區(qū)域礦山建設(shè)大型貫通工程測量研究與實踐

柏沖能

（云南錫業(yè)股份有限公司卡房分公司，云南 個舊）

現(xiàn)代化區(qū)域礦山建設(shè)系統(tǒng)開拓是大型礦山生產(chǎn)的重要事項，主要表現(xiàn)是井巷工程線路長、規(guī)格大，系統(tǒng)相互搭接，貫通工程多等，這些特點對測量工作有非常大的挑戰(zhàn)，要求貫通測量設(shè)計科學(xué)合理，地表及井下按制測量成果資料可靠，精度符合貫通要求，工程指導(dǎo)滿足快速掘進需要，最終相向掘進的巷道在設(shè)計貫通位置準(zhǔn)確貫通。

1 貫通工程測量設(shè)計

1.1 工程概述

云錫某分公司運輸大巷從選廠附近1 800 m 老坑口改擴建進入，采用無軌運輸斜坡道方式開拓，設(shè)計主巷約5 500 m，配套工程約1 500 m，設(shè)計規(guī)格為4.7 m(寬)×4.5 m（高），坡度為-6°，掘進至1 360 m與1 360 中段貫通，其中先要與1 740 m 中段、1 500 m 中段貫通。1 360 m 中段為新建坑口，是云錫區(qū)域礦山建設(shè)1 360 m 平臺的重要組成部分，該平臺與相鄰分公司貫通，為特大型貫通工程（另一個項目，不再敘述），該工程從坑口到與運輸大巷貫通搭接處長約6 300 m，設(shè)計規(guī)格為4.7 m(寬)×4.0 m（高），坡度+4‰。兩坑口地表直線距離7.5 km。由于兩坑都從地表擴建和新建，因此需要建立統(tǒng)一的地表按制網(wǎng)。

1.2 貫通測量技術(shù)要求

1.2.1 測量技術(shù)依據(jù)

《云南錫業(yè)集團（按股）有限責(zé)任公司礦山測量技術(shù)規(guī)定》《全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》GB/T18314-2001 和《工程測量規(guī)范》GB/20026-2007。

1.2.2 主要測量設(shè)備配置

南方9600 北級星GNSS 衛(wèi)星接收天線4 臺，GAK1（10″級）陀螺儀經(jīng)緯儀，（2″級）全站儀4 臺。

1.2.3 貫通允許偏差

水平方向：±1.0 m；豎直方向：±0.3 m

1.2.4 測量技術(shù)指標(biāo)

GNSS 測量技術(shù)指標(biāo)（表1）[4],井下平面按制技術(shù)指標(biāo)（表2）[3]，高程按制技術(shù)指標(biāo)（表3）[3]。

表1 GNSS 按制測量技術(shù)指標(biāo)

表2 井下平面按制測量技術(shù)指標(biāo)

表3 高程測量按制技術(shù)指標(biāo)

1.3 測按制點資料分析

按制系統(tǒng)：平面為1954 年北京坐標(biāo)系，高程為1956 年黃海高程系。

按制等級：集團公司施測了個舊東部礦區(qū)GNSS按制D 級網(wǎng)，北部某礦區(qū)原有Ⅳ等按制點長山、1420兩點為基點，新埋設(shè)GLS1、1101、1302、1360、G141、G142 點，中間過渡原有按制點丫口山、小黑山點作檢查，再沿伸至南1 360 m 坑口，共17 個點組成按制網(wǎng)，并與國家四等點聯(lián)測，我分公司在此基礎(chǔ)上布設(shè)四等紅外導(dǎo)線至主要坑口。地面四等紅外按制導(dǎo)線施測方法為左右角四測回，垂直角采用中絲法測量四測回?？涌诟叱贪粗朴蓢胰人疁?zhǔn)點BM020 引測四等水準(zhǔn)至近井點。1800 中段一號口M 點四等紅外導(dǎo)線測量精度為：測角中誤差±2.6"，點位中誤差±28.7 mm；高程中誤差為：±1.3 mm。

精度分析：由GNSS 測量D 級網(wǎng)成果與原按制成果比較，本地區(qū)按制精度可靠、無粗差存在。詳見表4。

表4 GNSS 測量成果與原礦山測量成果比較

1.4 貫通測量方案及要求

1.4.1 井下首級平面按制方案

1800 運輸大巷以地面近井點M12700，M12701 為起算點和起算方位，1360 中段以近井點G141、G142為起算點和起算方位，按3 秒級導(dǎo)線的精度要求施測。

1.4.2 陀螺經(jīng)緯儀定向方案

1800 中段運輸大巷以M12700，M12701 兩點為定向點，1360 中段以G141、G142 兩點為定向點測量陀螺儀儀器常數(shù)邊，按每3～5 km 采用逆轉(zhuǎn)點法觀測兩個測回，定向邊長不得短于50 m 測定陀螺邊。

1.4.3 井下首級導(dǎo)線測量

導(dǎo)線技術(shù)要求按表2 執(zhí)行，平均邊長300 m，由于井巷工程的特殊性，最短邊不得小于20 m，邊長9測回，往返互差1：50 000。

1.4.4 井下高程按制方案

1360 中段井下高程水準(zhǔn)測量按表3 執(zhí)行，水準(zhǔn)點與導(dǎo)線點同點，水準(zhǔn)點間往返變動儀高測量，1800 中段運輸大巷斜坡道用三角高程代替水準(zhǔn)測量。

1.5 貫通誤差預(yù)計分析

1.5.1 平面按制誤差預(yù)計分析

按地表距離為8 公里，GNSS 平差后點位誤差在1 mm ～20 mm 之間，十萬分之一的精度估算，則地表誤差預(yù)計貫通點位誤差中位數(shù)約為[2]:

取2 倍中誤差為±0.160 m。

根據(jù)使用的測量儀器，貫通誤差預(yù)計參數(shù)確定如下: 井下全站儀導(dǎo)線的測角誤差取mβ=±2″；井下光電測距中誤差誤m=±2 mm+2pp m。陀螺定向誤差根據(jù)瑞士威特(WILD)廠GAK-1 型陀螺經(jīng)緯儀定向資料分析，取一次定向中誤差mαT=±20″[1]。依據(jù)測量方案，井下按制均布設(shè)3 秒級按制導(dǎo)線，在3 公里左右加測一條陀螺定向邊，則井下導(dǎo)線中誤差為:

本次預(yù)計誤差將整條導(dǎo)線視為等精度導(dǎo)線測量來進行誤差預(yù)計。誤差預(yù)計計算結(jié)果為：

貫通在水平重要方向上的中誤差：M=±0.347 m；取2 倍中誤差為：M預(yù)=2M=±0.694 m。

在井下兩端進行陀螺定向測量，經(jīng)方位平差再計算導(dǎo)線，導(dǎo)線精度可提高倍，則

水平重要方向上的總中誤差為：

1.5.2 高程按制誤差預(yù)計分析

高程按制從1800 中段運輸大巷近井點M12701 聯(lián)測三角高程至1360 中段近井點G142，既消除系統(tǒng)誤差, 又可與GNSS 高程比較檢查，測程約9.2 km，電磁波測距獲得的三角高程，其精度可以達到四等水準(zhǔn)精度，按四等水準(zhǔn)高程預(yù)計其中誤差為：

L——單位為公里

井下高程中誤差為：

R——單位為百米

則貫通高程2 倍中誤差為：

2 按制導(dǎo)線測量

2.1 巷道工程中腰標(biāo)定及測量

1800 運輸大巷斜坡道由于錯車平臺及曲線段多，只能標(biāo)定中腰線指導(dǎo)工程掘進，在歷時3 年左右施工周期中，該工程共標(biāo)定中線腰線145 組，測量施工按制導(dǎo)線點116 個。1360 中段設(shè)計坡度一致，曲線段少，工程施工100 m 后采用安裝激光指向儀指導(dǎo)施工，每掘進200 m 左右標(biāo)定一次中腰線和測量施工按制導(dǎo)線，檢查工程方向和坡度是否符合設(shè)計要求，該工程安裝指向儀7 次，標(biāo)定中線腰線42 組，測量施工按制導(dǎo)線43 個。

2.2 3 秒級按制導(dǎo)線測量

工程每掘進1 000 m 左右測量或復(fù)測一次3 秒級按制導(dǎo)線，觀測儀器為2 秒級全站儀，觀測方法為測回法，技術(shù)要求依據(jù)表1 執(zhí)行，左角和右角各測量兩測回取算術(shù)平均值后，按：（左角）中+（右角）中-360°=Δ 計算。豎直角往返各測4 測回，取算術(shù)平均值為觀測成果。

距離測量對向各測9 次，取平均值為觀測結(jié)果。測距邊長要進行氣象、乘常數(shù)、加常數(shù)、周期誤差改正后化算成測區(qū)平距，再將測區(qū)平距投影到參考橢球面和歸算到高斯平面，最后再進行坐標(biāo)計算，兩工程共測量（復(fù)測）按制點74 個。高程和Y 坐標(biāo)取測線兩端的平均值，大地水準(zhǔn)面與參考橢球體面的差值取20 m。

觀測的垂直角計算水平距離：

式中：K——當(dāng)?shù)氐拇髿庹酃庀禂?shù)取通用值0.14，距離歸化到參考橢球體面上的長度計算：

歸化至高斯平面上的長度按下式計算：

對向觀測用經(jīng)過改正后的斜距求高差后取平均值計算高程：

3 陀螺儀定向測量

在1800 中段運輸大巷及1360 中段近井點測量獲得陀螺儀常數(shù)邊，采用逆轉(zhuǎn)點法觀測，觀測限差按GAK-1 要求進行，舒勒平均值法計算擺動中值，連續(xù)觀測5 個逆轉(zhuǎn)點，然后在貫通點K 兩端各約1 000 m位置進行定向陀螺儀測量。

3.1 陀螺定向每一測回前、后，需測量懸掛帶零位值，計算零位改正數(shù)，計算式為：

3.2 坐標(biāo)方位角計算

各水平角改正數(shù)計算式：

經(jīng)計算整理，獲得定向成果見表5。

表5 GAK-1 型陀螺經(jīng)緯儀定向成果

坐標(biāo)計算：改正后的水平角計算出各邊的方位角，然后計算出各點的坐標(biāo)。

4 貫通聯(lián)測

工程兩端掘進至貫通點約100 m 時，進行導(dǎo)線復(fù)測，調(diào)整最后兩組中腰線，因1800 中段運輸大施工進度快于1360 中段，先掘進至貫通點后停止施工，由1360 中段掘進貫通。工程貫通后進行了貫通偏差測量，按制導(dǎo)線閉合測量。

4.1 貫通偏差測量

經(jīng)現(xiàn)場測量，水平方向上中線偏差為0.368 m，豎直方向上腰線偏差為0.235 m，貫通誤差預(yù)計基本相符。

4.2 按制導(dǎo)線閉合測量

按制導(dǎo)線坐標(biāo)及高程閉合于測點M15716 上，方位角閉合于測點M15716 至M15715，獲得相關(guān)參數(shù)見表6。

表6 按制導(dǎo)線閉合測量參數(shù)

根據(jù)導(dǎo)線聯(lián)測相關(guān)數(shù)據(jù)可以看出，各項指標(biāo)均達到或優(yōu)于規(guī)范及貫通誤差預(yù)計要求，精度較高。

結(jié)束語

此工程經(jīng)過地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜地段、工作面溫度高、涌水大、規(guī)格斷面大、井下按制導(dǎo)線施測困難、技術(shù)要求較高，因此科學(xué)的貫通測量技術(shù)設(shè)計、合理的測量方案、先進合適的測量儀器選擇、嚴(yán)格的工程質(zhì)量管理和驗收考核是大型貫通工程按設(shè)計要求貫通的保證。