馬脊梁煤礦井下巷道貫通測量方法分析

溫 陽

（煤炭工業(yè)大同礦區(qū)建設工程質(zhì)量監(jiān)督站，山西 大同 037003）

1 工程概況

隨著馬脊梁煤礦生產(chǎn)能力的不斷提升，開采范圍在不斷擴大，礦井生產(chǎn)已經(jīng)開始逐步朝南部-560 m水平方向轉(zhuǎn)移。為了確保礦井的運輸、通風及生產(chǎn)順利進行，在原主井、副井的南側(cè)新建了王村回風立井與副立井。根據(jù)井下生產(chǎn)實際，首先需要將兩個新開掘的立井貫通。本次設計從王村回風立井與副立井分別開掘回風巷道進行對向貫通。

2 貫通方案設計

王村回風立井與副立井之間的貫通工程是馬脊梁煤礦關(guān)鍵開拓延伸工程，整體路線相對較長，且線路較為復雜，在具體貫通時難度相對較大。為了保證本次貫通能夠順利，在原主井、副井與副立井的工業(yè)場地內(nèi)構(gòu)建了測量控制網(wǎng)，在王村回風立井與副立井中設置了定向基點網(wǎng)。使用近井控制網(wǎng)與立井定向基點的方式向王村回風立井與副立井中進行定向、投點，將高程導入。本次貫通開掘的回風巷道，整個導線的全部長度為4.9 km，導線點布置36個，導線的邊長在25～360 m之間，平均長度為136 m。在進行測量時，巷道按照7″的精度進行控制，井下高程測量與地面測量均按照四等水準測量的精度要求，按照《煤礦測量規(guī)程》中的相關(guān)規(guī)定，貫通相遇點在水平重要方向允許出現(xiàn)的偏差控制在0.5 m，在高程方向允許出現(xiàn)的偏差控制在0.2 m。貫通方案設計見圖1。

圖1 貫通方案設計

3 測量方法

3.1 地面控制網(wǎng)

以礦井范圍內(nèi)兩個GPS E級點作為起算點，將這兩個起算點為基準構(gòu)建平面控制網(wǎng)，將礦井范圍內(nèi)的10個GPS E級點作為所有網(wǎng)格點。地面高程在控制時，選擇采用四等水準網(wǎng)控制的方式，在水準線路中一共設置2個閉合環(huán)，長度為10 km，水準點設置6個，在這6個水準點中包含立井定向基點3個、GPS E級點3個。

3.2 礦井聯(lián)系測量

選擇使用長鋼絲法將坐標投到井下，具體測量時進行兩次獨立投點。在王村回風立井的井底車場與副立井位置進行陀螺定向，選擇使用全站儀開展兩次獨立觀測，取兩次測量的平均數(shù)值作為開始測量邊的方位角值。為了提升導線測量的觀測精度，降低導向測角存在的誤差累積問題，在運輸巷、回風巷貫通相遇點的周邊，開展陀螺邊定向測量4次，所有的邊均進行兩次獨立觀測，具體結(jié)果取這兩次觀測的平均數(shù)值，定向邊方位角值可選擇兩次測量的平均數(shù)值。

選擇使用鋼尺方法將高程導入到井下，在王村回風立井與副立井分別進行觀測，這兩次測量的結(jié)果之間的差值應當控制在井筒深度的1/8000，同時，將這兩次測量結(jié)果的平均數(shù)值作為高程的導入點。

3.3 井下導線測量

在進行井下導線測量時，按照7″控制導線進行測量，選擇使用全站儀進行邊與角度的測量。在進行井下導線的觀測時，應當有兩名以上的觀察者獨立開展測量，并取測量的平均值，對于得到的邊長、角度的平均值，除取平均值之外，還需進行近似平差。如果邊長長度不超過30 m，可選擇使用三次對中觀測方法，最終結(jié)果取測量的平均值。本次測量規(guī)定測回差應當?shù)陀?2″，邊長一個測回內(nèi)，讀數(shù)之間的差值應當在10 mm以內(nèi)，單次測回間的差值應當在15 mm之內(nèi)，在測量導線之間的距離時，對中誤差應當在1/10000之內(nèi)，導線全部長度的相對閉合差應當控制在1/8000。

3.4 井下高程測量

在開展導線測量的過程中，還需選擇使用三角高程的方式開展高程測量，選擇使用垂直角中絲法的方式開展2個回數(shù)的觀測，垂直角的互差應當控制在15″，指標差之間的差距應當在15″之內(nèi)，對向觀測時，需將高度差控制在10 mm+0.3S的范圍內(nèi)，其中，S是導線的水平邊長，單位選擇為km。往返觀測高度差之間的差值應當控制在，其中R是兩個水準點之間的路線長度，單位選擇為km。

4 貫通誤差

4.1 貫通相遇點k橫向偏差

首先是GPS E級網(wǎng)測量誤差在k點橫向方向出現(xiàn)的偏差為：

式中：Md為近井點在水平方向的相對誤差。以GPS接收機標稱的精度為準，大小等于±0.3 mm；Mα為近井點方位角相對中誤差。以GPS接收機標稱的精度為準，大小等于±0.6″。

其次，陀螺定向?qū)е耴點在水平方面出現(xiàn)的偏差為：

式中：mα為一次定向中存在的誤差，根據(jù)測量可知，其大小為±8.2″。

第三，立井投點誤差所導致的k點在水平方向出現(xiàn)的偏差。本次王村回風立井與副立井均選擇使用經(jīng)驗值，具體為：

M投副=M投王=±35 mm

則可以得到：

第四，k點由于井下導線測量在水平方向所引起的誤差。從實際測量得到的資料來看，井下導線選擇使用的是J2級經(jīng)緯儀，選擇使用的是一次對中兩個測回法進行的觀測，在進行角度測量時，得到的測角誤差為：

mβ=±6″

那么，在開展井下導線角度測量時，所導致的K點在水平方向上的誤差是：

在進行井下導線的邊長測量時，誤差參數(shù)選擇距離測量儀器上的精度，大小為：2 mm+2×10-6D，進行距離測量而導致K點在水平方向的誤差是：

在進行井下導線測量時，進行兩次獨立觀測，這兩次獨立觀測結(jié)果的平均數(shù)值，在貫通點k水平方向的誤差是：

第五，在水平方向上貫通的中誤差為：

第六，在水平方向上貫通后的預計誤差為：

Mx′k預=±2Mx′k=2×0.240 m=±0.480（mm）

4.2 貫通點k在高程方向的誤差

首先是貫通點k受到地面水準測量所帶來的高程誤差。本次測量地面四等水準測量路線的單程長度為10 km，按照規(guī)程限差的方式進行推算，得到高程中誤差為：

其次是k點高程誤差受到導入高程所帶來的誤差。從本次測量資料來看，在導入高程后，其中誤差是m=±18 mm，立井進行的兩次尺位導入到整個高程中，最終給k點帶來的誤差為：

第三，k點高程誤差受到三角高程所帶來的誤差。根據(jù)本次三角高程測量中單程長度為4.898 m，根據(jù)相關(guān)的規(guī)定進行限差推算，經(jīng)過2個測回的觀測，所帶來的誤差為：

第四，k點高程誤差受到腰線標定所帶來的誤差。根據(jù)本次貫通需要，最后一段的長度在100 m左右，腰線標定的精度對高程方向的影響，按照經(jīng)驗數(shù)值，選擇為0.02 m，則k點的高程誤差為：

第五，k點貫通后，總中誤差為：

最后為k點高程上的誤差的估計為：

MH預計值=±2MH′=2×90=±180（mm）

5 結(jié)語

本次貫通測量的難度相對較大，觀測的條件也較為復雜，測量的路線也非常長。構(gòu)建了平面控制網(wǎng)，開展了兩次立井投點，較好的保證了貫通測量的精度需要，同時通過施測陀螺定向的方式，有效減少了導線在進行角度測量時，帶來的誤差累積小于貫通設計要求，確保了本次貫通的精度。