礦井南翼回風(fēng)巷特大型三維立體相向貫通測(cè)量技術(shù)

巴新偉，邸 偉

（山東微山縣留莊鎮(zhèn)新安煤業(yè)公司地測(cè)科，山東 濟(jì)寧 272000）

貫通測(cè)量是礦山測(cè)量工作中最重要的工作，本項(xiàng)目主要研究7s基控導(dǎo)線周長(zhǎng)達(dá)到10300m的礦井南翼回風(fēng)巷實(shí)現(xiàn)順利貫通的測(cè)量技術(shù)問(wèn)題。

1 礦井南翼回風(fēng)巷貫通測(cè)量工程概況

礦井南翼回風(fēng)巷分為三段：從新安煤業(yè)公司新安井施工的上段、中段，從新源井施工的下段。

1.1 施工巷道的用途

（1）前期主要為礦井深部開采回風(fēng)之用，解決礦井深部開采風(fēng)量不足問(wèn)題。

（2）滿足礦井深部降溫的管路敷設(shè)。

（3）后期為該區(qū)域邊角塊段回采服務(wù)。

1.2 貫通測(cè)量情況

為實(shí)現(xiàn)礦井南翼回風(fēng)巷的順利貫通，需測(cè)設(shè)7s基控導(dǎo)線來(lái)進(jìn)行平面控制，并采用三角高程測(cè)量和水準(zhǔn)測(cè)量結(jié)合來(lái)進(jìn)行高程控制。

本次貫通需測(cè)閉合導(dǎo)線10300余米。屬于特大型貫通。

2 采用的主要技術(shù)方法

2.1 采用獨(dú)立坐標(biāo)技術(shù)

礦井南翼回風(fēng)巷道兩頭的測(cè)量導(dǎo)線資料都是原15s級(jí)基控導(dǎo)線，其起始點(diǎn)都是原新安煤業(yè)公司南、北井貫通的7s基控點(diǎn)。其中南翼上段15s導(dǎo)線布設(shè)為由-300軌道大巷7s基控點(diǎn)起始經(jīng)31輔助采區(qū)，測(cè)設(shè)到-392水平。南翼回風(fēng)巷下段由-360軌道大巷（也是南北井貫通的導(dǎo)線測(cè)量資料）測(cè)設(shè)15s導(dǎo)線，經(jīng)集中軌道下山，-430水平，-550水平車場(chǎng)，至-650軌道下山，再至-650水平車場(chǎng)，然后施工礦井南翼回風(fēng)巷下段。根據(jù)設(shè)計(jì)，需要實(shí)現(xiàn)導(dǎo)線周長(zhǎng)為10300余米的特大型貫通。有鑒于此，原15s級(jí)的導(dǎo)線已經(jīng)不能滿足礦井南翼回風(fēng)巷的貫通要求，準(zhǔn)備施測(cè)7s基控導(dǎo)線。由于原各個(gè)開拓巷道年久失修，大部分導(dǎo)線點(diǎn)遭到破壞。在-300軌道大巷，只有固E-22-21一組殘存的7s基控導(dǎo)線點(diǎn)。經(jīng)過(guò)施測(cè)檢查，發(fā)現(xiàn)檢查角偏大，這樣兩條邊都不能作為方位起始邊，否則會(huì)導(dǎo)致巷道發(fā)生旋轉(zhuǎn)，與原附近巷道就會(huì)產(chǎn)生大的相對(duì)位置關(guān)系的變化。

經(jīng)過(guò)各方面因素綜合考慮，決定采取使用獨(dú)立坐標(biāo)法來(lái)布設(shè)和施測(cè)7s基控導(dǎo)線。具體情況見下圖。

圖1 礦井南翼回風(fēng)巷特大型貫通測(cè)量?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)圖

本方案只需要求起始點(diǎn)固E，的坐標(biāo)和高程，盡管可能有點(diǎn)誤差，精度偏低，但與原測(cè)的結(jié)果不會(huì)差的太大，能滿足本方案要求的精度。

具體測(cè)量方案就是，在-300軌道大巷兩頭布設(shè)兩條陀螺邊，經(jīng)過(guò)施測(cè)7s基控導(dǎo)線，把固E點(diǎn)的坐標(biāo)和高程傳遞到兩條陀螺邊上。然后由兩頭的陀螺邊起始，分別向-392水平車場(chǎng)和-650水平車場(chǎng)測(cè)設(shè)7s基控導(dǎo)線，隨著礦井南翼回風(fēng)巷下段和上段的開拓施工，進(jìn)行7s導(dǎo)線的跟測(cè)，控制兩頭按設(shè)計(jì)方位施工。直至貫通。

本技術(shù)只是為了實(shí)現(xiàn)礦井南翼回風(fēng)巷順利貫通而采取的方法，并不會(huì)用于采區(qū)控制等。其施測(cè)資料及計(jì)算結(jié)果獨(dú)立保存。

2.2 采用三架法進(jìn)行三角高程測(cè)量法施測(cè)導(dǎo)線的技術(shù)

測(cè)檢查角時(shí)，需要前后覘標(biāo)和儀器同時(shí)整平對(duì)中，讀數(shù)完成后，若檢查角，檢查邊均合格，后視架腿前移，原儀器點(diǎn)架腿和基座不動(dòng)，作為后視點(diǎn)，原后視的棱鏡移到原儀器點(diǎn)的基座上，儀器移到原前視點(diǎn)基座上，這時(shí)只需把前視棱鏡和后視的架腿、基座搬移到新選前視點(diǎn)進(jìn)行整平（若需留點(diǎn)，則需對(duì)中）。進(jìn)行水平角觀測(cè)，往返邊長(zhǎng)觀測(cè)，依次循環(huán)下去。從而達(dá)到井下首級(jí)平面控制和高程控制的目的。

由三架法導(dǎo)線測(cè)量工作原理可以看出其特點(diǎn)和需注意事項(xiàng)：

（1）三架法可以大大地提高測(cè)量速度，因?yàn)槠錅p少了儀器對(duì)中和前后視覘標(biāo)對(duì)中的時(shí)間，只需要前視覘標(biāo)整平即可。從而減少井下占用、影響時(shí)間。快速完成測(cè)量任務(wù)，減少了測(cè)量人員的工作量。

（2）此技術(shù)在實(shí)施過(guò)程中，為了避免意外事件的發(fā)生，導(dǎo)致儀器或棱鏡可能發(fā)生偏斜的情況，可以在底板留點(diǎn)。以備意外之需。

（3）該技術(shù)減少了巷道風(fēng)大對(duì)儀器、覘標(biāo)對(duì)中的影響，既能提高速度，有能提高精度。

（4）井下進(jìn)行三架法觀測(cè)，最好三個(gè)架腿都用木質(zhì)架腿，因?yàn)槠浔蠕X合金架腿要重，穩(wěn)當(dāng)，既能減少風(fēng)的影響，又能減少取，放棱鏡、儀器對(duì)其整平和中心的影響，從而確保測(cè)角，量邊的精度。

（5）根據(jù)三架法的工作原理，在需要停測(cè)時(shí)，則必須留一組導(dǎo)線點(diǎn)，以作為下次觀測(cè)的檢查和起始。觀測(cè)中間，可以不留點(diǎn)，但必須確保無(wú)意外的發(fā)生，否則會(huì)重頭測(cè)起，工作量太大。在進(jìn)行高程觀測(cè)時(shí)，若不留點(diǎn)，必須確定量?jī)x高，前后視棱鏡高的參考位置，要同一。

2.3 四架法技術(shù)的嘗試

四架法技術(shù)就是在用三架法進(jìn)行正常觀測(cè)的同時(shí)，而由另兩人用第四個(gè)架腿和基座及覘標(biāo)在前方選點(diǎn)并進(jìn)行整平。三架法測(cè)量完后，前視直接把棱鏡放到最前整好的架腿上，一般不需要在整平，儀器前移到原前視點(diǎn)上，后視棱鏡移到原儀器點(diǎn)上。后視一人往前傳遞架腿的時(shí)，導(dǎo)線測(cè)量同時(shí)進(jìn)行。前視兩人接到架腿和基座、覘標(biāo)后，往前選點(diǎn)，整平。這樣測(cè)量和前視整平兩不耽誤。

采用四架法測(cè)量，其特點(diǎn)有：

（1）大大得提高了測(cè)量速度，大大減少了減少井下占用、影響時(shí)間。本技術(shù)統(tǒng)籌安排時(shí)間，通過(guò)平行作業(yè)，減少了前視整平的時(shí)間對(duì)測(cè)量的影響，從而提高了工作效率。在工作緊任務(wù)重的情況下，該技術(shù)效果顯著。

（2）需要四個(gè)架腿，這就需要人員充足。

（3）需要四個(gè)基座，這就需要儀器、覘標(biāo)等能共用這四個(gè)基座，也即四個(gè)基座必須與儀器覘標(biāo)都得配套。

（4）需要四個(gè)棱鏡覘標(biāo)。這四個(gè)覘標(biāo)必須和四個(gè)基座配套，與棱鏡也必須配套，否則，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生大的測(cè)量偏差，降低測(cè)量精度。

2.4 加測(cè)陀螺邊技術(shù)

（1）礦井南翼回風(fēng)巷基控導(dǎo)線周長(zhǎng)達(dá)到10300m，屬于特大型貫通。本項(xiàng)目進(jìn)行了不加測(cè)陀螺邊的貫通誤差預(yù)計(jì)和加測(cè)一定數(shù)量陀螺邊的貫通誤差預(yù)計(jì)。通過(guò)比較，不加測(cè)陀螺邊，在貫通水平重要方向上誤差限差達(dá)到700mm，加測(cè)四條陀螺邊，貫通水平重要方向上誤差限差達(dá)到230mm，精度提高了50%以上。

（2）采用加測(cè)陀螺邊技術(shù)，不但提高了測(cè)量精度，確保了貫通的準(zhǔn)確性，而且解決了本項(xiàng)目采區(qū)的第一個(gè)技術(shù)-----采用獨(dú)立坐標(biāo)系的問(wèn)題。通過(guò)加測(cè)陀螺邊，解決了只有起始點(diǎn)坐標(biāo)和高程而無(wú)起始方位的問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題的解決是通過(guò)在起始點(diǎn)的兩側(cè)足夠遠(yuǎn)的位置加測(cè)陀螺邊，來(lái)控制與起始點(diǎn)相連接的導(dǎo)線邊的方位，從而實(shí)現(xiàn)起始點(diǎn)坐標(biāo)與高程向兩側(cè)的陀螺邊傳遞。

（3）通過(guò)對(duì)加測(cè)陀螺邊的精度評(píng)定，得出本礦所使用的陀螺儀能達(dá)到本項(xiàng)目所需精度的要求。

新安煤業(yè)公司地測(cè)科擁有一臺(tái)日本索佳廠生產(chǎn)的SET2X-GP1型陀螺全站儀，該儀器在井下工程使用中，性能穩(wěn)定，精度可靠。定向儀器常數(shù)的測(cè)定統(tǒng)一在新安煤業(yè)公司新安井工廣已知點(diǎn)廣1和廣2進(jìn)行。采用跟蹤逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法觀測(cè)，井上、井下各測(cè)2個(gè)測(cè)回。擺動(dòng)中值采用舒勒平均值法進(jìn)行計(jì)算。方位角計(jì)算后，對(duì)各邊施測(cè)情況進(jìn)行了精度評(píng)定如下表。

表1 各邊施測(cè)精度評(píng)估表

由表可以看出，本項(xiàng)目所使用陀螺儀非常穩(wěn)定，所測(cè)陀螺邊精度非常高。

（4）貫通前加測(cè)陀螺邊后，施測(cè)7″基控導(dǎo)線方向附和差，滿足精度要求。其具體附和情況見下表。

表2 陀螺邊固F-固D～陀螺邊固I-固H～N8-N9附和情況表

由貫通前進(jìn)行的三段導(dǎo)線測(cè)量結(jié)果，看出陀螺邊固F-固D～陀螺邊固4-固5測(cè)段的方向附和差最大。主要原因是該測(cè)段各個(gè)巷道長(zhǎng)短不一，巷道坡度變化大，從0°～18°，且主要是上下山。這導(dǎo)致增加了測(cè)站數(shù)，且導(dǎo)線邊長(zhǎng)小于60m的居多，最小的邊長(zhǎng)為21m，傾角過(guò)大等。所以測(cè)角精度有所降低。

但所有的三段方向附和差均滿足限差要求。另一遍的結(jié)果與上表的幾乎一致。

陀螺邊與2019年又施測(cè)一次，結(jié)果與第一遍相差不大。

（5）帶有加測(cè)陀螺邊的兩遍測(cè)量資料精度評(píng)定如下表3。

表3 帶有加測(cè)陀螺邊的兩遍測(cè)量資料精度評(píng)定表

（6）由上三表可以看出，所測(cè)陀螺邊精度滿足貫通測(cè)量精度的要求，可以作為堅(jiān)強(qiáng)邊，來(lái)提高貫通測(cè)量精度。

3 結(jié)論

本項(xiàng)目創(chuàng)新性地采取的各項(xiàng)技術(shù)措施及方法確保了大型貫通測(cè)量的精度，保證了礦井南翼回風(fēng)巷這一特大型貫通的順利實(shí)現(xiàn)

（1）貫通前各測(cè)段的測(cè)量結(jié)果的精度評(píng)定，見表4。

表4 貫通前各測(cè)段的測(cè)量結(jié)果的精度評(píng)定表

由上兩表可以看出，本方案采取的各項(xiàng)技術(shù)措施切實(shí)可行，貫通前的基控結(jié)果能夠達(dá)到井下平面和高程控制的精度，所測(cè)結(jié)果可用于來(lái)控制礦井南翼回風(fēng)巷施工的方向和坡度。

（2）貫通后進(jìn)行了實(shí)際偏差測(cè)量和導(dǎo)線聯(lián)測(cè)。

礦井南翼回風(fēng)巷于2019年9月24日晚上8點(diǎn)在礦井南翼回風(fēng)巷下段順利實(shí)現(xiàn)相向貫通。貫通后進(jìn)行了實(shí)際偏差測(cè)量和導(dǎo)線聯(lián)測(cè)，結(jié)果如下：

①現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際水平方向偏差為20MM，在豎直方向上無(wú)偏差。②導(dǎo)線聯(lián)測(cè)結(jié)果精度評(píng)定如下表5。

表5 導(dǎo)線聯(lián)測(cè)結(jié)果精度評(píng)定表

（3）本項(xiàng)目通過(guò)創(chuàng)新性地采用各種技術(shù)措施，解決了導(dǎo)線周長(zhǎng)超過(guò)萬(wàn)米的貫通測(cè)量中所遇到的各種問(wèn)題，各種難題，并且提高了測(cè)量速度，減少了井下占用時(shí)間，提高了工作效率，減少了工作量，同時(shí)減少了各項(xiàng)費(fèi)用等，確保了礦井南翼回風(fēng)巷的高精度貫通。

（4）本項(xiàng)目采取的技術(shù)方法在類似貫通工程中具有應(yīng)用借鑒價(jià)值。