大型斜坡道分段多頭掘進(jìn)貫通工程測(cè)量技術(shù)應(yīng)用

曹英莉，高金成

（1.煙臺(tái)黃金職業(yè)學(xué)院，山東 招遠(yuǎn) 265401；2.招金礦業(yè)股份有限公司，山東 招遠(yuǎn) 265400）

1 工程概況

該工程工期短，要求其全部掘砌工期僅326天，月掘進(jìn)進(jìn)尺需600m以上；施工面多，需同時(shí)施工6個(gè)工作面，因此測(cè)量任務(wù)重，難度大，且貫通精度要求高。該礦經(jīng)過(guò)近20年的擴(kuò)建改造，測(cè)量系統(tǒng)不統(tǒng)一，測(cè)量精度也不確定，無(wú)法將井下原有數(shù)據(jù)直接用于該工程施工指揮中，為了確保井上下坐標(biāo)系統(tǒng)的統(tǒng)一，必須重新進(jìn)行井上下控制點(diǎn)的測(cè)量，重新從地表系統(tǒng)地進(jìn)行三條豎井聯(lián)系測(cè)量。該斜坡道工程開(kāi)口處距2#礦區(qū)一期明豎井水平距離約4km，貫通測(cè)量路線除地表長(zhǎng)距離導(dǎo)線控制測(cè)量外，還需經(jīng)過(guò)井深分別為160m、225m、220m三個(gè)豎井的聯(lián)系測(cè)量和井下平巷、斜坡道導(dǎo)線的控制測(cè)量，測(cè)量路線長(zhǎng)，誤差累積大。因此貫通方案的選擇優(yōu)化[1]及測(cè)量新技術(shù)的合理應(yīng)用直接決定著工程的工期和貫通精度。

2 測(cè)量方案的優(yōu)化選擇

根據(jù)該礦工程布置情況，初步擬定以下兩個(gè)測(cè)量方案：

方案一：由礦區(qū)地表控制網(wǎng)兩控制點(diǎn)作為起始數(shù)據(jù)，分別施測(cè)地面導(dǎo)線、斜坡道導(dǎo)線指導(dǎo)地表斜坡道下向段施工，施測(cè)地面導(dǎo)線，經(jīng)一期、二期、三期豎井的聯(lián)系測(cè)量和井下控制導(dǎo)線指導(dǎo)-5m中段雙向、-230m中段雙向、-450m中段上向段工程施工。

方案二：由井下-5m水平和-230m水平各選兩控制點(diǎn)做為兩組起算數(shù)據(jù)，分別經(jīng)井下導(dǎo)線、各級(jí)豎井聯(lián)系測(cè)量和斜坡道導(dǎo)線形成獨(dú)立閉合導(dǎo)線指導(dǎo)工程貫通施工。

方案分析與優(yōu)化：兩方案比較，方案一井下五個(gè)工程開(kāi)口開(kāi)工前，必須完成一期、二期、三期豎井的聯(lián)系測(cè)量、三個(gè)中段水平的導(dǎo)線測(cè)量和復(fù)測(cè)工作，至少需要10天，直接影響工程開(kāi)工日期。在貫通精度方面，-230m水平需經(jīng)兩個(gè)豎井的聯(lián)系測(cè)量、-450m水平需進(jìn)行三次的豎井聯(lián)系測(cè)量，測(cè)量誤差累積大、精度低。而方案二直接用井下生產(chǎn)系統(tǒng)可直接開(kāi)工、只地表開(kāi)口需經(jīng)一期豎井聯(lián)系測(cè)量后施測(cè)地面導(dǎo)線即可。同時(shí)考慮豎井聯(lián)系測(cè)量誤差對(duì)貫通精度影響較大，經(jīng)分析研究，分別于-5m水平、-230m水平各選兩個(gè)導(dǎo)線點(diǎn)做為單獨(dú)閉合導(dǎo)線的起算點(diǎn)，這樣就將一個(gè)大的空間閉合路線均勻分成三個(gè)小的空間閉合路線。三個(gè)豎井的深度基本相當(dāng)，都在200m左右，誤差分布均勻。優(yōu)化后，方案二不僅能有效縮短工期，而且測(cè)量路線縮短三分之一，測(cè)量過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，能大大減少誤差積累，十分有利于提高測(cè)量精度，所以選用第二種測(cè)量方案。

3 貫通測(cè)量精度要求

根據(jù)《煤礦測(cè)量規(guī)程》及該貫通工程安全生產(chǎn)的要求，結(jié)合該礦各方面實(shí)際條件[2]，確定該貫通工程水平重要方向的容許偏差為0.3m，垂直方向上容許偏差為0.2m。

4 測(cè)量方法[3]選擇

（1）井上下平面控制測(cè)量。根據(jù)地表貫通工程兩井口間地形高低不平，地勢(shì)起伏較大的情況，兩井口間連測(cè)采用5″級(jí)光電測(cè)距導(dǎo)線進(jìn)行測(cè)量，儀器采用光譜FOCUS6型全站儀，測(cè)角精度為2″，測(cè)邊精度為1mm+1mm/km，可測(cè)導(dǎo)線邊最長(zhǎng)為2100m。井下平面控制測(cè)量按7″級(jí)導(dǎo)線進(jìn)行施測(cè)。

3.3.2 加強(qiáng)融資渠道建設(shè)，形成多元化融資渠道。通過(guò)政策引導(dǎo)商業(yè)銀行服務(wù)農(nóng)村，完善農(nóng)村金融服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)金融服務(wù)由鎮(zhèn)鄉(xiāng)向村的下沉延伸；鼓勵(lì)商業(yè)銀行、農(nóng)合銀行、信用社金融機(jī)構(gòu)跨地區(qū)經(jīng)營(yíng)，形成競(jìng)爭(zhēng)；降低農(nóng)村金融市場(chǎng)的準(zhǔn)入門(mén)檻，發(fā)展多元化的農(nóng)村合作金融組織，吸納民間資本進(jìn)入農(nóng)業(yè)合作金融領(lǐng)域；建立融資服務(wù)機(jī)構(gòu)，通過(guò)股權(quán)交易平臺(tái)等融資渠道建設(shè)，讓更多資金進(jìn)入農(nóng)業(yè)金融投資領(lǐng)域，逐步形成多元化的融資渠道。

（2）聯(lián)系測(cè)量。豎井聯(lián)系測(cè)量主要包括定向和導(dǎo)入高程兩項(xiàng)工作，目前定向最常用的方法是幾何定向法，本次定向仍然采用一井定向，為了提高定向精度，用三線連接四邊形法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的兩線連接三角形法，即在一個(gè)井筒內(nèi)不是下放兩根定向鋼絲，而是三根定向鋼絲。三線定向法是后方交會(huì)和幾何定向測(cè)量技術(shù)的綜合應(yīng)用，由于在地面連接測(cè)量中增加了三個(gè)多余觀測(cè)數(shù)據(jù)，可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)密平差，能有效提高測(cè)量數(shù)據(jù)的精度和可靠性。通過(guò)測(cè)量與計(jì)算，將地面坐標(biāo)系統(tǒng)傳遞到井下。導(dǎo)入高程采用該礦常用的鋼絲法，在井口設(shè)置比長(zhǎng)臺(tái)，定向工作結(jié)束后，在鋼絲上、下作出標(biāo)記，直接用比長(zhǎng)臺(tái)丈量鋼絲兩標(biāo)記之間的長(zhǎng)度，節(jié)省用鋼尺法導(dǎo)入高程再次下放鋼尺的時(shí)間，兩次導(dǎo)入高程互差不超過(guò)豎井長(zhǎng)度的1/8000。

（3）高程控制測(cè)量。由于地表不平坦，不能進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量，而是在進(jìn)行導(dǎo)線測(cè)量時(shí)直接進(jìn)行三角高程測(cè)量，精度應(yīng)能達(dá)到四等水準(zhǔn)測(cè)量的精度要求。井下平巷內(nèi)的高程測(cè)量采用水準(zhǔn)儀兩次儀器高觀測(cè)，往返測(cè)量閉合差不大于±m(xù)m（R為單程距離，以千米為單位）。斜井中高程測(cè)量采用全站儀三角高程測(cè)量,與井下導(dǎo)線測(cè)量同時(shí)進(jìn)行，導(dǎo)線的高程閉合差應(yīng)不大于±m(xù)m（L為斜井中三角高程測(cè)量線路總長(zhǎng)度，單位為千米）。

5 貫通誤差預(yù)計(jì)

優(yōu)化后貫通測(cè)量方案將一個(gè)大的貫通測(cè)量分解為三個(gè)小的貫通測(cè)量，且每個(gè)閉合線路內(nèi)只需經(jīng)過(guò)一個(gè)豎井的聯(lián)系測(cè)量和井上、下導(dǎo)線測(cè)量即可。

在進(jìn)行貫通誤差預(yù)計(jì)時(shí)，①首先要進(jìn)行所需基本誤差參數(shù)的確定，參數(shù)確定最常用的方法是根據(jù)本礦以往積累的實(shí)測(cè)資料分析求得，也可借鑒相似的外單位的數(shù)據(jù)，或者根據(jù)《煤礦測(cè)量規(guī)程》中限差規(guī)定反算求得。②繪制一張比例尺為1：2000的誤差預(yù)計(jì)圖，在圖上繪出貫通相遇點(diǎn)的位置，并在預(yù)計(jì)圖上量出相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)行誤差預(yù)計(jì)。現(xiàn)以-5m水平下山與-230m水平上山貫通為例進(jìn)行貫通誤差預(yù)計(jì)[4]：

5.1 平面誤差預(yù)計(jì)

（1）導(dǎo)線測(cè)量誤差：實(shí)際施測(cè)時(shí)各段導(dǎo)線獨(dú)立施測(cè)兩次，取平均值作為最終成果。按下式計(jì)算導(dǎo)線測(cè)量誤差。

根據(jù)本礦以往貫通實(shí)測(cè)資料求得式中導(dǎo)線測(cè)角中誤差mβ=±10′′。

計(jì)算結(jié)果為：M導(dǎo)=±0.035m。

（2）定向測(cè)量誤差，一井獨(dú)立定向兩次，取平均值，誤差預(yù)計(jì)按下式計(jì)算。

計(jì)算結(jié)果為：M定=0.022m。

（3）水平方向的總誤差為：

計(jì)算結(jié)果為：M平=±0.041m。

則水平方向的預(yù)計(jì)誤差為M平預(yù)=2M平=±0.082m。

5.2 高程上的誤差預(yù)計(jì)

（1）井下水準(zhǔn)測(cè)量每百米高差中誤差為mh水=±10mm,則水準(zhǔn)測(cè)量誤差為：

（2）井下三角高程測(cè)量每百米高差中誤差為mh三=±15mm，則三角高程測(cè)量誤差為：

（3）根據(jù)本礦以往實(shí)測(cè)資料分析求得豎井導(dǎo)入高程中誤差為Mh0=±0.018m,則貫通在高程方向上總誤差為：

以上測(cè)量獨(dú)立進(jìn)行兩次,且取兩倍中誤差作為高程方向上的誤差：

將以上預(yù)計(jì)誤差與設(shè)計(jì)的工程容許偏差值進(jìn)行比較，在水平重要方向上的預(yù)計(jì)誤差為0.082m，高程上的預(yù)計(jì)誤差為0.102m，均未超過(guò)貫通容許偏差0.3m和0.2m，并且從誤差預(yù)計(jì)過(guò)程分析得到在后緒貫通測(cè)量過(guò)程中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注的引起產(chǎn)生測(cè)量誤差的因素，如在高程測(cè)量方面，斜坡道三角高程測(cè)量是最主要的誤差來(lái)源，所以斜坡道高程測(cè)量時(shí)，應(yīng)特別注意儀器的整平精度，并要考慮全站儀豎軸的傾斜改正問(wèn)題，以盡量提高測(cè)量精度。

經(jīng)過(guò)計(jì)算分解的三個(gè)貫通工程，預(yù)計(jì)誤差均未超容許偏差，說(shuō)明選定的測(cè)量方案和方法是切實(shí)可行的。本貫通工程屬于兩井間工程貫通，而且貫通距離長(zhǎng)，屬大型重要貫通，需編寫(xiě)完整詳細(xì)的貫通測(cè)量設(shè)計(jì)書(shū)，作為施測(cè)的依據(jù)。

6 總結(jié)

經(jīng)過(guò)共同努力，該斜坡道掘進(jìn)工程提前近一個(gè)月順利全線貫通，通過(guò)貫通后進(jìn)行導(dǎo)線聯(lián)測(cè)，三段斜坡道全部滿足設(shè)計(jì)與工程測(cè)量規(guī)范要求，無(wú)論是工程進(jìn)度還是貫通效果均創(chuàng)該礦歷史最高水平。而且地表斜坡道與各中段貫通后，不僅大大改善了該礦局部通風(fēng)困難問(wèn)題，而且僅一年就通過(guò)該斜坡道下放大型機(jī)械設(shè)備30余臺(tái)套，用于井下生產(chǎn)和深部開(kāi)拓，僅此一項(xiàng)可節(jié)約設(shè)備解體、下放、組裝工時(shí)費(fèi)20余萬(wàn)元。

該工程的順利貫通，特別是在貫通測(cè)量中嘗試采用新方法新技術(shù)，如定向三絲法，定向測(cè)距時(shí)利用自制激光反光柱等，既提高了測(cè)量精度和效率，又大大降低了測(cè)量安全風(fēng)險(xiǎn)。為今后進(jìn)行大型工程貫通測(cè)量積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，具有一定的應(yīng)用推廣價(jià)值。