经达到了900米，而且与其他采掘工作面毗邻。例如，南邻25040已回采综采工作面和-200水平22区东翼未采区域，西邻22区下山保护煤柱。上下巷方位角为297°，工作面切眼方位角为27°。
25020工作面为综采工作面，设计为18m2断面。上巷设计长度1158m，下巷设计长度1175m，切眼设计长度220m，上巷石门长度112m，下巷石门长度94m，25皮带下山起始边长度135m。导线全长2885 m，设计测站数共35站。
2 测量方案选择
2.1 测量线路
25020上巷经25区强力皮带巷经起始高级点石转3-2传递坐标，石转3-2和石转2为导线起算点和起算方位，联系测量至5233点，相向贯通测量至导线点上切口处；
25020下巷经25区强力皮带巷石转2传递坐标，石转3-2、石转2为导线起算点和起算方位，联系测量至上切口点，相向贯通测量至导线点切1处。
2.2 测量方案
（1）边长：由于光电测距仪量边工作强度低、效率高，量边精度能满足工程需要，可采用光电测距仪量边。光电测距：Δd=D往-D返≤2Md，Md为仪器的标称精度Md =（5+5ppm）。
（2）水平角：采用测回法观测水平角，测角精度为30，一般边长大于30m时，一次对中，一个测回；边长15～30m时，每站要求一次对中二个测回。误差要求一次测回的来去误差Q20，一次对中的二个测回误差Q12，多次对中的两两误差Q30。
（3）垂直角：采用测回法观测垂直角，测角精度为15。进行一次对中，一次测回。误差要求一次测回的互差小于15，两个半回的仪器高度与觇标高度的差距均小于5mm。
（4）贯通允许偏差的确定。三维空间内六个维度的偏差都会对贯通巷道的结合处产生影响。这些偏差主要分为：1）水平面中线方向的偏差，这种偏差只会影响贯通巷道的长度；2）水平面垂直于中线、竖直面沿中线方向的巷道误差，这两个误差对巷道的深度和宽度有影响，因此直接影响了贯通巷道的施工质量。
根据实际作业情况的标准和要求，不同施工情况下测量的精度要求也不同。一般情况下，要求测量的中线偏差在0.3m到0.5m之间，腰线偏差在0.2m以下。
3 测量方法
测量设备的选用及测量方法：采用二种不同设备进行独立的二次测量，最后进行数据对比平差。
两次测量分别采用日本尼康FOCUS型全站仪和拓普康GTS-330N型全站仪，进行角度和距离的测量。这两种不同型号仪器的角度精度均为2"，距离精度均为2mm+2PPm。
测量前对测量设备进行检校，检校内容包括全站仪的综合检校和光电测距系统的检定。
本次测量采用的是目前已经得到广泛应用的四架法测量方法，即一台全站仪搭配四副角架进行贯通巷道测量。
具体测量方法如下：测量开始前进行仪器的组装和全站仪的架设。对测量点和仪器进行对中整平，前后视点架棱镜，在整平后通过对点器在下面投射一个点，以便出现架腿移位的情况后可以重新架设，防止测量工程重新开始，安置完成后，进行观测，测角、测距，具体测量方法同常规测量方法。保持基座整体和角架不动，此站点观测结束进入下一观测站的测量过程，主要操作步骤是同时松开照准部件和前视棱镜的锁紧扳钮，将这两个部件插入另一锁紧扳钮开始下一个测站的观测。将前视点棱镜插入锁紧扳钮石转点基座锁紧扳钮。同架设此观测点一样架设另外两个不同的观测点，作为本站的前视点，安置完成后进行观测。依据此步骤进行其他观测站的观测，然后闭合到最后两个顶板导线点上。
4 误差预计
误差预计选用的公式：
式中：Mβ―井下导线的测角中误差；
α―钢尺量边的偶然误差影响系数；
α'―导线各边与x坐标轴间的夹角；
R2y―K点与各导线点连线在y轴上投影长，可在设计图上量取。
误差系数选择：
15″级导线测角中误差mβ=15″；30″级导线测角中误差mβ=30″；平巷中α平=0.0008；斜巷中α斜=0.0016
贯通误差预计：
选用15″级导线：
导线测角误差引起的：
导线量边误差引起：
M2x'l=α2平∑lcos2α'+α2斜∑lcos2α'
=（0.0008）2×1756+（0.0016）2×164.74
=1.55×10-3m2
K点在x'方向上的预计中误差为：
为了检核，导线独立测量两次，则平均值的中误差为：
K点在水平重要方向上的预计贯通误差为：
Mx'k预=2Mx'k平=±0.102m
选用30″级导线：
导线测角误差引起的：
导线量边误差引起：
M2x'l=α2平∑lcos2α'+α2斜∑lcos2α'
=（0.0008）2×1756+（0.0016）2×164.74
=1.55×10-3m2
K点在x'方向上的预计中误差为：
为了检核，导线独立测量两次，则平均值的中误差为：
K点在水平重要方向上的预计贯通误差为：
Mx'k预=2Mx'k平=±0.057m
K点在高程上的预计中误差为：
考虑到高程测量需独立施测两次，并取二倍中误差作为预计的贯通误差，则最后可得K点在竖直方向上的预计贯通误差为：
以上二种精度的测量方案都能够满足工作面贯通施工要求，但我们优先选择30″级导线，因为这样做不但能满足工作贯通需要，而且将大大降低测量的工作量和大大提高测量的速度，将对生产的影响降到最低限度。
5 贯通测量中注意事项
（1）测量所使用的配套设施要齐全，型号必须配套，在每次更换位置测量时要重新检验是否在统一铅垂线上；（2）虽然基座整体以及角架是保持固定不动的，但是变换仪器后要重新检测是否处于整平状态，确保仪器对中；（3）更换棱镜的过程中要保证前后棱镜不得颠倒，否则会产生棱镜参数误差，影响测量结果的准确性；（4）为了提高测量精度，不仅要确保仪器的对中整平，更要确保测量点的对中符合测量标准和要求；（5）对同一目标支导线上的测量要保证进行至少两次的复测，尽量避免单次测量带来的偶然性误差；（6）每站要由二名技术人员分别独立进行数据检校和核对，在确保对算数据合格后，再进行搬站；（7）贯通前，要对实测资料进行精度分析，计算应严格按两人独立对算各项内外业要有检核。精度低于本设计时，要采取措施或重测；（8）贯通前50m要最后调整一次中腰线并固定；（9）测量前以及测量过程中要密切注意周围观测环境，排除一切影响测量精度的因素，如产生风流时，应及时采取挡风措施避免仪器的整平对中受到影响。
参考文献：
[1]崔利心，郭莉强.全站仪四架法在复杂条件下贯通中的应用[J].价值工程，2015（06）.
[2]张成校，顾和和.现代矿井贯通测量方案设计与误差预计[J].北京测，2012（02）.
[3]张强.全站仪测距系统误差及处理方法的探讨[J].测绘技术装备，2005（01）.