東風井和西風井1400m中段平巷貫通誤差預計

田彥平

(中鐵十九局集團礦業公司，遼寧 遼陽 111000)

1 巷道工程設計與工程概況

該工程設計開挖斷面為10.75(井筒凈直徑為3.5 m)圓形豎井兩條，深度分別為305 m和198 m，兩條豎井之間貫通水平運輸、通風平巷;兩井筒直線距離為2.505 km，井下導線長度為3.314 km，井上、井下總測量距離為9.842 km，如此長距離的貫通屬大型貫通工程。

2 貫通測量方案的選擇

在兩個不相連通的礦井之間進行水平巷道的貫通，單在井下是不能將貫通巷道兩工作面聯測起來的，必須還要進行兩礦井的地面連接測量及聯系測量。兩礦井水平巷道的貫通采用激光指向儀控制掘進巷道的方向及坡度。施工由東風井、西風井1 400 m中段井底車場掘進石門，并按礦體走向方向掘進巷道;兩井同時相向掘進，在K點貫通。為確保工程的順利貫通，通過誤差預計和反復研究，最終確定的方案是:地面用Nikon DTM-352型全站儀，在地表布設Ⅰ級閉合導線和國家四等水準網，建立了兩個近井點(1002、西近)。閉合導線平差結果:測角中誤差為5″，相對中誤差為1/120 000，角度閉合差為9″;并由近井點給出兩條豎井開掘位置。井下除在兩豎井用陀螺儀定向外還加測兩條陀螺定向邊。采用瑞士產GAK-1型陀螺儀用逆轉點法觀測。高程方面，地表采用國家四等水準網，豎井采用長鋼尺導入高程，井下用導線點兼作水準點，按井下Ⅰ級水準施測，為進行檢核，在每一測站都改變儀器高，獨立進行兩次觀測;儀器改變的高度大于10 cm。每站兩次儀器高所觀測高差之差不超過4 mm。每段水準路線長，以百米為單位。若閉合差不超過上述限度時，則取往返測量結果的平均值作為最終結果，閉合差則反號平均分配到各高差中。以上測量工作均獨立進行兩次。

3 兩礦井之間巷道貫通的施測過程

1)兩礦井間的地面連接測量。礦區地表控制測量采用全站儀對地表進行閉合導線測量，同時在井口建立近井點;由近井點給出兩豎井開掘位置。

2)豎井聯系測量。對兩豎井分別進行坐標導入測量和導入高程測量。定向采用瑞士產GAK-1型陀螺經緯儀用逆轉點法觀測，標稱精度為一次定向中誤差20″。按25″級儀器觀測限差要求進行觀測。采用2-2-2觀測順序對東風井、西風井1 400 m中段進行陀螺定向測量，在東風井、西風井各放下一根鋼絲進行測量。高程方面，豎井采用長鋼尺導入高程。

3)貫通巷道兩端的井下連接測量。從東風井的井下導線起算點開始，沿水平巷道向貫通巷道端點掘進，敷設7″級經緯儀導線，測角中誤差不超過7″，從西風井的井下導線起算點開始，沿水平巷道向貫通巷道另一端點掘進，敷設7″級經緯儀導線，測角中誤差不超過7″，在東西風井兩側各加測陀螺邊。各點高程，從井底車場起始水準基點開始，按井下Ⅰ級水準測量的精度測定。

4)貫通巷道兩端控制點的標設。先標設貫通巷道的端點，然后測定標設后的端點點位的實際坐標和高程。

5)貫通巷道的開切測量。先按端點的坐標和高程(將點位高程換算為底板高程)計算貫通巷道的方向和坡度(傾角)，再算出貫通巷道的指向角，并進行貫通巷道的開切測量。

6)貫通巷道掘進時的日常測量工作。巷道掘進利用激光指向儀給出巷道掘進方向及巷道坡度，并及時進行檢查驗收測量，并根據測量成果填繪貫通工程進度圖(比例尺為1∶200和1∶2 000)。填圖工作直接在設計圖上進行。從設計圖上可以直觀的看出工程的進展情況及巷道掘進質量是否符合設計要求，并確定出需要修正方向和需要填平、條頂或拉底的地點。

每掘進100 m～150 m對掘進巷道的導線控制進行檢查測量，并根據相向工作面最后點的坐標和高程，重新計算貫通巷道的中線方向和坡度，根據計算結果對巷道的掘進方向進行修正。最后一次標定貫通掘進方向時，兩個工作面距離不小于50 m。

4 兩礦井之間巷道貫通的誤差預計

4.1 預計水平重要方向的貫通偏差

影響K點沿X軸方向的貫通誤差的因素有:地面連接導線的測角誤差、量邊誤差;東風井、西風井、豎井定向誤差;井下導線的測角與量邊誤差。

1)地面導線測角誤差的影響MXβ上:

其中，mβ上為地面導線測角中的誤差，本工程取mβ上=±5;Ryi上為地面導線第i點與K點連線在假定的Y軸上的投影長度，Ryi上值從貫通測量大比例尺設計圖上量取。

2)地面導線量邊誤差的影響MX1上:

其中，αi上為地面導線第i邊與假定的X軸間的夾角;m1i上為地面導線第i邊的量邊誤差，取

表1 的計算結果

表1 的計算結果

導線點號 Ryi R2yi西近1 320.0 1 742 400.0 1007 74.0 5 476.0 1005 372.0 138 384.0 1004 619.0 383 161.0 1006 660.0 435 600.0臨一820.0 672 400.0 1002 1 186.0 1 406 596.0Ⅳ8 840.0 705 600.0∑R2yi 5 489 617.0

表2 ·cos2αi上的計算結果

表2 ·cos2αi上的計算結果

導線邊號 li αi m1i m21i·cos2αi西近—1007 1 396.363 86°30' 0.005 0.09 ×10-6 1007—1005 258.255 86°00' 0.000 9 4.37 ×10-6 1005—1004 288.003 84°00' 0.001 0.01 ×10-6 1004—1006 156.743 16°00' 0.000 6 3.33 ×10-6 1006—臨 1 285.936 87°20' 0.001 0.002 ×10-6臨1—1002 268.853 29°00' 0.001 0.04 ×10-6 1002—Ⅳ8 941.304 24°30' 0.003 7.45 ×10-6 m21i·cos2αi=15.292 ×10-6

3)定向測量誤差的影響MX0:

其中，mα0為定向誤差，即井下導線起算邊坐標方位角的誤差;Ry0為井下導線起算點與K點連線在假定的Y軸上的投影長度。

因規程規定兩次獨立定向之差不得超過2'，故一次定向中誤差取

Ry0從圖上量取。所以東風井、西風井兩豎井定向誤差引起K點X坐標的誤差分別為:

西風井:

東風井:

4)井下導線測角誤差的影響MXβ下:

其中，Mβ下為井下導線測角中誤差，本工程取 Mβ下=7″;Ryi下為井下導線第i點與K點的連線在假定的Y軸上的投影長度，Ryi下從設計圖上量取。

5)井下導線量邊誤差影響M1下:

井下導線量邊采用全站儀進行，導線量邊誤差約為±0.010 m。

6)上述各項誤差的綜合影響MX:

考慮各項測量工作都要獨立進行兩次，并取平均值，故K點X坐標總中誤差的最后結果為:

表3 的計算結果

表3 的計算結果

導線點號 Ryi R2yi 導線點號 Ryi R2yi 1 1 332.0 1 774 224.0 1' 1 188.0 1 411 344.0 2 1 332.0 1 774 224.0 2' 1 188.0 1 411 344.0 3 1 332.0 1 774 224.0 3' 1 184.0 1 401 856.0 4 1 170.0 1 368 900.0 4' 970.0 940 900.0 5 877.0 769 129.0 5' 918.0 842 724.0 6 665.0 442 225.0 6' 764.0 583 696.0 7 418.0 174 724.0 7' 544.0 295 936.0 8 250.0 62 500.0 8' 296.0 87 616.0

7)貫通相遇點K在水平重要方向的預計誤差MX預:

MX預小于規定的貫通允許偏差，本工程規定水平重要方向的允許偏差為±0.500 m，故擬定的貫通測量方案和方法能保證貫通精度是可靠的，可以付諸實施。

4.2 預計豎直重要方向的貫通偏差

影響K點在豎直方向貫通誤差的因素有:地面導線的水準測量誤差;東風井、西風井的豎直導入標高的誤差;井下水平巷道幾何水準測量的誤差。

1)地面水準測量誤差的影響MH水上:

其中，L為地面水準路線長度，km，本工程L=2.65 km;μ為每千米水準測量的中誤差。

本工程采用四等水準測量，規程規定每千米水準測量的允許誤差為±10 mm，故中誤差取

2)導入標高誤差的影響MH0:

其中，H為井筒深，m。

本工程東風井H東=305 m，西風井H西=198 m。

3)井下水準測量誤差的影響MH水下:

其中，R為水準路線長度，以百米為單位;mh為單位長度水準測量的中誤差。

4)上述各項誤差的綜合影響MH:

各項測量工作都要獨立進行兩次，并取平均值:

5)貫通相遇點K在豎直重要方向的預計誤差MH預:

MH預小于規定的貫通工程在豎直重要方向的允許偏差。本工程規定的允許偏差為±0.300 m，誤差預計結果說明，預先選擇的測量方案和方法是可行的，能保證本貫通工程的質量。

5 誤差預計結果

對以上方案進行誤差預計，得到平巷水平面內預計誤差為±0.364 m，豎直面內預計誤差為 ±0.092 m。

6 測量方案評述

本測量方案可以保證巷道的正確貫通，節約了成本、時間和人力，提高了工作效率，為長距離平巷的貫通打下了堅實的基礎。特別是不作豎井幾何定向，僅用了2 h提升空隙時間作導入坐標測量，減少了占用井筒時間，有明顯的經濟效益，值得其他礦山參考和借鑒。

[1] 陳永奇.工程測量學[M].北京:測繪出版社，1995.

[2] 煤礦測量手冊(修訂本)[M].北京:煤炭工業出版社，1988.

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