煤礦切巷貫通測(cè)量技術(shù)的精度分析

黃紅龍

（山西省同煤集團(tuán)云崗礦地質(zhì)測(cè)量科，山西 大同 037017）

云岡礦12#煤層406 盤區(qū)8623 工作面回采時(shí)，由于采區(qū)地質(zhì)構(gòu)造影響，在過斷層時(shí)，液壓支架無法正常工作。因此，需要在506-7南部，距離268.5 m處進(jìn)行開掘切巷，與5623-1和2623-2工作面貫通[1]。為了提高切巷貫通的精度， 巷道與切巷貫通之前，要先確定切巷貫通的坐標(biāo)位置，為貫通工程提供依據(jù)。 而在實(shí)際工作中，無法對(duì)切巷貫通點(diǎn)的位置進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，只能在原始數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對(duì)巷道進(jìn)行探測(cè)掘進(jìn)。 根據(jù)礦井條件，采用陀螺經(jīng)緯儀及全站儀三架導(dǎo)線測(cè)量等技術(shù)，有效地解決了切巷與巷道的貫通，解決了工作面銜接不好的問題。

1 工程概況

8623 工作面屬于低位放頂煤工作面，煤炭?jī)?chǔ)存量大，煤層較穩(wěn)定，沒有夾矸；煤層平均厚度為5.8 m，平均傾角為1°；工作面面長(zhǎng)為1 470 m。 在巷道掘進(jìn)時(shí)，由于煤層底板厚度出現(xiàn)變化，導(dǎo)致巷道坡度隨之發(fā)生變化。 8623 工作面的布置見圖1。

圖1 8623 工作面布置

2 貫通測(cè)量技術(shù)選擇及誤差分析

8623 工作面的井下貫通測(cè)量路線見圖2。 測(cè)量時(shí)加測(cè)陀螺定向邊作為堅(jiān)強(qiáng)邊， 采用陀螺定向技術(shù)[2]，實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)線的整體平差。 在井下導(dǎo)線測(cè)量中，采用7″級(jí)全站儀三架法測(cè)量技術(shù)。 在井下高程測(cè)量中，采用紅外三角高程測(cè)量與全站儀三架導(dǎo)線測(cè)量相結(jié)合的測(cè)量技術(shù)。

圖2 貫通測(cè)量路線

2.1 貫通測(cè)量技術(shù)選擇

陀螺定向技術(shù)中使用瑞士的陀螺經(jīng)緯儀，對(duì)地面和井下分別進(jìn)行二次測(cè)回， 得到陀螺儀器常數(shù)。分別在已知定向邊、8623 切巷離窩頭最近的一側(cè)以及5623-1巷道離窩頭最近的一側(cè)布置陀螺邊D1—S3、L31—L32、L14—L15。 根據(jù)相關(guān)規(guī)定，在一次測(cè)回測(cè)量中，陀螺的方位角中誤差應(yīng)為±15″，而實(shí)際測(cè)量出的中誤差為±4.4″；陀螺方位角平均值的中誤差應(yīng)為±10″，而實(shí)際測(cè)量出的中誤差為±1.6″?？梢?，采用陀螺定向技術(shù)能達(dá)到所需要的精度要求。

對(duì)8623 切巷進(jìn)行井下導(dǎo)線測(cè)量和紅外高程測(cè)量，采用全站儀三架法導(dǎo)線測(cè)量技術(shù)，測(cè)量的導(dǎo)線選擇7″級(jí)導(dǎo)線。 在切巷一側(cè)貫通導(dǎo)線，起算點(diǎn)設(shè)在D1 處， 沿D1—S3 的方位作為起算方位進(jìn)行測(cè)量，以陀螺邊L31—L32 的方位作為閉合方位， 進(jìn)行獨(dú)立導(dǎo)線測(cè)量?jī)纱危?求L32 點(diǎn)的兩次測(cè)量的坐標(biāo)差，得出ΔX 為3 mm，ΔY 為13 mm， 則導(dǎo)線坐標(biāo)的閉合差為13.3 mm。 進(jìn)行紅外高程測(cè)量時(shí)，同樣將起算點(diǎn)設(shè)在D1 處，獨(dú)立導(dǎo)線測(cè)量?jī)纱?，得到L32 點(diǎn)處紅外高程測(cè)量的閉合差為9 mm， 兩者均符合導(dǎo)線測(cè)量中對(duì)閉合差的精度要求。

對(duì)5623-1 巷道進(jìn)行井下導(dǎo)線測(cè)量和紅外高程測(cè)量。 測(cè)量的導(dǎo)線選擇7″級(jí)導(dǎo)線， 起算點(diǎn)設(shè)在D1處，沿D1—S3 的方位作為起算方位進(jìn)行測(cè)量，以陀螺邊L9—L10 的方位作為閉合方位，對(duì)方位角進(jìn)行平差，得到方位角的閉合差為16″。 繼續(xù)延伸導(dǎo)線至L15，進(jìn)行兩次獨(dú)立測(cè)量，得到L15 兩次測(cè)量的坐標(biāo)差ΔX 為35 mm，ΔY 為32 mm，則導(dǎo)線坐標(biāo)的閉合差為47 mm。 進(jìn)行紅外高程測(cè)量時(shí)，同樣將起算點(diǎn)設(shè)在D1 處，獨(dú)立導(dǎo)線測(cè)量?jī)纱危玫絃15 點(diǎn)處紅外高程測(cè)量的閉合差為12 mm，兩者均符合導(dǎo)線測(cè)量中對(duì)閉合差的精度要求。

2.2 貫通測(cè)量誤差分析

根據(jù)測(cè)量的實(shí)際情況及原始數(shù)據(jù)資料，對(duì)貫通測(cè)量相遇點(diǎn)進(jìn)行誤差預(yù)計(jì)。 根據(jù)終點(diǎn)誤差預(yù)計(jì)公式，得到由陀螺定向誤差所引起的相遇點(diǎn)在X 軸方向上的誤差[3]為：

式中：MXα為陀螺定向中誤差；ρ 為常數(shù)， 一般取206 265；RY0為相遇點(diǎn)與各導(dǎo)線起始點(diǎn)連接在Y 軸上的投影長(zhǎng)。

根據(jù)測(cè)量導(dǎo)線量邊誤差所引起的相遇點(diǎn)在X軸方向上的誤差為：

式中：ml為量邊中誤差；l 為各邊導(dǎo)線的邊長(zhǎng)；α 為導(dǎo)線邊與X 軸之間的夾角。

得到相遇點(diǎn)在X 軸方向上的預(yù)計(jì)中誤差為：

在進(jìn)行兩次獨(dú)立觀測(cè)后， 得到平均值中誤差為：

則，相遇點(diǎn)在X 軸方向上的預(yù)計(jì)誤差為：

3 貫通測(cè)量技術(shù)路線及精度分析

3.1 貫通測(cè)量技術(shù)路線

進(jìn)行貫通測(cè)量的技術(shù)路線見圖3[4]。

圖3 貫通測(cè)量技術(shù)路線

在貫通測(cè)量過程中， 注意對(duì)氣象讀數(shù)進(jìn)行記錄，并及時(shí)輸入到全站儀中，將氣象參數(shù)及時(shí)改正。對(duì)同一邊長(zhǎng)進(jìn)行往返觀測(cè)時(shí)，坐標(biāo)方位角閉合差要小于1/8 000； 沿8623 巷道布置基本控制導(dǎo)線，沿采區(qū)的上、 下山以及中間和運(yùn)輸巷道進(jìn)行布置；對(duì)井下進(jìn)行基本導(dǎo)線布置時(shí)，每段要間隔1.5～2.0 km，以滿足定向精度要求。

3.2 精度分析

以三角高程測(cè)量的閉合差作為精度分析的依據(jù)，得到每千米三角高程測(cè)量中誤差為：

式中：fh為閉合差，R 為閉合導(dǎo)線長(zhǎng)度，N 為閉合圈個(gè)數(shù)。

通過對(duì)8623 工作面的貫通測(cè)量，以D1 為起算點(diǎn)，一面到8623 工作面，一面到5623-1工作面，最終相遇在K 點(diǎn)。 在進(jìn)行井下測(cè)量時(shí)，根據(jù)貫通測(cè)量方案，采用陀螺經(jīng)緯儀、全站儀三架法以及紅外三角高程測(cè)量方法，對(duì)工作面的貫通精度進(jìn)行分析?！睹旱V測(cè)量規(guī)程》 中要求允許的高程誤差應(yīng)小于0.2 m，水平誤差應(yīng)小于0.3 m。通過誤差計(jì)算得到貫通預(yù)計(jì)的高程誤差為±0.122 m， 水平誤差為±0.246 m，在實(shí)際貫通后，測(cè)得實(shí)際高程誤差為+0.076 m，水平誤差為+0.178 m，進(jìn)行閉合差計(jì)算，得到fx=±0.140 m，fy=±0.109 m，fz=±0.022 m，導(dǎo)線全長(zhǎng)3 063 m，坐標(biāo)方位角閉合精度小于1/8 000。 貫通后的效果較為理想，貫通精度較高，能高效地完成掘進(jìn)工作，有效地緩解了工作面銜接不好的缺陷，為工作面安全回采奠定基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

針對(duì)云岡礦8623 工作面銜接不好， 無法正?；夭傻膯栴}，將8623 工作面與5623-1、2623-2工作面進(jìn)行貫通。 采用陀螺經(jīng)緯儀、全站儀三架法以及紅外三角高程相結(jié)合的測(cè)量方法，得到結(jié)果如下：

1）貫通后的實(shí)際高程誤差為+0.076 m，水平誤差為+0.178 m，導(dǎo)線全長(zhǎng)3 063 m，坐標(biāo)方位角閉合差小于1/8 000，在貫通允許的誤差范圍內(nèi)。

2）貫通后工作面的回采距離為220 m，回采率高達(dá)85%，可采煤0.2 Mt，創(chuàng)造利潤(rùn)200 萬元，經(jīng)濟(jì)效益明顯。