巷道施工测量

巷道施工测量是矿井工程的日常测量工作。其主要任务是按照设计要求，标定各种巷道的掘进方向，以便施工。具体任务包括：①标定巷道中线，以指示巷道在水平面内的掘进方向。②标定巷道腰线，以指示巷道掘进的坡度和底板高程，即控制巷道在竖直面内的掘进方向。③填图测量，即将已掘巷道测量并填绘在矿图上，以便了解工程的进展情况。上述任务，是在控制测量的基础上进行的。

巷道和工作面测量的仪器除经纬仪和水准仪外，还采用精度比较低的简易仪器，例如矿山罗盘仪、连通水准管、测绳、布卷尺等。整套的矿山罗盘仪包括挂罗盘仪和挂半圆仪两部分，挂罗盘仪是利用磁针受地磁吸引而指向南北的特性来测定磁方位角的低精度仪器；挂半圆仪是一种测量倾斜角的简便仪器，一般用铝质的轻金属制成。连通水准管是测高差和标设腰线用的简易工具。

在进行巷道施工测量之前，应详细检查有关设计图纸资料，了解设计巷道的性质和用途，弄清新老巷道、采空区之间的位置关系，以及设计巷道周围的水、火、瓦斯等情况，并对设计巷道的各种几何要素进行验算，进而确定测量方法和精度要求。

一、巷道中线的标定

标定巷道中线就是给定巷道平面内的掘进方向，一般新开巷道标定中线的过程如下。

（一）初步标定巷道开切点和临时中线

标定巷道开切点和临时中线一般用挂罗盘仪、皮尺或经纬仪等工具，其标定步骤如下。

1.确定标定数据

标定数据可以用图解或解析的方法予以确定。一般次要巷道开切时，通常用图解法确定标定数据。在图14-27中，虚线表示设计巷道，AB为新开巷道的设计中线，4、 5点为原有巷道的导线点。在大比例尺图或原图上，定出交点A，用比例尺量取距离S4A和S5A，用量角器量4—5导线边与AB中线间的水平夹角β。

图14-27 开切点平剖图

解析法则是根据4、 5点的坐标、设计巷道的起点A的坐标、设计巷道AB中线的坐标方位角计算出边长S4A和S5A及水平夹角β。

2.实地标定巷道开切点和临时中线

实地标定巷道开切点和临时中线一般用皮尺和罗盘仪进行。如图14-27所示，首先用皮尺从点4沿4—5方向量取距离S4A，用临时标志在巷道顶板定出A点，然后将线绳的一端拴在A点上，并拉紧另一端至开切帮，挂上罗盘仪，左右移动开切帮一端的线绳，根据AB中线的磁方位角值α′AB和罗盘仪的指示确定开切巷道中线方向。在中线方向于开切帮上标出a点，则A和a点就组成了一组中线点，指示巷道的开切方向。

在图上量取或计算的开切巷道中线的坐标方位角αAB与其磁方位角αA′B的关系是：

式中， Δ为磁偏角，东偏为正，西偏为负。

此外，亦可用经纬仪和皮尺给出巷道开切方向。

（二）精确标定直线巷道的中线

当巷道掘进4～8m后，应用经纬仪重新标定一组中线点。每组点均不得少于3个，点间距离以不小于2m为宜。首先根据解析法所确定的标定数据β和S4A 、 S5A（图14-27），在4点安置经纬仪，瞄准5点定向，量出S4A精确定出开切点A。然后将经纬仪安置在A点，测设β角，在获得的方向上标定1、 2两点。由A、 1、2三点组成一组中线点，用小钉在棚梁（或顶板）上分别予以标志。

二、曲线巷道中线的标定

井下车场和运输巷道转弯处或巷道分岔处，一般是用圆曲线巷道连接。曲线巷道的起点、终点、曲线半径和转角（曲线中心角）在设计图中都有规定。

曲线巷道中线是弯曲的，不能像直线巷道那样直接标定出来，而只能在小范围内用分段弦线来代替圆弧线，用折线代替整个圆曲线，并实地标定这些弦线来指示巷道掘进的方向。圆曲线巷道中线的标定方法很多，这里介绍一种常用的方法：经纬仪弦线法。图14-28所示为一曲线巷道，已知曲线巷道起点A、终点B、曲线半径R和中心角α。

1.计算标定数据

设将曲线n等分，则每弦所对圆心角为，弦长为：

由图上可以看出，起点A和终点B处的转角为：

中间各弦交点处的转角为：

弦长l、转向角βA、βB、β1、β2、…称为曲线巷道中线的标定要素，根据这些要素即可在实地标定曲线巷道的中线。

图14-28 弦线法计算图

图14-29 弦线法标定图

2.实地标定

如图14-29所示，当巷道掘进至曲线起点位置A后，先标定出A点，然后在A点安置经纬仪，后视直线巷道中线点P，测设转向角βA，望远镜视线方向即第一分段弦线A1方向。倒转望远镜在已掘巷道中于A1的反方向线上标出中线点α′、α″，则α′、 α、A三点组成一组中线点，指示A1段巷道掘进。″当巷道掘至1点处时，再次于A点安置经纬仪，测设角βA和弦长l准确标出1点，并将其固定在顶板上。然后将仪器安置于1点，后视A点，拨角β1，得到第二段弦线12的方向。倒转望远镜在已掘巷道中于12的反方向线上标出中线点1′、1″，用1′、1″、1三点指示12的掘进方向。其余类推，直至巷道的终点B为止。

使用弦线法时，等分个数n的确定原则主要是在保证曲线形状的前提下使转折点尽量少、弦两端通视且便于施工。一般先绘制比例尺1∶50或1∶100的大样图，在图上确定。

三、中线的延长

在巷道掘进过程中，掘进工作面炮眼的布置、支架的位置或砌璇模板的安置都是以巷道中线为依据的。掘进人员应随时根据中线点在工作面标出巷道中线位置。在巷道掘进过程中，中线的延长通常采用以下方法。

图14-30 瞄线法

图14-31 拉线法

（一）瞄线法

如图14-30所示，在中线点1、 2、 3上挂垂球线，一人站在垂球l的后面，用矿灯照亮三根垂球线，并在中线延长线上设置新的中线点4，系上垂球，沿1、 2、 3、 4点确定的方向用眼睛瞄视，在工作面上定出巷道中线的位置。

（二）拉线法

如图14-31所示，将线绳的一端系于1点上，另一端拉向工作面，使线绳与2、 3点的垂球线相切，并依此设置中线点4，使线绳也与其垂球线相切。则线绳在工作面的端点即为巷道中线位置。

（三）经纬仪延长中线法

随着巷道的掘进，用瞄线法或拉线法延长中线30～40m时，应用经纬仪进行检查校正，并重新延设一组中线点。如图14-32所示，距B组中线点30～40m时，应延设一组中线点C，延设时应首先检查B组中线点是否移动，然后在B点安置仪器，后视A点，用正倒镜测设C组中线点。在每组中选择一个点作为导线点，如图14-32中A、 B、 C点。标定后要测量导线，其精度应满足规程规定的7″、 15″或30″导线的要求。主要巷道每掘进300～800m应测设基本控制导线，以检查临时导线，同时建立井下的基本测量控制。

图14-32 经纬仪延长中心法

四、巷道腰线的标定

井下运输和排水都要求巷道有一定的坡度和倾角。为了控制掘进巷道的坡度或倾角，一般采用标定腰线的方法来指示掘进巷道在竖直面内的方向。标定腰线的测点称为腰线点，腰线点应成组设置，每组2～3个点，通常每隔30～40m在巷道的一帮或两帮设置一组腰线点。若干个腰线点连成的直线即为巷道的腰线。腰线一般高出设计底板或轨道面1m。

实地标定工作一般和标定中线同时或先后进行的。根据巷道的性质、用途不同，标定腰线可采用不同的仪器和方法。次要巷道一般用挂半圆仪标定腰线，倾角小于8°的主要巷道用水准仪标定腰线，倾角大于8°的主要巷道则用经纬仪标定腰线。

（一）平巷腰线的标定

图14-33 水准仪标定腰线

图14-34 半圆仪标定腰线

1.用水准仪标定腰线

如图14-33所示，已知腰线点A及巷道设计坡度i，需要标定腰线点B。标定步骤如下：

①仪器安置在A、 B点之间的适当位置，后视A处巷道帮壁，画一水平记号A′，并量取A′A的铅垂距离a。

②前视B点处巷道帮壁画一水平记号B′。这时，A′B′为水平视线，用皮尺量出A′B′的水平距离S。计算A、 B两点之间的高差：hAB =S×i 。

③从B′点铅直向下量出b （b=a-hAB）值，得到新设腰线点B。 A和B点连线即为腰线，并用油漆划出腰线。

若计算的b为负值，则应从点B′铅直向上量出相应距离。同法可给出其他腰线点。用水准仪标定腰线时应注意前、后视读数的正负号、坡度i的正负号和高差h的正负号。

2.半圆仪标定腰线

在倾角小于8°的次要巷道中，一般用挂半圆仪标定腰线。如图14-34所示，1点为已知腰线点，2点为将要标定的腰线点。首先将线绳的一端系于1点上，靠近巷道同一帮壁拉直线绳，悬挂半圆仪，另一端上下移动，使半圆仪铅直下方的读数为0°，此时测绳处于水平位置。用皮尺丈量1点至2′点的平距S，再根据巷道设计坡度i，算出腰线点2高于（或低于）2′点的高差h，用小钢卷尺由2′点垂直向上（或向下）量取h值，便得腰线点2的位置。

（二）斜巷道腰线的标定

在主要倾斜巷道中，应采用经纬仪标定腰线。用经纬仪标定腰线的方法有以下几种。

1.给中线点同时标设腰线点

此法是在中线点的垂球线上作出腰线的标志。如图14-35 （a）所示，仪器安在中线点1上，标出中线点1、2、3、4之后，用正镜使仪器竖直角与巷道的设计倾角δ一致，在仪器视线与各垂球线的相交处用大头针分别作临时记号，得到2′、 3′、 4′。再用倒镜测其倾角作为检查。然后量出仪器高i，计算出1点处仪器视线到腰线的铅垂距离K。由中线点上的记号2′、 3′、 4′分别向下（或向上）量取K值，得到2″、 3″、 4″点即为所求腰线点。然后用挂半圆仪从腰线点拉一条垂直于中线的水平线到两帮上［图14-35 （b） ］，从而在两帮上确定了腰线点。

图14-35 经纬仪在中线上标定腰线

2.经纬仪安置在巷道一帮标定腰线

将经纬仪安置在巷道一帮标定腰线时，仪器尽可能靠近巷道一帮安置，如图14-36所示，在已设腰线点1、 2、 3的后面，使竖直角定为巷道的设计倾角δ，然后瞄准1、 2、 3点上方，作记号1′、 2′、 3′，同时，沿视线方向在掘进工作面附近巷道帮上标定4′、 5′、 6′点。再用小钢卷尺分别量出1′点到1点、2′点到2点、3′点到3点的铅垂距离K。再从4′、 5′、 6′点向下量出铅垂距离K，得到4、 5、 6点即为腰线点。

3.用挂半圆仪标定腰线

图14-36 经纬仪在一帮上标定腰线

图14-37 半圆仪标定腰线

在次要巷道内，一般采用挂半圆仪标定巷道的腰线。如图14-37所示，1点为新开斜巷的腰线起点，称起坡点。1点的设计高程为H1， A点的高程HA为已知，其间高差为hA1H=1-HA，实地标定时，在A点悬挂一垂球， 自A点向下量hA1，得点a。过点a拉一条垂直巷道中线的水平线11′ （ 挂半圆仪读数为0°），使点1位于新开巷道的一帮上，以小钉固定。在1点系一线绳，另一端拉向巷道掘进方向，如图14-37中2点，2点与1点位于巷道同一侧，拉直线绳，挂上半圆仪，上下移动线绳，使半圆仪上的小垂球线读数为巷道的设计倾角δ，此时沿着线绳每隔2～5m在棚腿上钉一小钉，如图中的2点，固定线绳，即得到腰线。

图14-38 激光指向仪

六、指向仪在巷道施工测量中的应用

随着采矿掘进机械化和自动化程度的迅速提高，在巷道施工中，前述的标定中、腰线的方法，已不能适应高度机械化快速掘进的要求。目前激光指向仪被广泛应用于矿山建设，以代替传统的吊垂线和给中、腰线的方法。激光指向仪能够提供一条可见的红色直线光束，可传播相当远的距离而光束直径没有显著变化，为指示井下巷道掘进方向和坡度提供定位基准线。图14-38是我国吴江煤矿仪器厂制造的JZB—1型激光指向仪，它适用于水平巷道和倾角不大于60°的倾斜巷道。

（一）激光指向仪的安置和光束方向的标定

1.仪器安置方式

根据巷道具体情况，可选用图14-39中四种方法之一安置仪器，仪器距工作面约70m。

图14-39 激光指向仪的安置

2.激光指向仪光束方向的标定

①先用经纬仪给出巷道中线，中线点不得少于3个，点间距不得小于30m，调节激光指向仪，使激光束通过中线。

②用水准仪在中线的垂线上给出腰线，并作记号，腰线点不得少于3个，点间距不得小于30m。然后调节激光指向仪，使激光束平行于巷道腰线。

上述方法标定后，应反复校核激光束给出的巷道中、腰线，直至符合要求为止。