测绘新技术在煤矿巷道贯通测量中的应用研究

代佳东

(山西三元煤业股份有限公司， 山西 长治市 046013)

0 引言

测绘技术是测量与绘图的结合，主要运用于已有特征点及界线的测量，将光电技术、计算机技术、空间科学技术以及网络通讯技术等相融合，将自然地理要素测量后并绘制成图，该技术核心为地理信息系统、遥感与全球导航卫星定位系统。在测量前需要建立地面控制网及重力网，为后续的绘制工作打下基础。矿山地下开采过程中的测量工作受到其自身特殊性的限制，在测量中十分容易受到生产施工的干扰，使测量结果出现误差[1]。但其测量结果的准确性又与煤矿的开采安全及经济效益息息相关，若测量出现严重误差，可能会直接导致相关工作人员的生命安全受到威胁。为此将测绘新技术应用到煤矿巷道贯通测量工作中，为巷道的掘进指明方向，准确定位巷道开门位置，提高巷道贯通精度，为巷道之间、采空区之间、矿井与矿井之间相互贯通提供保障[2]。

1 测绘新技术在煤矿巷道贯通测量中的应用

1.1 独立坐标系建立

测绘新技术的应用需要在独立坐标系的基础上才能够发挥作用，坐标系统的正确选择是所有测量工作的基础，能够对测量成果的可靠性及准确性产生最直接的影响。矿区区域内所布设的测量地面控制网坐标，不仅要满足大比例尺地形测图的需要，也要保证施工放样的相关需求。如图1所示，假设存在椭圆柱面，横套在地球椭球体外面，使其与某一条子午线相切，使椭圆柱的中心轴穿过球体中心，并将椭圆柱面展开，得到平面直角坐标系。利用上述坐标系统，对实测导线的边长加以改正，具体见式（1）。

图 1 高斯-克吕格投影

式中，RS表示长度所在位置的椭球曲率半径；Lm表示测距边高出大地水准面的平均高程；ym表示距离两端点的横坐标平均值；D表示实际工程测量所得到的水平距离；D0表示归算到椭球面上的长度。

由式（1）可知，将边长由较高的高程归化面化算到较低的归化面时，其总体长度将会缩短；而将椭球面上距离化算到高斯平面后，其长度却有所增长。若想改变高程归化投影面，必须计算出新椭圆球体的相关参数，进行控制点坐标转换，获取新椭球面上的坐标值。这一过程十分复杂，在实际操作中，可以将其简化，不再改变高程归化投影面的位置，而是将中央子午线位置移动，满足测量工作的需要[3-5]。

1.2 贯通测量质量控制

贯通测量的质量控制是该工程当中的重要环节，将其划分为井下控制、地下部分控制以及地面部分控制3个部分。受井下实际环境的影响，其规范要求较难达到，井下巷道环境与地面上存在一定差异，大气条件有所不同，井下导线的布设需要由井底车场的起始边开始，一直沿着该矿井的主要巷道，以支导线的形式，始终向前延伸，随着延伸范围的增加，其测角误差也将逐渐增大，为避免其扩大到一定程度无法控制，每隔1000 m～2000 m加测陀螺定向边[6-8]。

井下的测量工作十分容易受到施工的干扰，导致在测量仪器的运用过程中难以精准把控，无法保证测量精度，为此需要在工程现场当场计算并准确记录，若出现数据与限差不符，则需要重新测量并进一步检查核实。测量时所持仪器需尽量对中整平，并采取相关的挡风措施，减少风力对测量准确性的干扰，且在测量后，再次进行二次测量，防止由工作人员疏忽所导致的测量误差。

1.3 距离测量与误差分析

光电测距的误差来源主要有调制频率误差、气象参数误差、周期误差、测相误差、照准误差以及仪器加常数测定误差等多种因素。调制频率误差的产生是由于所持仪器中的电子元件老化，使标准频率受到影响而产生误差，一旦出现调制频率误差，可以使用相关仪器加以鉴定，改正距离消除误差。气象参数误差的产生，则是由于实际工程现场的气压及气温与事先所设置的参数值存在较大差异，但通常情况下，这种差异所引起的误差不会对测量造成严重影响，可以在非精密测量时，将其忽略不计[9-10]。周期误差较为特殊的是，该项误差无法消除，只能在测量仪器的使用过程中尽量避免外部杂乱信号的影响。测相误差是由测相设备本身误差和幅相误差组成的，测相设备本身误差能够通过多次测量，取其平均值，即可减小所造成的影响，而幅相误差则需利用提高测量仪器性能的方式，减小所造成的影响。照准误差的形成很大一部分是由人为因素产生的。仪器加常数测定误差可通过多次测定减小。由此能够得知，测绘新技术虽然能够帮助煤矿巷道贯通测量工作的完成，但若想提高测量精度，仍需要在测量开始之前确定气象参数，校准测距仪器，严格遵守规范要求。

2 实验论证分析

为验证上述测绘新技术在实际应用中的效果，以西部某矿山为例，模拟所提出新技术在贯通测量当中的应用情况，并将其与现有技术相比较，得出实验结果。

由分析能够得知，贯通测量需要选择最佳路线，模拟西部地区的可选择路线见图2。

图2 实验地区模拟及路线选择

如图2所示，能够选择的路线有3条，第1条路线长度为2700 m，第2条路线长度为2900 m，第3条路线长度为3100 m。在实际施工过程中，受图形条件的限制，在3条路线中选择第1条作为贯通测量线路，该线路由一矿副井为起始，经过一六三五大巷，到三矿主井结束。西部地区采矿工作中，始终采取较为传统的测量仪器，已经无法满足工作的基本需求，在实验模拟当中，将选择防爆全站仪代替传统的测量钢尺与光学经纬仪，并借助GPS技术，完成地面的控制测量工作。采用静态定位法，施测 GPS 控制网，并将卫星高度保持在15°以上，且有效观测卫星数大于5颗，观测时长必须大于1 h。确保在观测过程中，接收天线机的定向标志所指方向为正北方，定位误差范围在5°以内。

由于所模拟的西部矿山海拔较高，结合实际情况，选择平均高程为1500 m的投影水准面，并将平均海水面的坐标值转化为高斯平面坐标值，具体见式（2）。

为保证实验的严谨以及实验结果的真实性，利用红外测距仪辅助完成地面控制工作，并保证两近井点的互相通视，在井口施测连接导线时互为后视点，以此消除起始边I-II的坐标方位角误差对贯通的影响。在地面高程的控制中，必须要满足《国家水准测量规范》当中的相关要求，其具体条件见表1。

表1 四等水准测量规定

满足上述规定后，开始模拟，由于所模拟贯通工程的导线较长，其斜井井筒长达 1050 m，为满足《煤矿测量规程》中的相关要求，将贯通相遇点水平重要方向上的偏差控制在0.3 m内，高程方向上偏差控制在0.2 m内，则能够得到最佳贯通点位置b0`与第i个导线点在b`轴上位置间的关系。

在上述内容的基础上，预计最佳贯通点在b`方向上的误差，以及贯通相遇点允许区间。并将现有技术方案的贯通相遇点的预计误差与所模拟的结果相对比，最终实验结果见表2。

由表2可知，在应用测绘新技术后，所得到的预计误差与现有技术相比明显有所改善，测绘新技术能够在煤矿巷道贯通测量工作中加以运用，使测量结果更加准确。

表2 实验结果对比

3 结语

对现有的煤矿巷道贯通测量技术加以分析，并结合工程的实际需求，提出测绘新技术，将其应用到贯通测量工作当中，由实验结果证实，测绘新技术的应用能够有效减小测量误差，相比现有技术，更加适用于煤矿巷道贯通测量工作，以期为相关领域的研究及创新提供参考。