在井巷工程中运用伪倾角法标定巷道施工腰线的探讨_王忠强.pdf

2020年第10期西部探矿工程 * 收稿日期 2020-04-14修回日期 2020-04-14 作者简介 王忠强 （1987-） ， 男 （汉族） ， 山西灵石人， 工程师， 现从事矿山测量工作。 在井巷工程中运用伪倾角法标定巷道施工腰线的探讨 王忠强* （汾西矿业集团两渡煤业有限责任公司， 山西 晋中 031302） 摘要 在矿上测量工作中， 腰线标定是一项重要任务。对于短距离的慢速掘进巷道， 常常运用伪倾 角法标定施工腰线。结合井巷工程的实际施工情况， 对运用伪倾角法标定巷道腰线的原理、 实际问 题及解决办法做了详细的分析， 为在矿山测量工作中， 更好的运用伪倾角法提供了参考。 关键词 矿山测量； 巷道； 腰线； 伪倾角 中图分类号 TD353 文献标识码 A 文章编号 1004-5716 （2020） 10-0113-03 1伪倾角法标定巷道施工腰线的原理 伪倾角法标设腰线的原理如图1所示。A、 C点为 巷道中线方向的腰线点， AC的倾角为巷道设计的倾角 α， B 点为垂直于 AC 线在巷道帮上与 C 点同高度的 点。那么， AB线的倾角就不在是巷道倾角α了， 而是伪 倾角α′。由图1可知 tanα CC′ AC′ ，tanα′ BB′ AB ， CC′BB′ 可得出 tanα′ tanα AC′ AB 即 tanα′ tanαcosβ（1） 式 （1） 即为伪倾角法标定巷道腰线的理论公式。 根据巷道设计的坡度α， 以及标定现场测定的水平夹角 β， 即可求出此方向的伪倾角α′， 便可以直接在巷道帮 上标出与C点同高的腰线点B。因为AC为巷道中线， 故图中ββ′， 巷道另一帮的腰线点的标定并不需要计 算， 直接运用标定B点时的数据， 即可标出D点。运用 同样的方法， 可以在标出多组腰线， 此时标定的腰线所 指示的坡度即为巷道施工坡度， 腰线标定工作结束。 2伪倾角法在实际运用中遇到的问题及解决办法 2.1巷道施工指向线为偏中线的情形 在井巷工程中， 由于巷道空间限制及施工需要等 原因， 巷道施工指向线往往不能布设为巷道施工中 线。再返回图1中来看， 也就是说AC的连线不是中 线， 这就导致图中的水平角β≠β′。如果在这种情况下 运用伪倾角公式计算腰线点， 所得出的B、 D不论在纵 向上， 还是在横向上都不会对称， 即其连线将会是一条 不垂直于巷道施工方向的斜线， 将无法准确指示巷道 施工坡度。那么对于这种普遍存在的情况我们该如何 处理呢下面我将提供两种方法。 2.1.1伪倾角法结合坡度规及卷尺完成腰线标定 如图2所示， 首先将全站仪架设在O点处， 在O点 处先标出第一组腰线点， 然后运用伪倾角法计算出位 于巷道左帮一侧的腰线点B， 之后再在BB′方向用线绳 挂坡度规， 使坡度规倾角保持 0。之后用线绳连接 AA′， 然后在靠近 AB 和 A′B′的两帮附近， 用卷尺量 AA′、 BB′间的距离， 同时在保持BB′方向坡度规水平 的前提下前后移动线绳， 使卷尺读数相等， 此时BB′自 由端所对应的位置即为B′点的最终位置。 2.1.2公式法 由图1中可知， 当AC连线不是巷道中线时∠β≠ ∠β′， a≠b。如果使用伪倾角法确定了一侧腰线点， 另 一侧对应位置的腰线点， 是无法通过第一节中讲述的 113 2020年第10期西部探矿工程 方法直接确定出来的。这就需要用到施工偏中线的参 数。如图1中所示， a为施工偏中线距巷道左帮的距 离， 即B′C′； b为偏中线距巷道右帮的距离， 即C′D′。 可知 tanβ a AC′ ， tanβ′ b AC′ 由上式可得 β′arctan btanβ a （2） 用全站仪现场拨出角度β′， 在运用伪倾角公式 tanα″tanαcosβ′（3） 求出另一侧的伪倾角α″， 全站仪调出此倾角， 此时 即可标出D点。理论上此时的BD连线是水平且垂直 于巷道的腰线。据此方法可标定出多组施工腰线。 2.2巷道不可避免的存在超欠挖 在2.1节中所讲的方法， 从理论上看都很好地解决 了伪倾角法标定巷道腰线时存在的问题， 但在实际应 用中仍然存在不足。从图1中我们不难看出， 上述方法 成立的条件， 都是建立在巷道两帮完全符合理论要求， 即不存在超欠挖的前提下的。但在实际施工中， 巷道 在任何方向的超欠挖都是不可避免的。那么又如何运 用上述的方法更准确地标出巷道施工腰线呢 如图3中俯视图所示， 理论上使用伪倾角法标定出 的腰线位置应该在OO′处， 图2中当巷道左帮存在欠挖 的话， 在保证巷道宽度符合设计要求的前提下， 其对应 的右帮位置必然会超挖， 此时使用伪倾角法标定出的 施工腰线将会是斜线AB′， 这是巷道超欠挖导致的在 巷道延伸方向上的偏差。由图2可知这个偏差值的大 小为OC的长度。即 OC AC tanβ （4） AC为巷道超欠挖的大小。 如图4中立体图所示， 使用伪倾角法计算出伪倾角 α′， 此时视线与设计左帮的交点应为O点。当左帮欠挖 时， 视线将会与左帮提前交汇于A点， 此时A、 O两点 间会存在一个高差OA′。 OA′AA′tanα′（5） AA′即为巷道超欠挖的大小。 由式 （4） 、 式 （5） 我们不难发现， 用伪倾角法标定巷 道施工腰线的过程中， 由巷道超欠挖引起的水平和竖 直方向的偏差， 与巷道超欠挖的大小成正比。 3总结（下转第118页） 114 2020年第10期西部探矿工程 共完成线束 16 束， 施工面积 17.52km2， 满覆盖面积 11.32km2， 勘探面积10.81km2， 共完成生产物理点5420 个， 试验物理点87个， 总物理点5507个， 为全面完成地 质任务奠定了良好的基础。随后根据本区的特点， 选 用了正确的处理流程， 处理中选用合理的参数， 获得了 较高品质的三维数据体。 （1） 查明了勘探区内8煤、 13煤、 15煤和17煤层落 差大于等于5m的断层， 并对小于5m的断层予以了解 释， 全区共解释断层20条， 其中正断层19条， 逆断层1 条， 走向多为NE或NNE向， 对所解释的20条断层按 可靠程度进行了分类， 其中可靠断层7条， 较可靠断层 10条， 控制较差断层2条， 未评级断层1条； 按落差大小 分类， 落差大于50m的断层1条， 31～50m的断层1条， 11～30m的断层6条， 5～10m的发现新11条， 小于5m 的断层1条； （2） 查明了勘探区内8煤、 13煤、 15煤和17煤层的 底板起伏形态， 勘探区内煤层底板起伏形态总体上为一 倾向SEE的单斜构造， 频角在东部和西部较大， 中部较 小。在探区西北部发育有向斜构造，其轴向为近SN向； （3） 查明了区内各主要煤层露头位置， 没有发现明 显地质异常体； （4） 由于勘探区新生界、 白垩系砾石层反射波较 强， 加上煤层层数多， 地震地质条件较复杂， 深部煤层 反射波同相轴局部欠佳， 对资料解释有一定影响， 因此 可能造成小断层解释上的遗漏或误判； （5） 由于探区内白垩系底界面反射波不甚发育， 煤 层露头主要根据煤层反射波消失位置确定， 因而可能 造成地震解释上的误差； （6） 由于DF1、 DF2， DF3断层切割新生界和白垩系 砾石含水层， 建议矿井据进生产时， 提前做好防治水等 工作。 参考文献 [1]李亚哲，黄文涛.三维地震技术在鄂尔多斯盆地东北部煤田 构造特征勘探中的应用研究[J].煤炭技术，2019，38481-83. [2]魏书宏，王建青.煤田三维地震勘探构造解释成果准确率评 价标准探讨[J].中国矿业，2018，277135-138. [3]高振宇，孙黄利，杨茂林，王淑燕.寸草塔煤矿精细三维地震勘 探技术与应用[J].煤矿安全，2018，49S136-39， 44. [4]杨辉.三维地震勘探技术在复杂地表条件下的应用[C]∕∕2017 煤炭安全高效绿色开采地质保障技术研讨会论文集，中国 煤炭学会、 中国地质学会煤炭地质专业委员会、 中国煤炭工 业安全科学技术学会水害防治专业委员会、 煤炭工业技术 委员会煤矿防治水专家委员会、 陕西省煤炭学会煤炭地质 及环境保护专业委员会中国煤炭学会，2017. [5]王家彬，周月明.三维地震勘探在娘姆特煤矿首采区的应用 [J].煤炭技术，2017，361133-135. [6]胡勇.三维地震勘探技术[N].中国矿业报，2017-03-04006. [7]杜文凤，彭苏萍，师素珍.基于三维地震勘探研究地裂缝空间 展布特征[J].岩石力学与工程学报，2016，354778-783. [8]任小丽.三维地震勘探技术在三塘湖煤田的应用[J].工程地 球物理学报，2016，135646-651. [9]刘志刚，张耀文，连海宁.三维地震勘探技术及其应用分析[J]. 世界有色金属，20167125-126. [10]李元杰.三维地震勘探技术在鄂尔多斯盆地煤田勘探中的 应用实例[J].西部探矿工程，2015，278113-114，117. （上接第114页） 通过以上的探讨， 我们可以总结出以下经验 （1） 现场施工人员要严格按照给定的施工中线施 工， 严格控制超欠挖； （2） 在运用伪倾角法标定腰线时， 要选择正常断面 处标定； （3） 在现场施工条件差， 巷道断面成型无法保证的 情况下， 应当选择2.1节所述的第一种方法进行标定。 这样可以使两侧腰线点的偏差一致， 从而减小腰线标 定的误差。 我们现在所探讨的伪倾角法标定施工腰线， 主要 适合在井巷工程中施工距离较短、 掘进速度较慢的巷 道中运用。对于长距离、 快进度的巷道， 我们普遍使用 激光指向仪指示巷道中腰线。在科学技术突飞猛进的 今天， 矿山测量中也运用到了不少新技术、 新方法， 但 由于井巷工程会受到诸多客观条件的限制， 导致传统 的测量技术仍然是矿山测量中的主要手段。这就要求 我们测绘工作者， 要勇于创新、 敢于担当， 为矿山测量 工作高效率、 高精度发展贡献力量。 参考文献 [1]张国良，朱家钰，顾和和.矿山测量学[M].徐州中国矿业大学 出版社，2008117-118. [2]高井祥，肖本林，付培义，等.数字测图原理与方法[M].徐州中 国矿业大学出版社，2005. 118