悬挂带有铅垂吊坠棱镜测量方法在矿井中的应用.pdf

童 堪茬 斜 枝 l 6 3 悬挂带有铅垂 吊坠棱镜测量方法在矿井中的应用 陈海华 山西焦煤 集团公 司马兰矿 ，山西 古交0 3 0 2 0 5 摘要 悬挂带有铅垂吊坠棱镜测量方法是单一悬挂棱镜测距法的进一步延伸，通过在棱镜上方加挂铅垂吊坠来增加前后 视 棱镜的整体重量 ，提 高水平 角、倾 角及距 离测量精度的可靠性。 实践证明该方法能够满足采 区准备巷道及 回采工作 面测 量要求，提高工作效率，相对于单一的悬挂棱镜测距施测精度提高了一个等级。 关键词 悬挂铅垂 吊坠棱镜测量方 法 中图分类号T DI 7 5 文献标 识码B d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ．i s s n ． 1 0 0 5 2 8 0 1 ． 2 0 1 6 ． 0 4 ． 0 6 7 Appl i c a t i on o f t he v e r t i c a l ha ng i ng pe nda nt pr i s m m e as u r i ng me t h od i n t he m i n e Ch e n Ha i h ua S h a n x i c o k i n g c o a l g r o u p ， Ma L a n mi n e ， S h a n x i G u j i a o 0 3 0 2 0 5 Ab s t r a c t T h e v e r t i c a l h a n g i n g p e n d a n t p r i s m me a s u r i n g me t h o d i s f u r t h e r t h e e x t e n s i o n o f a s i n g l e p r i s m r a n g i n g me t h o d ， b y h a n g i n g v e r t i c a l p e n d a n t a b o v e t h e p r i s m， t o i n c r e a s e t h e p r i s m o v e r a l l we i g h t ， a n d i mp r o v e t h e l e v e l a n g l e ， d i p a n g l e an d d i s t an c e me a s u r e me n t a c c u r a c y ． P r a c t i c e s h o ws t h a t t h e me tho d c a n me e t t h e mi n i n g p r e p a r a t i O n r o a d wa y a n d mi n i n g f a c e me a s ur e me n t r e q u i r e me n t s ， i mp r o v e wo r k e ffi c i e n c y , c o mp a r e d wi th t h e a s i n g l e p r i s m r a n g i n g me tho d， t h e me a s u r e me n t a c c u r a c y i s i mp r o v e d Y o n e g r a d e ． Ke y wo r d s s u s p e n s i o n v e r t i c a l p e n d a n t p r i s m me a s ure me me tho d 由于矿井地质条件复杂多变 ，井下特殊的环境 条件 ，以及局部巷道内通风量的增加 ，巷道内行车 行人较多，导致井下测量受风大、地形等各方面条 件因素的制约，施测难度较高，一般采用前后棱镜 悬挂式测量法 ，以提高施测效率，其中难度尤其突 出的是前后视照准觇标悬挂的稳定性。鉴于此种情 况，马兰矿地测科成立课题攻关小组 ，通过研讨反 复论证实验，最终确定在井下测量中使用 “ 悬挂带 有铅垂吊坠棱镜测量方法”，即带有铅垂 吊坠圆棱 镜作为前后视距离、倾角测量的照准觇标，用于井 下采区控制导线测量和回采工作面导线测量。 l 带有铅垂吊坠棱镜概述 伴随着马兰矿矿井采掘深化，采区巷道距离逐 渐增加，测量任务繁重，对测量精度要求也有所提 高。加之井下高瓦斯区域用风量增加 ，风速加快 ， 严重影响了角度测量 、 距离测量和高程测量的精度 ， 造成测量成果精度有所下降。传统的单一悬挂棱镜 测距方法由于棱镜质量较轻 ，受巷道内风速影响， 收稿 日期2 0 1 5 1 2 2 8 作者简介陈海华 1 9 8 2 。 ，男，大学本科，助理工程师，现 供职于山西西山煤电股份有限公司马兰矿，主要从事矿山测量技 术 工作。 棱镜容易前后左右摇摆 ，所测水平角、倾角及距离 精度较低，严重制约井下测量精度的进一步提高， 给安全生产埋下隐患。为解决存在的隐患 ，马兰矿 地测科决定使用带有铅垂吊坠的棱镜作为前后视距 离 、倾角测量的照准觇标，以减弱风流对测量精度 的影响 。 2 带有铅垂 吊坠棱镜测量方法的原理与检验 现今 ， 西山煤 电集团公司本部各矿 L e i c a 徕卡 全站仪使用率在 8 0 ％左右 ，与其相匹配的圆棱镜作 为井下测量中距离和倾角测量的觇标。传统的前后 视架设三脚架导线测量方法 ，施测时需要携带三套 三脚架、两套带基座棱镜 、一台全站仪。施测时至 少需要六个人 ，携带仪器设备 比较多，不仅浪费人 工成本、测量时间，还增加了设备损耗 ， 现今大部 分矿井已不再采用此种测量方法。 2 ． 1 带有铅垂吊坠棱镜测量方法的原理 在 L e i c a 圆棱镜上方 以线绳打结悬挂于测点下 方作为测量觇标。这是一种井下测量技术上的创新， 然而受 L e i c a 圆棱镜质量轻，线绳所系位置也未必 正好位于测点铅垂线上以及受巷道内风流的影响， 棱镜容易前后左右摇摆 ，测量精度难以得到有效保 l 6 4 东 穗系 舛技 2 0 1 6 年 第 4 期 障。现通过在圆棱镜的 上方加T与圆棱镜相匹配的 铅垂吊坠 ，使圆棱镜的质量加重，与棱镜形成一个 有机整体 ，悬挂起来稳定性增强 ，减少外界环境对 悬挂圆棱镜的影响，从而保证了测量精度的要求。 制作铅垂 吊坠的方法首先使用游标卡尺量取 L e i c a 圆棱镜基座上与圆棱镜接触部位具体尺寸， 绘制吊坠加_丁图，由加工部门按照图纸使用 3 0 mm 圆钢加_丁成型。吊坠上部打有系线绳的小孔 ，下部 装置正好能装入棱镜上相应大小的棱镜孔槽内。加 工好的铅垂 吊坠的重量为 0 ． 5 k g ，相当于给圆棱镜 增加 了一个垂球 的重量 。铅垂 吊坠 的设计 图纸见 图 1 ，带有铅垂 吊坠圆棱镜实物 图见 图 2 。 图 1 圆棱镜 铅垂 吊坠设计 图 图 2 带有铅 垂 吊坠圆棱镜 买物图 2 ． 2 带有铅垂 吊坠棱镜测量方法的检验 通过使用两台在检定合格有效期内的 L e i c a 全 站仪对已加装好铅垂吊坠的圆棱镜进行检验，首先 在不受外界因素影响的地方悬挂好带有铅垂 吊坠圆 棱镜 ，再分别在距 圆棱镜 5 0 m和 1 0 0 m 距离可以 任意变化 处架设仪器 ，用两台全站仪望远镜中的 十字竖丝正镜和倒镜瞄准测点线绳上部，缓慢向下 调 节仪器垂 直微动螺旋 ，观测铅垂 吊坠上部 已系好 的线绳是 否和棱镜 中心垂直重合 ，如果发 现两者不 重合，及时更换吊坠，直至重合为止；最后再进行 一 测 回的距离 和倾角观测 ，同一测 回距离互差值 ≤4 mm， 倾角互差值≤1 5”即为合格。 按上述方法， 重新悬挂好圆棱镜和架设仪器，反复进行多次观测， 并且 由两名以 测量人员进行观测校验 ，从而保证 加装 的铅 垂 吊坠的中心和棱镜 中心是在 同一铅垂线 上 ，以及在测点下悬挂的稳定性。经过检验合格以 后就可 以投入到井下测量实际 中使用 。 3 悬挂带有铅垂 吊坠棱镜测量方法的实践应用 悬挂带 有铅垂 坠棱 镜测量 方法保证 了棱镜 中心 与导线点位于同一铅垂线上 ，水平角、倾角和距离 测量 精度 比较 稳定可靠 ，加 装的铅垂 吊坠对风 流影 响悬 挂觇标 的稳定性有较好 的抑制 作用。经过测 量 人员一 系列 的分析 比对后 ，此种方法 用于井下测量 ， 不仅能够满 足 日常 的延测 导线 的使 用 ，还能进 一步 提高三角高程测量 的精度 。 通过两年多来测量人员在井下测量实践 ，取得 良好的效果。以马兰矿南五采区 1 2 5 1 3 作面导线 测量数据为例，经过导线闭合成果计算得出导线 相对闭合差达到 1 ／ 2 6 0 0 0 ，水平角闭合差为 2 3 ” ， 角高程闭合差为 6 7 mm，完全满足采区控制导线 1 5 ” 级的要求 ，甚至达到了基本控制导线 7 ” 级的要求。 综合几个回采工作面的测量数据，得出采用悬挂带 有铅垂坠棱镜测量方法测量精度为测距时一测回 内距离读数互差不大于 3 mm，倾角互差小于 1 5 ” ， 工作面相对闭合差不大于 1 ／ 6 0 0 0 ，完全满足 煤矿 测量规程 对距离和倾角观测以及相对闭合差的规 定 。 4 结 语 悬挂带有铅垂吊坠棱镜测量方法 与其他各种悬 挂棱镜测量方法相比较具有其特有的特点 1 悬 挂带 有铅 垂 吊坠棱 镜 测量 方法 与单 一 悬挂棱 镜 圆棱镜 测量方法相 比较 井下 测量 ⋯ 般以线绳作为水平角照准标志 ，L e i c a 网棱镜作为 倾角及距离测量 的照 准标志 ， L e i c a 网棱镜质量较轻 ， 受风 流的影响 摆动 比较 大 ，严 重制约着水 平角 、倾 角和距离测量精度。使用带有铅垂吊坠的棱镜测量 下转 第 1 6 6页 1 6 6 山 堪系 舛技 2 0 16 年 第 4 期 于不断增加的过程。但经过几年的疏放 ，这种增加 的趋势在逐渐减缓 ，趋 向于稳定 。 3 ． 2 方 法选择 本文采用水文地质比拟法进行涌水量预算。水 文地质比拟法是利用地质、水文地质条件相似 、开 采方法相同的生产矿井的水文地质资料，来对新矿 井或未开采区域的涌水量进行预测 ⋯ 。水文地质比 拟法是一种近似的预测方法 ， 它的优点是计算过程 简单，经济适用，比拟得当，效果较好 [2 - 3 1 0 ， 、 I ， LJ I 1 ． 一r J L - ． I ～ _ _ ■ ■ ’ ■ ● 『 一 ．I矿 井 凛 水 萤 图 1 矿 井涌水量 变化 图 3 _ 3 3 砂 涌水量预算 3 ． 3 ． 1 公 式选择 采用本矿井 已开采区域作为比拟对象 ， 式如下 深 S o 9 1 4 ． 9 7 m，矿井 3砂涌水量采用近一年平均值 Q o 3 9 3 m ／ h 。 根据矿井规划下一步矿井主要开拓开采区域为 一 、三采 区和部分二采区。3煤开采标高为 一 6 6 0 ～ 一 9 5 0 m，水位降深 S 9 8 4 ． 9 7 m。平面形状为不规则 的多边形 ，面积 约 F 1 2 3 8 9 0 0 0 m 。 将上述数据代人公式 1 得矿井 3砂正常涌 水量为 Q 5 8 3 m ／ h 。 3 ． 4 三灰涌水量预算 未来开采条件与 目前基本一致 ，根据 日前疏放 水条件 下的水压 观测资料分析 ，已经形成 了以疏水 孔分布区为中心的降落漏斗区。疏水孔分布区及其 周边区域三灰水压普遍降到安全水头以下。因此， 通过 目前 的疏水 方案 ，三灰含 水层基本 } 不会产 生 突水的危险， 2 0 1 5 年矿井 灰疏放量稳定在5 6 4 m ／ h 。 全矿井总正常涌水量为 3 砂与 灰正常涌水量 之 和 ，即 Q E 常 5 8 3 5 6 4 1 1 4 7 m ／ h ，按 2 0 0 7 - 2 0 1 4 年矿井总涌水量不均匀 系数 1 ． 2 3 计算未来矿井 最大 涌水量为 Q最 大 1 4 1 l m ／ h 。 计算公 4 结论 Q √ ㈩ 式 中 Q 一 3 砂正常涌水量 ，1 “1 1 ／ h ； Q 。 一 3 砂实测正常涌水量 ，m ／ h ； 一 目前开采面积 ，m。 ； 预计开采面积 ，m ； s 一目前水位降深 ，m； 预计水位降深，m。 3 ． 3 ． 2 参数选择 目前井 巷 面积为 F o 6 0 5 7 2 0 0 m ，3 砂 原始水 位 标高 Ho 3 4 ． 9 7 m，最低开采标高为 一 8 8 0 m，水位降 在充分 总结矿井水 文地质 条件 及开采 以来涌水 量资料 的基础 一 卜 ． ，选 取近 几年 的矿井实j 贝 4 涌水量作 为比拟对象 ，采用水文地质比拟法对龙 固煤矿矿 井 涌 水量 进 行 预 测。 经计 算 ，矿 井 正常 涌 水 量 为 1 1 4 7 m ／ h ，最 大涌水 量 为 1 4 1 l m ／ h 。未来 5 年 开 采 条件与目前基本一致 ，结果符合矿井实际。 【 参考文献 】 [ 1 ] 陈兆炎， 苏文智， 郑世书等 ． 煤田水文地质学 [ M】 北京 煤炭 工业出版社 ， 1 9 8 9 1 7 4 1 7 5 ． [ 2] 赵 勇军 ， 汪佩 ． 城郊煤矿矿井涌水量预测研究 山西焦煤科技 。 2 0 1 1 9 2 8 3 0 ． [ 3] 刘娟， 杨国勇， 孟茜． 新驿煤矿矿井涌水量预测 l J l 山 东煤炭科技 ． 2 0 0 8 1 7 4 7 6 ． 上接 第 1 5 8页 方法 ，克服了风流的影响，显著的提高测量精度。 2悬挂带有铅垂 吊坠棱镜测量方法与悬挂 棱镜 圆棱镜 下方增加垂球测量方法法相 比较 在悬挂棱镜下方增加垂球，是在圆棱镜塑料下方打 孑 L 通过线绳将垂球固定来增加垂球质量。此种方法 弊端是垂球稳定性不足，旋转度较大 ，打孔位置不 易掌握，棱镜上方仍 以线绳打结无法保障中心位置 与棱镜位于同一铅垂线上 ，携带不甚方便。而在悬 挂带有铅垂吊坠的测量方法 中，悬挂线绳与铅垂 吊 坠，前两者又与棱镜契合为一体，能够有效地克服 上述 弊端 。 3 悬 挂带 有铅 垂 吊坠棱 镜 测量 方法 与悬 挂 全 圆棱镜 测量方法相 比较 全 圆棱 镜虽然在 重量上 有保证 ，但在全圆棱镜悬挂好以后，受其形状规格 影响照准 目标 全圆棱镜 极易发生旋转 ，因此在 测设倾 角时 无法确定所测 量是否 为全圆棱镜 中心 ； 全圆棱镜相邻观测面的中心不在同一高度上 ，前后 下转 第 1 6 9页