煤巷工作面大型貫通測量工程優(yōu)化與設(shè)計

李再朋

（永煤公司城郊煤礦，河南 永城 476000）

巷道貫通不同于地面測量，若測量誤差過大，將會引起巷道貫通失敗，影響工作面開采的進度，因此必須進行精密測量。本文以城郊21304工作面為研究對象，進行工作面的一井貫通。通過7″和15″導(dǎo)線精度的比較，最終確定以7″級導(dǎo)線測量對井下進行平面控制，采用電磁波測距三角高程控制測量的貫通方案。

1 工程概況

21304綜采工作面位于小王莊以北，王樓以東，七里廟以西，趙莊以南，地表為大量農(nóng)田以及趙莊、七里廟的部分建筑物和王樓小學(xué)。21304綜采工作面東、西為實體煤，南為F20斷層保護煤柱，北為二水平南翼軌道大巷、二水平南翼膠帶大巷。

21304綜采工作面二2煤層結(jié)構(gòu)簡單，煤層平均厚度為3.10m，平均坡度為4°，預(yù)計可采儲量為124萬t。21304軌道順槽設(shè)計長度1749m，21304膠帶順槽設(shè)計長度1723m，21304工作面切眼設(shè)計長度185m，實際貫通距離3234m。

2 貫通設(shè)計

2.1 貫通總體設(shè)計

充分利用已知數(shù)據(jù)將該工作面中二水平南翼膠帶大巷已有的基準(zhǔn)點SYP11、SYP12、SYP13作為起算點，沿21304膠帶順槽、21304軌道順槽、21304工作面切眼在頂板穩(wěn)定的地方布置控制點。采用日本索佳防爆全站儀SET250/R，對二水平南翼膠帶大巷的基準(zhǔn)點SYP11、SYP12、SYP13進行檢查，經(jīng)檢查實測夾角與原夾角偏差-10″，滿足貫通測量的規(guī)范要求，可以作為21304綜采工作面貫通測量的起算數(shù)據(jù)，分別沿21304軌道順槽、21304膠帶順槽、21304工作面切眼實施導(dǎo)線測量。水平角觀測時采用一次對中兩個測回，邊長觀測兩個測回，并進行對向觀測。邊長設(shè)置要適中，最短60m，最長不超過200m，以減小邊長量測誤差，提高測量的精度[1]。邊長測量時一測回內(nèi)讀數(shù)較差不大于10mm，單程測回間較差不大于15mm，往返觀測同一邊長時，化算為水平距離（經(jīng)氣象和傾斜改正）后的互差，不得大于1/6000[2]。

井下高程測量采用電磁波測距三角高程測量，與井下導(dǎo)線測量同步進行。垂直角觀測兩個測回，垂直角互差不超過15″。儀器高和覘標(biāo)高在觀測開始前和結(jié)束后用鋼尺各丈量一次，兩次丈量的互差不能大于4mm，取其平均值作為丈量結(jié)果。相鄰兩點測高差的互差不大于10+0.3mm×l（l為導(dǎo)線水平邊長，單位為m），三角高程的高差往返測互差不應(yīng)大于 100mm L±（L為導(dǎo)線長度，單位為km）[3]。

貫通測量中，直接影響巷道質(zhì)量因素主要有水平面內(nèi)垂直于巷道中線的左右偏差△X'(如圖1)和豎直面內(nèi)垂直于巷道腰線的上下偏差△h'(如圖2)。一井貫通在貫通面上的容許偏差，水平方向的容許偏差不能大于0.3m。垂直面內(nèi)垂直于巷道腰線的上下偏差，即兩腰線之間的容許偏差不能大于0.2m。

圖1 貫通在水平重要方向的偏差示意圖

圖2 貫通在豎直重要方向的偏差示意圖

2.2 貫通方案的選取

根據(jù)《煤礦測量規(guī)程》規(guī)定，并考慮煤礦的經(jīng)濟效益，有兩種備選方案?；究刂茖?dǎo)線采用7''或15''導(dǎo)線進行測量，測角中誤差分別為mβ下=±7''，mβ下=±15''，邊長量測誤差采用索佳全站儀的標(biāo)稱精度mD=±（3+2×10-6D），其中D取平均邊長110.4m，則mD=3.22mm[4]。井下高程測量，采用三角高程測量，依據(jù)相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，每千米三角高程的高差中誤差容許限差為100mm，每千米三角高程的高差中誤差0.05m。

本次導(dǎo)線控制測量擬定兩種方案，對這兩種方案分別對其在貫通相遇點K的水平重要方向x'和豎直方向進行誤差估計，選取合理的貫通測量方案。

城郊礦21304綜采工作面貫通為一井內(nèi)巷道貫通，以二水平南翼膠帶大巷的首級控制點SYP11-SYP12-SYP13作為檢查角，以SYP12、SYP13作為導(dǎo)線測量起算點，邊SYP11—SYP12坐標(biāo)方位角作為導(dǎo)線起算方位角，分別沿21304膠帶順槽和21304軌道順槽布設(shè)導(dǎo)線，巷道貫通后，形成閉合導(dǎo)線。巷道貫通精度只受井下導(dǎo)線測量時測角、量邊和高程測量誤差影響。根據(jù)計算得出測角誤差引起的貫通相遇點K在水平重要方向x'上的誤差（角度獨立測量兩次）、量邊誤差引起的貫通相遇點K在水平重要方向x'上誤差（邊長獨立測量兩次）如下：

綜合測角和測邊因素的總誤差為：

貫通相遇點K在水平重要方向x'上的預(yù)計誤差為2倍中誤差：

在豎直方向上，由三角高程引起的貫通相遇點K點高程誤差計算公式如下：

由于兩次高程測量均為獨立觀測，所以高程中誤差可由下式計算得到，預(yù)測誤差在兩倍中誤差范圍內(nèi)，所以預(yù)測誤差可由下式計算得到：

式中：

Ry-支導(dǎo)線終點K與該段導(dǎo)線各點的連線在y軸的投影長；

α-測量邊的夾角。

根據(jù)設(shè)計文件，事先計算出

7''導(dǎo)線測量的中誤差計算同15''導(dǎo)線計算方法相同，由以上公式算出測角誤差引起的貫通相遇點K在水平重要方向x'上的誤差（角度獨立測量兩次）為0.147m，測邊誤差引起的貫通相遇點K在水平重要方向x'上誤差（邊長獨立測量兩次）為0.003m，綜合兩者的總中誤差為0.147m，估計在相遇點的預(yù)計誤差為±0.294m，高程中誤差為±0.138m。

根據(jù)以上計算，15″級導(dǎo)線貫通相遇點K在水平重要方向x'上的預(yù)計誤差為0.632m，高程上的預(yù)計誤差為0.138m，7''導(dǎo)線貫通相遇點K在水平重要方向x'上的預(yù)計誤差為0.294m，在高程上的預(yù)計誤差為0.138m。根據(jù)規(guī)程規(guī)范，15''貫通相遇點K在水平重要方向x'上的誤差大于0.3m，不滿足限差要求，因此最終確定了7''導(dǎo)線測量和三角高程測量為本次貫通的最終方案。

根據(jù)測量規(guī)范要求，貫通處煤礦測量規(guī)程允許偏差值為：中線偏差不大于300mm，高程偏差不大于200mm。貫通預(yù)計誤差為: 貫通相遇點K在水平方向上的中線偏差為±223mm，在高程上的貫通偏差為±132mm。貫通后實際偏差為: 貫通相遇點K中線偏差+45mm，高程偏差-50mm。

貫通后聯(lián)測角度閉合差為:fβ實=34''，允許閉合差為:fβ允=±405''，fβ實＜fβ允；坐標(biāo)閉合差fx=40mm，fy=-54mm，導(dǎo)線全長閉合差f=65mm，相對閉合差f/[L]=1/59000＜1/ 8000。證明此次貫通精度較高，精密級數(shù)已經(jīng)達到優(yōu)級，驗證了方案的正確性。

3 結(jié)論

通過對兩種方案的對比分析，發(fā)現(xiàn)在水平方向上的誤差中測角貢獻比較大，而測邊誤差可以忽略不計，因為電磁波測距的精度較高，所以對水平重要方向的影響較小。在高程控制測量中，雖然高程引起的誤差也比較大，但是可以通過多次獨立觀測，予以降低。測角雖也獨立觀測了兩次，但15″級的二級導(dǎo)線已不能滿足精度要求。兩者比較，貫通面在豎直方向上更易達到測量規(guī)范和要求。在大型貫通面上采用電磁波測距三角高程測量即可滿足巷道貫通的要求，重點是水平方向誤差的控制。水平方向上可以采用高精度的觀測方案，或者采用比較先進的測量方法來提高測量的精度，以保障工作面的成功貫通。