煤礦井下巷道貫通測(cè)量技術(shù)方案及效果

陳靜嫻

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)地測(cè)勘探有限公司，山西 大同 037003）

巷道貫通測(cè)量技術(shù)在井下測(cè)量工作中起重要作用，測(cè)量方案的選擇和測(cè)量參數(shù)的確定，直接影響貫通測(cè)量質(zhì)量的好壞。 同煤集團(tuán)北辛窯煤礦曾因測(cè)量誤差太大導(dǎo)致巷道貫通失敗，給礦井的安全生產(chǎn)造成巨大損失[1-4]。 因此，在巷道貫通測(cè)量中，要提前預(yù)計(jì)巷道貫通的誤差，制定合理的貫通測(cè)量方案，控制測(cè)量的誤差，確保巷道貫通的質(zhì)量。

1 地質(zhì)概況

同煤集團(tuán)北辛窯煤礦礦井的設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力4.00 Mt/a，服務(wù)年限為54.4 a。 采用斜立井單水平混合開(kāi)拓方式[5-6]。一采區(qū)位于井田的東北部，區(qū)內(nèi)地形東高西低，西部標(biāo)高為+1 265 m，東部標(biāo)高為+1 470 m，最大相對(duì)高差為205 m。 目前礦井主要開(kāi)采的是2#煤層，煤層的上限標(biāo)高為+1 166.878 m，下限標(biāo)高+680 m。其中8102 回風(fēng)巷1 段已結(jié)束開(kāi)采，現(xiàn)從8102 回風(fēng)巷2 段向8102回風(fēng)巷1 段繼續(xù)進(jìn)行掘進(jìn)，直至兩條巷道完全貫通，貫通的總長(zhǎng)度為182 m，巷道掘進(jìn)過(guò)程如圖1所示。

圖1 巷道掘進(jìn)

2 貫通測(cè)量方案設(shè)計(jì)

2.1 測(cè)量方案

為了確保巷道貫通的精度達(dá)到要求，起算資料從一采區(qū)輔運(yùn)大巷永久導(dǎo)線點(diǎn)開(kāi)始，以永N13點(diǎn)作為導(dǎo)線起始點(diǎn)，永N13 和N14 方位作為導(dǎo)線起始方向，采用全站儀儀器進(jìn)行測(cè)量[7-8]。 按照7"級(jí)基本控制導(dǎo)線的設(shè)計(jì)要求，對(duì)8102 回風(fēng)巷的導(dǎo)線進(jìn)行多次反復(fù)測(cè)量，選擇測(cè)點(diǎn)確保各測(cè)點(diǎn)之間的通視條件以及在測(cè)點(diǎn)點(diǎn)位區(qū)域內(nèi)頂板支護(hù)效果，各測(cè)點(diǎn)之間的通視距離基本相等。 開(kāi)始測(cè)量要及時(shí)跟進(jìn)，了解巷道的掘進(jìn)方向，距離巷道貫通還有100 m 的距離時(shí)，根據(jù)導(dǎo)線點(diǎn)的精度要求，調(diào)整貫通方向，直到實(shí)現(xiàn)巷道貫通為止。

2.2 導(dǎo)線測(cè)量

按照《煤礦測(cè)量規(guī)程》[9-11]，井下巷道導(dǎo)線點(diǎn)的測(cè)量等級(jí)為7" 級(jí)，工作面至導(dǎo)線點(diǎn)的測(cè)量等級(jí)為15"級(jí)，采用三角架法測(cè)量如圖2 所示。 選用精度標(biāo)準(zhǔn)為1 mm+1 ppm 的R-422 防爆全站儀，配套3個(gè)三腳架、2 套棱鏡和基座、3 把不銹鋼卷尺。 全站儀的誤差為1 mm，每增加1 km 的測(cè)量距離，誤差會(huì)相應(yīng)增加±1 mm。 根據(jù)井下巷道的實(shí)際情況，進(jìn)行支導(dǎo)線測(cè)量，在具備布設(shè)導(dǎo)線條件時(shí)，進(jìn)行布設(shè)。 布設(shè)導(dǎo)線點(diǎn)的原則為：點(diǎn)位盡量選擇在安全、便于觀測(cè)、不影響生產(chǎn)的位置，邊長(zhǎng)為20～400 m，盡量選擇長(zhǎng)邊，如果受條件限制選擇短邊時(shí)，要在短邊上多次測(cè)量水平角對(duì)中取均值。 井下導(dǎo)線按照復(fù)測(cè)支導(dǎo)線的形式進(jìn)行布設(shè)和測(cè)量，在進(jìn)行導(dǎo)線延長(zhǎng)前，要先檢查上一個(gè)導(dǎo)線站的測(cè)量數(shù)據(jù)，待合格后再進(jìn)行延長(zhǎng)。

圖2 三腳架測(cè)量

具體的7"級(jí)導(dǎo)線作業(yè)要求如表1 所示。

表1 7"級(jí)首級(jí)基本控制導(dǎo)線技術(shù)指標(biāo)

在對(duì)井下導(dǎo)線邊長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，首先校正全站儀的精度，便于及時(shí)測(cè)出現(xiàn)場(chǎng)的溫度、濕度以及井內(nèi)氣壓等數(shù)據(jù)，并對(duì)每次測(cè)出的數(shù)據(jù)進(jìn)行改正，避免因數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確而造成不必要的誤差。 對(duì)每條測(cè)邊進(jìn)行2 次測(cè)量，單獨(dú)邊長(zhǎng)的測(cè)量限差為±15 mm，同邊長(zhǎng)的測(cè)量限差為1/6 000。 在測(cè)量過(guò)程中，要保護(hù)全站儀，注意巷道頂板淋水和矸石，確保人員和儀器的安全。

8102 回風(fēng)巷道測(cè)量時(shí)，對(duì)陀螺邊的導(dǎo)線點(diǎn)進(jìn)行多次反復(fù)測(cè)量，確保測(cè)量精度達(dá)到要求。 每向前推進(jìn)500 m，進(jìn)行一次導(dǎo)線延長(zhǎng)，在延長(zhǎng)導(dǎo)線前，先對(duì)最前方導(dǎo)線點(diǎn)的誤差進(jìn)行校驗(yàn)，使其水平角數(shù)據(jù)誤差在15"以內(nèi)。

由于回風(fēng)巷道有80°以上的坡度，在測(cè)量時(shí)采用三角高程測(cè)量方法。 其中，三角高程測(cè)量的垂直角誤差小于15"，在觀測(cè)前和觀測(cè)后分別對(duì)觀測(cè)儀器的儀器高和覘標(biāo)高進(jìn)行一次測(cè)量，兩次測(cè)量的誤差在4 mm 以內(nèi)，取平均值后得到測(cè)量結(jié)果。 相鄰兩個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的往返高差誤差在10 mm+0.3 mm×L以內(nèi)，三角高程導(dǎo)線的高程閉合差小于±100L是導(dǎo)線長(zhǎng)度），取往返測(cè)量值的平均值后，得到最終測(cè)量結(jié)果。

2.3 高程測(cè)量

8102 工作面進(jìn)行導(dǎo)線測(cè)量的同時(shí)進(jìn)行高程測(cè)量，采用光電測(cè)距三角高程的方法，測(cè)量前和測(cè)量后2 次獨(dú)立測(cè)量得到儀器高及測(cè)點(diǎn)高，當(dāng)測(cè)量互差小于4 mm 時(shí)，取2 次測(cè)量的平均值為內(nèi)業(yè)計(jì)算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 根據(jù)《煤礦測(cè)量規(guī)程》規(guī)定可知，光電測(cè)距三角高程閉合差表達(dá)式為[12-13]：

式中：L 為導(dǎo)線總長(zhǎng)度，m。

二是加快完善流域水利規(guī)劃體系。進(jìn)一步完善流域綜合規(guī)劃體系，海河流域綜合規(guī)劃獲得國(guó)務(wù)院批復(fù)，獨(dú)流減河口綜合整治規(guī)劃治導(dǎo)線調(diào)整報(bào)告、拒馬河流域綜合規(guī)劃通過(guò)水規(guī)總院審查，流域水中長(zhǎng)期供求規(guī)劃、滹沱河、薊運(yùn)河、灤河等工程規(guī)劃取得階段性成果。

根據(jù)導(dǎo)線測(cè)量作業(yè)，取L 為1.93 km，計(jì)算出高程限差為±139 mm。 在巷道貫通后及時(shí)進(jìn)行閉合測(cè)量，經(jīng)計(jì)算實(shí)測(cè)高程閉合差為110 mm，符合規(guī)程規(guī)定，滿足生產(chǎn)要求。

3 貫通精度分析

3.1 誤差預(yù)計(jì)

8102 工作面回風(fēng)巷道貫通測(cè)量?jī)?nèi)容包括導(dǎo)線測(cè)量和高程測(cè)量，因此在進(jìn)行誤差分析時(shí)，只對(duì)導(dǎo)線測(cè)量和高程測(cè)量進(jìn)行誤差預(yù)計(jì)分析。

在進(jìn)行誤差預(yù)計(jì)分析前確定誤差參數(shù)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)8102 工作面回風(fēng)巷道采用賓得R-422 全站儀進(jìn)行貫通測(cè)量。 貫通測(cè)量誤差參數(shù)確定方法: 測(cè)角中誤差為±7″，井下光電測(cè)距中誤差為2 mm+2×10-6×L，L為導(dǎo)線長(zhǎng)度。其他參數(shù)或限差按《煤礦測(cè)量規(guī)程》相關(guān)要求執(zhí)行。

3.2 精度分析

8102 回風(fēng)巷道1 段和2 段完全貫通后，進(jìn)行貫通誤差計(jì)算，并對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行精度分析。 角度閉合差的容許誤差按公式1 進(jìn)行計(jì)算：

式中：n 為導(dǎo)線測(cè)量站的總數(shù)。

經(jīng)過(guò)計(jì)算，理論上角度閉合差的容許誤差為±85″，而實(shí)際測(cè)量的角度閉合差為-16″，小于閉合差容許誤差，可以滿足相關(guān)精度控制要求。

根據(jù)理論計(jì)算結(jié)果，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)實(shí)測(cè)，巷道貫通坐標(biāo)增量的縱向閉合差為+56 mm，橫向閉合差為-26 mm，導(dǎo)線全長(zhǎng)閉合差為±61.7 mm，求得導(dǎo)線全長(zhǎng)的相對(duì)閉合差為1/100 016，小于規(guī)程要求的1/8 000。 巷道貫通高程誤差閉合差為±139 mm，高程閉合差容許誤差為±248 mm，巷道貫通高程誤差閉合差小于高程閉合差容許誤差。

4 應(yīng)用效果

為提高井下貫通測(cè)量精度，采用以下措施：

1）測(cè)量技術(shù)及儀器。 巷道貫通測(cè)量是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，首先在儀器選擇方面，要充分考慮所選儀器自身是否能滿足貫通測(cè)量的精度要求，選用的R-422 高精度全站儀，儀器自身精度為1″級(jí)，能滿足井下導(dǎo)線貫通測(cè)量的高精度要求。 在井下導(dǎo)線測(cè)量過(guò)程中，對(duì)回風(fēng)巷道陀螺邊進(jìn)行復(fù)測(cè)，進(jìn)一步降低測(cè)量誤差，提高測(cè)量精度。

2）原始數(shù)據(jù)及起測(cè)數(shù)據(jù)。 為了避免因起測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯(cuò)誤而造成的誤差，在進(jìn)行測(cè)量前，先對(duì)起測(cè)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)地檢查，確保起測(cè)點(diǎn)完好沒(méi)有遭到破壞，并對(duì)起測(cè)點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測(cè)，通過(guò)與原始數(shù)據(jù)對(duì)比，確保精度能達(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)，要保證2 次以上的獨(dú)立測(cè)量計(jì)算，不同的人員對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，確保貫通測(cè)量中導(dǎo)線成果的可靠性。

4）測(cè)站距離。 在測(cè)量過(guò)程中，測(cè)站距離要盡量長(zhǎng)，可以使用三架法來(lái)降低儀器的對(duì)中誤差，在巷道轉(zhuǎn)彎處，需要前視人員提前對(duì)測(cè)站位置進(jìn)行規(guī)劃，避免前后測(cè)站之間視距相差過(guò)大而造成的誤差。

在對(duì)8102 回風(fēng)巷1 段和2 段進(jìn)行巷道貫通測(cè)量時(shí)，嚴(yán)格按照要求施測(cè)。 通過(guò)貫通精度誤差分析，所設(shè)計(jì)的貫通方案滿足需要；在設(shè)計(jì)位置貫通后，對(duì)貫通誤差進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，巷道貫通的橫向誤差為-140 mm，縱向誤差為+63 mm，高程誤差為+110 mm，巷道貫通精度較高，能滿足使用要求。

5 結(jié)論

為實(shí)現(xiàn)同煤集團(tuán)北辛窯煤礦8102 工作面回風(fēng)巷1 段和2 段的順利貫通，根據(jù)工作面的地質(zhì)條件，設(shè)計(jì)貫通測(cè)量方案，并對(duì)貫通測(cè)量精度誤差進(jìn)行分析計(jì)算，結(jié)果如下：

1）巷道貫通高程誤差閉合差為±139 mm，高程閉合差容許誤差為±248 mm，滿足高程精神限差要求；實(shí)際巷道貫通的橫向誤差為-140 mm，縱向誤差為+63 mm，高程誤差為+110 mm，巷道貫通精度較高，能滿足使用要求。

2）巷道已實(shí)現(xiàn)順利貫通，保證了工作面的正常生產(chǎn)接替。