井巷貫通測(cè)量方案及精度控制分析

陳興隆

（鄭州商學(xué)院建筑工程學(xué)院，河南 鄭州 450000）

為保證井下巷道能夠按照設(shè)計(jì)精確掘進(jìn)貫通而做的測(cè)量工作叫貫通測(cè)量。貫通測(cè)量由平面與高程貫通測(cè)量組成[1-2]。平面貫通測(cè)量是為保證巷道在橫向和縱向上的貫通精度，其中橫向貫通精度指在巷道貫通時(shí)左右兩側(cè)巷幫與貫通位置的橫向偏差量，縱向貫通精度指在巷道貫通時(shí)與貫通位置間的距離差量；高程貫通測(cè)量是為保證巷道在豎直方向上的貫通精度，是指巷道在貫通時(shí)與貫通位置的豎向偏差量[3]。主要任務(wù)包括地面近井點(diǎn)聯(lián)測(cè)、井下控制網(wǎng)聯(lián)測(cè)、巷道導(dǎo)線聯(lián)測(cè)、巷道掘進(jìn)方向和坡度放線。

1 工程概況

伯方煤礦羊圈港進(jìn)風(fēng)斜井與二水平西翼軌道大巷貫通工程全長(zhǎng)5 km，屬于大型貫通測(cè)量工程。進(jìn)風(fēng)斜井在經(jīng)過(guò)700 m 施工，至井下二水平設(shè)計(jì)變平位置后停止，在西翼軌道大巷向進(jìn)風(fēng)斜井變平位置施工聯(lián)絡(luò)巷，最終精確貫通。此次大型貫通測(cè)量任務(wù)井下導(dǎo)線聯(lián)測(cè)全長(zhǎng)6171 m。圖1 為進(jìn)風(fēng)斜井貫通示意平面圖。

圖1 進(jìn)風(fēng)斜井貫通示意平面圖

2 貫通測(cè)量技術(shù)方案

2.1 近井點(diǎn)聯(lián)測(cè)

井口近井點(diǎn)精度對(duì)井下貫通測(cè)量有重要意義，影響最終貫通結(jié)果。為避免近井點(diǎn)誤差對(duì)井下貫通測(cè)量精度帶來(lái)影響，要保證在水平方向上精度誤差不超過(guò)±80 mm，方位角在后視方向上誤差不超過(guò)±12″，井口高程基點(diǎn)測(cè)量要采用四等水準(zhǔn)測(cè)量進(jìn)行，保證進(jìn)風(fēng)斜井貫通測(cè)量精度要求[4]。

為保證近井點(diǎn)聯(lián)測(cè)可靠性，根據(jù)國(guó)家測(cè)繪法規(guī)定，近井點(diǎn)平面控制測(cè)量需具備相關(guān)測(cè)繪資質(zhì)。伯方煤礦進(jìn)風(fēng)斜井近井點(diǎn)測(cè)量數(shù)據(jù)詳見表1。

表1 平面控制測(cè)量數(shù)據(jù)成果

井口高程基點(diǎn)初測(cè)數(shù)據(jù)為H1，1 032.021；H2，977.340。進(jìn)風(fēng)斜井近井點(diǎn)PK3高程起測(cè)點(diǎn)為二等水準(zhǔn)高程點(diǎn)，按照四等高程導(dǎo)線相關(guān)要求，采用光電測(cè)距高程導(dǎo)線測(cè)量方式施測(cè)，以符合導(dǎo)線形式測(cè)量至近井點(diǎn)PK3。獨(dú)立進(jìn)行兩次高程導(dǎo)線測(cè)量，測(cè)量組6 人，觀測(cè)儀器1 人，數(shù)據(jù)記錄1 人，前視后視各兩人。

2.2 井下測(cè)量

2.2.1 井下測(cè)量等級(jí)

《煤礦測(cè)量規(guī)程》規(guī)定井下大巷導(dǎo)線點(diǎn)測(cè)量等級(jí)為7″級(jí)，工作面到導(dǎo)線點(diǎn)測(cè)量等級(jí)為15″，由5 人進(jìn)行井下大巷導(dǎo)線聯(lián)測(cè)工作，選用全站儀精度標(biāo)準(zhǔn)為1 mm+1 ppm.D，配備三角支架3 個(gè)、棱鏡以及基座2 套、鋼卷尺3 把，該儀器誤差為1 mm，測(cè)量距離每增加1 km，則誤差增加±1 mm，能夠滿足進(jìn)風(fēng)斜井貫通精度。設(shè)計(jì)導(dǎo)線測(cè)量類型為符合導(dǎo)線，根據(jù)井下巷道實(shí)際掘進(jìn)情況，進(jìn)行支導(dǎo)線測(cè)量，當(dāng)巷道具備條件時(shí)，隨時(shí)進(jìn)行符合導(dǎo)線布設(shè)[5-6]。7″級(jí)導(dǎo)線技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 7″首級(jí)基本控制導(dǎo)線技術(shù)指標(biāo)

2.2.2 井下導(dǎo)線邊長(zhǎng)測(cè)量

在井下進(jìn)行導(dǎo)線邊長(zhǎng)測(cè)量時(shí)，首先要對(duì)所使用的全站儀進(jìn)行校正，測(cè)量井下測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)的溫度、濕度、氣壓等數(shù)據(jù)，并輸入全站儀中進(jìn)行改正，避免影響儀器狀態(tài)而造成不必要的誤差。每條測(cè)邊必須進(jìn)行2 個(gè)測(cè)回，嚴(yán)禁單測(cè)回測(cè)量，單獨(dú)邊長(zhǎng)測(cè)回限差為±15 mm，同邊長(zhǎng)測(cè)量限差為1/6000。在實(shí)際測(cè)量過(guò)程需要注意保護(hù)儀器，注意頂板淋水和活矸，保證人員及儀器安全，儀器觀測(cè)人員需按照全站儀使用規(guī)定進(jìn)行測(cè)量。

在實(shí)際測(cè)量中，測(cè)至西翼軌道大巷陀螺邊時(shí)，需對(duì)陀螺邊導(dǎo)線點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測(cè)，保證導(dǎo)線測(cè)量精度。巷道每掘進(jìn)500 m 需要延長(zhǎng)一次導(dǎo)線，導(dǎo)線延長(zhǎng)前，需要對(duì)最前方導(dǎo)線點(diǎn)進(jìn)行檢校，保證最前方導(dǎo)線點(diǎn)水平角數(shù)據(jù)誤差不超過(guò)15″。7″級(jí)導(dǎo)線要進(jìn)行2次以上獨(dú)立測(cè)量，確保導(dǎo)線成果可靠性[7]。

2.2.3 井下導(dǎo)線高程測(cè)量

當(dāng)巷道坡度在8°以下時(shí)，進(jìn)行水準(zhǔn)高程測(cè)量，當(dāng)巷道坡度高于8°時(shí)，進(jìn)行三角高程測(cè)量。水準(zhǔn)高程測(cè)量需配備人員4 人、水準(zhǔn)儀1 臺(tái)、標(biāo)尺2 根。在實(shí)際測(cè)量時(shí)，單站距離不超過(guò)45 m，不小于10 m，前后視距差要小于2 m，兩次測(cè)量?jī)x器高相差要超過(guò)0.2 m，兩次讀數(shù)高程誤差限差應(yīng)小于±5 mm，水準(zhǔn)測(cè)量往返測(cè)高差互差不超過(guò)50 mm 才能滿足要求。在進(jìn)行三角高程測(cè)量時(shí)，為保證豎直角測(cè)量精度，選擇單向測(cè)量方式，三角高程測(cè)量豎直角角度誤差不能超過(guò)15″[8]。

3 貫通精度計(jì)算

伯方煤礦進(jìn)風(fēng)斜井完全貫通后，對(duì)其進(jìn)行貫通誤差測(cè)量，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。經(jīng)實(shí)測(cè)，貫通巷道橫向誤差106 mm，豎向誤差49 mm，角度閉合差-16″，角度閉合差容許誤差可通過(guò)公式（1）進(jìn)行計(jì)算：

式中：n為導(dǎo)線測(cè)量站數(shù)，取值37。

經(jīng)計(jì)算，角度閉合差容許誤差fβ容=±85″，實(shí)際角度閉合差為-16″，小于容許誤差，角度閉合差滿足精度要求。

式中：K為導(dǎo)線全長(zhǎng)相對(duì)閉合差，Σl為導(dǎo)線全長(zhǎng)，取值6171 m。

經(jīng)計(jì)算，導(dǎo)線全長(zhǎng)相對(duì)閉合差K=1/100 016，小于導(dǎo)線全長(zhǎng)相對(duì)閉合差1/8000，滿足精度限差要求。

經(jīng)實(shí)測(cè)，巷道貫通高程誤差閉合差fH為±139 mm，高程容許閉合差可通過(guò)公式（3）進(jìn)行計(jì)算：

式中：L為導(dǎo)線長(zhǎng)度，km。

經(jīng)計(jì)算，fh容為±0.248 m，巷道貫通高程誤差閉合差fH小于高程容許閉合差fh容，滿足高程精度限差要求。通過(guò)進(jìn)風(fēng)斜井巷道貫通誤差實(shí)際測(cè)量及誤差計(jì)算，該貫通巷道誤差在誤差允許范圍之內(nèi)，貫通測(cè)量符合限差要求。

4 井下貫通測(cè)量精度控制措施

（1）測(cè)量技術(shù)及儀器。巷道貫通測(cè)量是一項(xiàng)復(fù)雜且精細(xì)的工作，從儀器選擇方面需要考慮到所選儀器本身是否能夠滿足貫通測(cè)量精度要求，選用的萊卡TCRM1201 高精度全站儀，儀器精度為1″級(jí)，能夠滿足井下導(dǎo)線貫通測(cè)量高精度要求。在測(cè)量技術(shù)方面采用高精度GPS 定位技術(shù)，保證地面近井點(diǎn)點(diǎn)位精度。在井下導(dǎo)線測(cè)量過(guò)程中，對(duì)西翼軌道大巷陀螺邊復(fù)測(cè)，進(jìn)一步降低測(cè)量誤差，提高了測(cè)量精度。

（2）原始數(shù)據(jù)及起測(cè)數(shù)據(jù)。為避免起測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯(cuò)誤，在進(jìn)行測(cè)量任務(wù)之前，需要對(duì)起測(cè)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)地檢查，保證起測(cè)點(diǎn)沒(méi)有遭到破壞，并復(fù)測(cè)起測(cè)點(diǎn)對(duì)比原始數(shù)據(jù)，確保精度達(dá)到要求。

（3）數(shù)據(jù)計(jì)算。對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，必須保證2 次以上獨(dú)立計(jì)算，數(shù)據(jù)計(jì)算需要不同人員進(jìn)行，確保貫通測(cè)量導(dǎo)線成果可靠性。

除了上述幾點(diǎn)需要注意之外，測(cè)量人員必須要求專業(yè)素質(zhì)達(dá)標(biāo)，各項(xiàng)測(cè)量任務(wù)需要嚴(yán)格遵守相關(guān)測(cè)量規(guī)定。在測(cè)量過(guò)程中，測(cè)站距離盡量放長(zhǎng)，可以使用三架法降低儀器對(duì)中誤差，在巷道轉(zhuǎn)彎處需要前視人員提前規(guī)劃測(cè)站位置，盡量避免前后測(cè)站視距相差過(guò)大。

5 效果分析

伯方礦進(jìn)風(fēng)斜巷貫通測(cè)量施測(cè)及計(jì)算過(guò)程嚴(yán)格遵守規(guī)程要求，通過(guò)精度控制測(cè)量誤差能夠滿足貫通需要。伯方礦進(jìn)風(fēng)斜巷在設(shè)計(jì)位置貫通后，對(duì)貫通誤差進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，貫通平面縱向誤差為+0.063 m，橫向誤差為-0.14 m，貫通高程誤差為+0.11 m，貫通精度較高，滿足巷道使用條件。

6 結(jié)語(yǔ)

伯方煤礦進(jìn)風(fēng)斜井大型貫通工程順利貫通，不僅解決伯方煤礦二水平供風(fēng)困難問(wèn)題，還保證了礦井生產(chǎn)接替計(jì)劃實(shí)施，使井下工作面盡快進(jìn)入生產(chǎn)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)礦井早日盈利。通過(guò)本次貫通測(cè)量方案得出井巷大型貫通工程貫通測(cè)量設(shè)計(jì)以及精度控制方法，為礦井今后貫通測(cè)量工作打下基礎(chǔ)。