超長(zhǎng)距離不沿導(dǎo)向?qū)哟笮拖嘞蜇炌y(cè)量技術(shù)

梁 征

(西山煤電股份有限公司 馬蘭礦， 山西 古交 030205)

西山煤電股份有限公司馬蘭礦南翼集中運(yùn)輸大巷不沿導(dǎo)向?qū)哟笮拖嘞蜇炌üこ躺婕熬锕こ谭彪s，時(shí)間跨度大，導(dǎo)線距離長(zhǎng)，且施測(cè)過程易遇到風(fēng)速快，短邊多等不利因素，影響貫通精度。傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)主要采用增加觀測(cè)次數(shù)減少測(cè)量誤差，實(shí)測(cè)精度雖然有所提高，但由于人為、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境等因素的影響，仍會(huì)使貫通后接合處的偏差超過規(guī)定限度，造成貫通后需要擴(kuò)幫、拉底等來消除偏差，增加礦井成本。若修改設(shè)計(jì)方案，則需要延長(zhǎng)工期，增加皮帶、軌道等運(yùn)輸設(shè)備，不利于礦井開采與掘進(jìn)的平衡接續(xù)，制約礦井生產(chǎn)建設(shè)。。貫通處的實(shí)際偏差為：水平方向偏差為260 mm，豎直方向偏差76 mm，導(dǎo)線全長(zhǎng)相對(duì)閉合差1/336 61. 貫通精度高于《煤礦測(cè)量規(guī)程》規(guī)定限差。

1 工程概況

馬蘭礦南翼集中運(yùn)輸大巷貫通工程橫跨井底車場(chǎng)、910南大巷、南一采區(qū)、南五采區(qū)、南八采區(qū)、井底南八南九膠帶機(jī)運(yùn)輸大巷，直至南翼集中運(yùn)輸大巷相向貫通，貫通測(cè)量導(dǎo)線長(zhǎng)約11 km，架設(shè)測(cè)站60站。測(cè)量路線包括兩條：以910大巷內(nèi)的5秒級(jí)基本控制點(diǎn)WS-0、WS-1為起始邊，一條經(jīng)910南大巷、井底車場(chǎng)4號(hào)道、南八南九膠帶機(jī)運(yùn)輸大巷、南翼集中運(yùn)輸大巷、貫通點(diǎn)K；另一條經(jīng)910南大巷、南五下組煤進(jìn)風(fēng)聯(lián)巷、南五下組煤輔助運(yùn)輸下山、南翼集中運(yùn)輸大巷措施巷、南翼集中運(yùn)輸大巷、貫通點(diǎn)K. 測(cè)量路線見圖1.

圖1 測(cè)量路線示意圖

2 貫通測(cè)量技術(shù)難點(diǎn)

按照貫通工程預(yù)計(jì)路線，分析南翼集中運(yùn)輸大巷超長(zhǎng)距離特大型貫通工程的主要難點(diǎn)有以下幾個(gè)方面：

1) 該工程為一井內(nèi)不沿導(dǎo)向?qū)酉嘞蛱卮笮拓炌ǎこ桃笏街匾较虻娜菰S偏差為±0.3 m；豎直方向容許偏差為±0.2 m.

2) 短邊制約貫通精度。導(dǎo)線邊長(zhǎng)小于30 m的共計(jì)有4條，分別為：井底車場(chǎng)4號(hào)道至南八南九膠帶機(jī)運(yùn)輸大巷開口施工控制段3條、南五下組煤聯(lián)絡(luò)巷1條。

3) 風(fēng)速影響對(duì)中精度。導(dǎo)線經(jīng)過的910南大巷、南一下組煤及南五下組煤進(jìn)風(fēng)下山等區(qū)段為礦井主要進(jìn)風(fēng)大巷，風(fēng)速達(dá)到4 m/s以上。

4) 如何預(yù)測(cè)巷道實(shí)際偏差，提前避免或減少貫通后的調(diào)整工作，是此次貫通測(cè)量的難點(diǎn)之一。

3 采取的技術(shù)措施

3.1 全站儀交會(huì)投點(diǎn)技術(shù)

1) 井下測(cè)量水平角的誤差主要取決于儀器誤差、測(cè)角方法以及覘標(biāo)和儀器中心與測(cè)點(diǎn)中心布置同一鉛垂線上所產(chǎn)生的覘標(biāo)對(duì)中誤差和儀器對(duì)中誤差[1].為解決910南大巷、南一下組煤及南五下組煤進(jìn)風(fēng)下山等區(qū)段風(fēng)速大、垂球搖擺嚴(yán)重，擋風(fēng)措施難以有效保證垂球?qū)χ芯鹊膯栴}，在910南大巷拐彎處WS-3點(diǎn)、SZ-1點(diǎn)和南五下組煤進(jìn)風(fēng)聯(lián)巷拐彎處S1-1點(diǎn)(控制點(diǎn)被風(fēng)水管路遮擋)采用“全站儀交會(huì)投點(diǎn)法”，將頂板導(dǎo)線點(diǎn)通過幾何交會(huì)原理投影至巷道底板，避免了重新布點(diǎn)，檢核原有資料的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)上激光對(duì)中，資料準(zhǔn)確可靠，減少對(duì)中誤差，提高測(cè)量成果精度。

2) 全站儀交會(huì)投點(diǎn)原理。通過立體幾何可知，垂直于同一水平面的兩個(gè)平面的交線同樣垂直于該水平面，平面相等且交點(diǎn)唯一[2]. 全站儀嚴(yán)格整平后望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)控制點(diǎn)，視準(zhǔn)軸可給出垂直面及水平面，兩臺(tái)儀器視準(zhǔn)軸十字絲所形成的平面交線即為控制點(diǎn)不同高程位置的平面點(diǎn)位，見圖2.

圖2 全站儀交會(huì)投點(diǎn)法幾何原理示意圖

3.2 設(shè)置專用底板點(diǎn)

因井底車場(chǎng)4號(hào)道至南八南九膠帶機(jī)運(yùn)輸大巷開口施工段、南五下組煤聯(lián)絡(luò)巷等地段導(dǎo)線距離較短，導(dǎo)線邊長(zhǎng)小于30 m，為了減少其對(duì)測(cè)角精度的影響，在井底車場(chǎng)4號(hào)道至南八南九膠帶機(jī)運(yùn)輸大巷開口施工段設(shè)置3站專用底板點(diǎn)(即LP-4-P-1點(diǎn)之間)，南五下組煤聯(lián)絡(luò)巷處設(shè)置2站專用底板點(diǎn)(即PY-34點(diǎn)、YM-1點(diǎn))。

頂板點(diǎn)由于導(dǎo)線邊較短、風(fēng)流較大，垂球?qū)χ姓`差大等不利觀測(cè)條件，影響測(cè)角精度。因此，將導(dǎo)線邊長(zhǎng)小于30 m的頂板標(biāo)志設(shè)置成底板點(diǎn)標(biāo)志，牢固埋設(shè)，確保點(diǎn)位精度可靠，實(shí)現(xiàn)底板光學(xué)對(duì)中，減小受邊長(zhǎng)限制造成儀器對(duì)中誤差和覘標(biāo)瞄準(zhǔn)誤差不斷增大的影響，縮短初復(fù)測(cè)周期，避免三聯(lián)架點(diǎn)位無法復(fù)測(cè)檢查，保證了短邊測(cè)量精度。頂板點(diǎn)與底板點(diǎn)技術(shù)對(duì)比見表1.

表1 頂板點(diǎn)與底板點(diǎn)技術(shù)對(duì)比表

3.3 水準(zhǔn)塔尺量高

受井下作業(yè)條件的限制，除910運(yùn)輸大巷段采用水準(zhǔn)測(cè)量方法外，其余巷道均采用光電測(cè)距三角高程，且下組煤區(qū)段巷高過高，使用傳統(tǒng)的鋼卷尺量取儀器高度、覘標(biāo)高度非常困難，量高精度難以保證，高程精度就更難以得到保障。使用水準(zhǔn)塔尺代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼卷尺進(jìn)行測(cè)前測(cè)后獨(dú)立量高，有效保證高程精度的同時(shí)避免了人員登高測(cè)量作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。

3.4 貫通探孔跟蹤技術(shù)

在貫通距離剩余30 m時(shí)，使用專用鉆機(jī)沿中腰線施工貫通探孔。根據(jù)探孔與兩巷道導(dǎo)線點(diǎn)的空間位置關(guān)系，初略計(jì)算偏差值。利用礦井現(xiàn)有的YCJ90/360型礦用鉆孔分析儀測(cè)定鉆孔軌跡。每班跟蹤探孔與中腰線空間關(guān)系，分析軌跡與偏差關(guān)系。當(dāng)貫通距離剩余10～15 m時(shí)，依據(jù)跟蹤分析成果，提前調(diào)整巷道偏差，探孔跟蹤測(cè)量數(shù)據(jù)見表2.

3.5 其他測(cè)量技術(shù)

1) 采用前視觀測(cè)斜距、后視加測(cè)平距，高程往返觀測(cè)，內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)檢核、導(dǎo)線薄弱地段加測(cè)陀螺定向邊等技術(shù)方法，剔除角度、距離、高程測(cè)量粗差。

2) 巷道臨近工程設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)平位置時(shí)，由專業(yè)人員勘查地層柱狀、巖性及煤巖層傾角，結(jié)合貫通處揭露的巖性及鉆探資料，進(jìn)行技術(shù)分析，檢核高程粗差。

表2 探孔跟蹤測(cè)量數(shù)據(jù)表

注：中線右偏為“-”，左偏為“+”；腰線下為“-”，上為“+”

4 成果分析

南翼集中運(yùn)輸大巷11 km超長(zhǎng)距離不沿導(dǎo)向?qū)哟笮拖嘞蛑匾炌üこ逃?018年12月26日貫通，貫通后通過閉合測(cè)量，水平方向偏差為260 mm，豎直面偏差76 mm，導(dǎo)線全長(zhǎng)相對(duì)閉合差1/33 661，符合工程要求，高精度完成貫通測(cè)量任務(wù)。避免了原計(jì)劃可能因貫通巷道偏差過大造成的擴(kuò)幫、挑頂、拉底等工作，節(jié)約了成本，滿足設(shè)備安裝要求，保障了采掘銜接。

5 結(jié) 語

通過研究大型相向貫通工程的技術(shù)難點(diǎn)，提出采用“全站儀交會(huì)投點(diǎn)、設(shè)置專用底板點(diǎn)、水準(zhǔn)塔尺量高、貫通探孔跟蹤”等技術(shù)措施，提升了礦井貫通精度，有效解決了礦井復(fù)雜測(cè)量條件下貫通技術(shù)難題，為工程順利貫通提供有利保障。