一种新型巷道剖面测量方法的应用

闫昆鹏 YAN Kun-peng；刘峰 LIU Feng

（山东省济宁市兖矿集团济宁三号煤矿，济宁 272169）

摘要： 随着矿巷道施工进度加快，施工地点增多，地质条件日渐复杂，传统巷道地质素描剖面的绘制方法并不能在高效高精度上直观上同时得到保证。兖矿集团济宁三号煤矿与河海大学联合研究新型巷道剖面素描方法解决了这一难题。

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关键词 ： 测量仪；快速；剖面测量

中图分类号：P204 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）24-0075-02

作者简介：闫昆鹏（1986-），男，山东济宁人，兖矿集团济宁三号煤矿地质测量科，硕士，助理工程师。

0 引言

在煤矿生产过程中，井巷地质编录时，不但要文字描述和记录数据，而且要现场绘制巷道剖面草图和典型地质现象的细部素描图[1]。

传统巷道地质素描剖面的测量方法：①巷道坡度依靠测绳加坡度规。②传统的测量方法是光学经纬仪测立角（即垂直角）拉尺量距法[2]。地质构造素描则纯粹依靠人工观测量取。第一种方式水平落后，效率低，测量精度也得不到保证。第二种方式，施测较繁琐，需要专门的井下测量工，实际济宁三号煤矿地质工和测量工是有明确的岗位区分的。

该矿与河海大学新近联合研制出新一代剖面测量仪，它依靠手持式激光测量设备，灵活运用井下导线测量原理，创新出一套快速，精确测量巷道坡度的方法。

1 巷道剖面素描传统与新式方法的对比

1.1 传统巷道剖面测量方法

该矿现执行的老式的巷道剖面素描方法为：以一导线点为起始点，两名人员站立于同一坡度段的两端，将测绳两端置于巷道底板以上同一距离，勒紧测绳，使其与巷道底板尽量平行，第三名人员使用坡度规置于测绳上量取并记录坡度、测绳长度，然后重复，至附合至下一导线点。其缺点主要有：测绳在长距离时发生下坠变形，造成坡度不准确；即使在短距离时，因测绳抖动，坡度规使用者也难以得到准确读数。坡度规在长期使用中变形，读数不准确。测绳基本单位为米，坡度规基本单位为度，造成估读误差大。测量至少需要三人，且耗时长，在简单地质条件下，每班次测量距离不超过600m。

1.2 新式巷道剖面素描方法

利用手持式激光测距仪（具备快速、精确的激光测距功能，测程可达100m，精度为1mm。集成了倾角传感器，可以测得±45°的倾角，精度为0.3°。具有激光束指示目标功能）模拟井下测量施放导线点工作，以某一导线点为基准点前视测量得到一系列“导线点”，将这些“导线点”连接就得到巷道剖面图形。如图1示：变坡点与导线点A平距为：L*cos α，高差为：H1+Lsinα-H2（α仰角取正值，俯角取负值）。

具体操作方法：

第一步：人员甲在起始导线点下架设仪器，对中整平，开机，调整激光方向，使其与巷道掘进方向一致（可通过井下测量所施放的偏中线快速实现）。

第二步：量取仪器高H1，调整仪器上下角度使激光保持在巷道内，确保激光线打到下一导线点且不被顶底板阻挡。

第三步：人员乙将反光牌移动至所要测的变坡点位置。

第四步：使用激光剖面测量仪测量测站至反光牌的斜距L、倾角α、反光牌高度H2，由人员乙或第三人记录数据。

第五步：在测过两导线点间所有变坡点后，仪器搬至下一个导线点处，重复第一步至第四步的操作完成其它测站的剖面测量工作。

测量数据记录簿（点号1为导线点自身）如表1。

将记录的巷道剖面数据按规定的格式录入到电脑表格文件中，再载入到软件程序中，计算各点高程，并自动生成CAD格式巷道剖面图（图2）。

在实际操作过程中需注意：

①调节仪器的倾角、使激光点落在反光牌上，与保持激光不动、用反光牌去寻找激光点相比要困难的多，故而应尽量保持仪器高H1，倾角α不变动，单纯靠调节反光牌高度来完成测量。

②由于各变坡点数据不能附合至下一导线点检验，所以倾角α的正负值一定要区分清楚。

1.3 新旧测量方法实际应用比较

笔者在123下09辅顺N12910—N12014点之间用新旧两种方法进行精度与速度的比较。已知各导线点间平距与高差如下：N12910— N12912平距81.3m，高差ΔH=1.4m; N12912- N12914平距56.4m，高差ΔH=1.3m；使用旧方法测得数据如表2。

计算后得出，N12910-N12912平距80.4m，高差ΔH=1.0m; N12912- N12914平距56.8m，高差ΔH=1.9m；与实际数据比较，平距误差较小，而高差相对较大。使用新方法测得数据表3。

将数据导入软件后得出，N12910—N12912平距81.55m，高差ΔH=1.43m；N12912—N12914平距56.17m，高差ΔH=1.20m；与实际数据比较误差很小，比传统操作方式精度大为提高。

所用时间为原方法11分钟，新方法9分钟，差别不大，原因为人员操作熟练度不够。在人员占用上，新方法优势明显：使用旧方法作业时需3-4人操作，甲乙执测绳，丙使用坡度规，丁观测地质情况并记录（简单条件下可由丙兼任）；而新方法仅需2-3人，甲操作仪器，乙操作反光牌，丙记录（简单条件下可由乙兼任）。可预见人员操作熟练后，工作效率将大为提高。

2 结论分析与存在问题及解决方案

2.1 结论分析

通过实际应用对比得出：使用激光测量仪进行巷道剖面测量不仅大大缩短了作业时间，其精度更是传统方法无法达到的，同时还减少了巷道剖面测量所需人员的数量。

2.2 存在问题及解决方案

①新方法对人员操作水平要求较高，对于地质工而言需要一定的测量技能支撑，目前人员熟练度欠缺，需进一步提升操作技能。②在剖面测量中由于各变坡点之间联系被切断，不能视为复合导线来进行错误检验，作业风险提高，同时激光测距仪激光在长距离发射时会发散，会对读数有较大影响，所有数据需两遍以上读数确认。③井下割煤，放炮、走车形成的烟雾对使用剖面测量仪造成很大影响，严重时测距仪有效测程仅为20m左右。可及时联系区队，尽量在转换，维修期间进行测量。④由于操作人员互相相距较远（之前一般在30m范围内，现在最远80m左右），井下噪音对记录数据造成很大困扰。解决方案同上，或考虑使用井下通讯器材。

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参考文献：

[1]胡绍祥，李守春.矿山地质学[M].中国矿业大学出版社，2003：276-281.

[2]牛遂旺，王宝山，洪继詹.井下巷道剖面图测量方法的探讨[J].矿山测量，2006（04）：1-2.

[3]杨建华，张广学，毛羽丰.摄影测量技术在巷道迎头面地质编录中的应用[J].煤矿现代化，2012（04）：1-2.