新元煤礦大巷貫通測(cè)量設(shè)計(jì)與實(shí)踐分析

孫 曉

(山西新元煤炭有限責(zé)任公司，山西 晉中 045000)

礦井巷道按照設(shè)計(jì)精確貫通是保證礦井安全生產(chǎn)的一項(xiàng)重要工作，為了保證巷道貫通質(zhì)量，必須提高巷道控制測(cè)量、中腰線標(biāo)定和貫通測(cè)量的精度[1-2]。其中，巷道導(dǎo)線測(cè)量和貫通測(cè)量精度直接影響到巷道貫通質(zhì)量，尤其是超長(zhǎng)巷道、對(duì)掘巷道貫通時(shí)，由于存在測(cè)量距離較遠(yuǎn)、對(duì)掘方向把控難等現(xiàn)實(shí)問題，巷道精確貫通面臨較大的難題[1,3,4]。本文以新元煤礦9號(hào)煤盾構(gòu)機(jī)巷與9號(hào)煤回風(fēng)大巷對(duì)掘貫通為研究對(duì)象，根據(jù)礦井實(shí)際情況制定相應(yīng)的貫通測(cè)量方案，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)巷道應(yīng)用及貫通效果進(jìn)行分析。

1 工程概況

根據(jù)新元煤礦9號(hào)煤層井巷開拓設(shè)計(jì)，陳家溝9號(hào)煤盾構(gòu)機(jī)巷與9號(hào)煤回風(fēng)大巷兩條大巷形成貫通，該貫通屬一井間大型貫通，井下導(dǎo)線長(zhǎng)約8 km，貫通限差為水平方向偏差≤±0.5 m，垂直方向偏差≤±0.2 m.目前，9號(hào)煤回風(fēng)大巷已按照設(shè)計(jì)掘進(jìn)到位，停止掘進(jìn)待透，9號(hào)煤盾構(gòu)機(jī)巷按照設(shè)計(jì)繼續(xù)掘進(jìn)，直至貫通，貫通點(diǎn)位置如圖1所示。9號(hào)煤盾構(gòu)機(jī)巷設(shè)計(jì)為拱形斷面，凈寬5.2 m，凈高3.5 m，錨噴支護(hù)，預(yù)計(jì)貫通相遇點(diǎn)坐標(biāo)為X=4 197 023.161 m，Y=38 415 164.641 m.礦井內(nèi)有7″基本控制導(dǎo)線，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，符合《煤礦測(cè)量規(guī)程》要求，可作為巷道貫通測(cè)量的永久導(dǎo)線點(diǎn)。平面坐標(biāo)系統(tǒng)采用北京-54坐標(biāo)系統(tǒng)(3°帶投影，中央子午線114°)，高程采用1985國(guó)家高程基準(zhǔn)。

圖1 貫通點(diǎn)示意

2 貫通方案設(shè)計(jì)

2.1 貫通方案選擇

巷道平面坐標(biāo)由巷道敷設(shè)的7″控制導(dǎo)線坐標(biāo)和方位傳遞至巷道，并依據(jù)《煤礦測(cè)量規(guī)程》在CG8-CG9和J10-J11上加測(cè)陀螺定向邊，以確保井下方位精度，巷道高程控制測(cè)量采用經(jīng)緯儀三角高程測(cè)量進(jìn)行，高程點(diǎn)與導(dǎo)線點(diǎn)共點(diǎn)，且同時(shí)進(jìn)行施測(cè)，觀測(cè)要求見表1.9號(hào)煤盾構(gòu)機(jī)巷由導(dǎo)線邊G10-G11開始敷設(shè)7″級(jí)基本控制導(dǎo)線，9號(hào)煤回風(fēng)大巷由導(dǎo)線邊J5-J6開始敷設(shè)7″級(jí)基本控制導(dǎo)線至掘進(jìn)頭，采用三架法進(jìn)行作業(yè)。陀螺定向使用瑞士產(chǎn)(GAK1-41084)陀螺經(jīng)緯儀，采用中天法觀測(cè)，觀測(cè)程序?yàn)椤?-2-3”，獨(dú)立進(jìn)行2次，井下同一條邊兩次獨(dú)立陀螺經(jīng)緯儀定向平均值，對(duì)于 15″儀器其互差不超40″.

表1 巷道貫通測(cè)量觀測(cè)要求

2.2 測(cè)量技術(shù)要求

2.2.1 水平角觀測(cè)

1) 優(yōu)選行進(jìn)路線，導(dǎo)線邊長(zhǎng)要盡量控制在70～200 m之間，在平、斜巷相接處和巷道拐彎處要盡量避免出現(xiàn)短邊。

2) 測(cè)角中誤差7″，2C互差±20″，各測(cè)回方向互差±12″，當(dāng)傾角>8°時(shí)，2C互差按相鄰測(cè)回比較。

3) 導(dǎo)線要求往返施測(cè)，全部采用三架法作業(yè)，測(cè)回法觀測(cè)水平角，井下7″導(dǎo)線水平角獨(dú)立一次至少測(cè)2個(gè)測(cè)回(往返測(cè)4個(gè)測(cè)回)。

4) 觀測(cè)過程中要隨時(shí)注意儀器水準(zhǔn)管氣泡的偏離情況，如偏離超過一格，應(yīng)在一測(cè)回結(jié)束后重新整置儀器。偏離兩格及以上本測(cè)回重新觀測(cè)。

5) 由一測(cè)回轉(zhuǎn)到下一測(cè)回觀測(cè)前，應(yīng)將度盤位置變換180°/n+10′(n為測(cè)回?cái)?shù))。

2.2.2 邊長(zhǎng)測(cè)量

邊長(zhǎng)測(cè)量往返測(cè)量合計(jì)測(cè)回?cái)?shù)2個(gè)，測(cè)回間較差±7 mm，同一測(cè)回讀數(shù)較差±3 mm，往返測(cè)較差2(1.5+2D×10-6)mm，當(dāng)傾角>15 °時(shí)，往返較差放寬至表中的1.5倍，當(dāng)井下導(dǎo)線邊長(zhǎng)<15 m時(shí)，可用鋼尺代替全站儀量邊，每尺段要求從不同起點(diǎn)讀數(shù)3次，估讀至1 mm,讀數(shù)較差不得超過±3 mm，氣象數(shù)據(jù)測(cè)定取測(cè)站端數(shù)據(jù)，最小讀數(shù)氣溫讀至1 ℃，氣壓讀至100 Pa.

2.2.3 井下高程控制測(cè)量

1) 儀器高覘標(biāo)高應(yīng)在觀測(cè)前后使用小鋼尺各量1次，讀至mm，兩次丈量互差不得大于4 mm，取其均值使用。

2) 相鄰兩點(diǎn)往返較差高差的互差△h允≤10 mm+0.3L(L為以米計(jì)的導(dǎo)線水平邊長(zhǎng))。

2.2.4 內(nèi)業(yè)計(jì)算要求

1) 用鋼尺丈量的導(dǎo)線邊加入比長(zhǎng)、溫度、垂曲等改正后進(jìn)行往返比較，符合規(guī)程要求后取其均值使用。

2) 全站儀測(cè)距水平邊長(zhǎng)計(jì)算時(shí)要求加入高程歸化和高斯投影改正，往返測(cè)水平邊長(zhǎng)、高差互差符合規(guī)程要求后取其均值使用。高程歸化和高斯投影改正計(jì)算公式如下：

(1)

式中：D改為改正后平距；D為改正前平距；Hm為測(cè)線平均高程，m；ym為測(cè)線橫坐標(biāo)平均值，km；R為地球平均曲率半徑，km.

3 測(cè)量貫通方案誤差估算

表2 井下計(jì)算

3.1 求貫通點(diǎn)K在水平重要方向X′軸上的誤差

1) 井下導(dǎo)線獨(dú)立兩次測(cè)量測(cè)角誤差引起K點(diǎn)在X軸上的誤差為：

(2)

獨(dú)立進(jìn)行2次觀測(cè)：Mxβ下=±0.170 m.

2) 井下導(dǎo)線聯(lián)系測(cè)量量邊誤差引起K點(diǎn)在X軸上的誤差為：

(3)

獨(dú)立進(jìn)行2次觀測(cè)：Mxβl=±0.022 m.式中：α為各導(dǎo)線邊與x軸的夾角。

3) 陀螺定向誤差引起K點(diǎn)在X軸上的誤差：

獨(dú)立進(jìn)行2次觀測(cè)：M陀=±0.133 m.

綜上所述，各項(xiàng)誤差引起的貫通相遇點(diǎn)K在X軸上的總中誤差可通過式(5)計(jì)算：

取兩倍中誤差為極限誤差，則MxK預(yù)=±MxK=±0.434 m.

3.2 高程測(cè)量誤差引起K點(diǎn)在高程上的誤差

4 貫通成果分析

根據(jù)新元礦9號(hào)煤盾構(gòu)機(jī)巷與9號(hào)煤回風(fēng)大巷巷道實(shí)際情況，提出針對(duì)性的貫通測(cè)量技術(shù)方案，并根據(jù)測(cè)量方案進(jìn)行了必要的誤差估算分析。現(xiàn)場(chǎng)按照貫通方案進(jìn)行實(shí)際測(cè)量應(yīng)用，巷道于2021年3月順利貫通，貫通點(diǎn)位置中線誤差和高程誤差分別為0.204 m和0.117 m，與估算得到的誤差0.217 m和0.100 m接近，按照方案貫通后的測(cè)量精度為1/19 897，滿足《煤礦測(cè)量規(guī)程》中測(cè)量(1/8 000)精度要求，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果顯著。