礦井貫通測量技術探討

摘要：貫通測量是礦山測量的重要組成部分，本文以某礦主井與副斜井的貫通測量為例，設計了礦井定向測量方案和礦井高程測量方案，并對高程測量方案進行了比選，確定了最優方案。本文的探討對于礦井貫通測量實踐具有一定的參考意義。

關鍵詞：礦山測量貫通測量礦井定向高程導入

礦山測量是煤礦生產建設的一部分，而貫通測量則是礦山測量工作中的重要組成，其關系到礦井巷道是否可以順利貫通，因此對于礦井建設、生產推進極其重要。在貫通測量時，礦山測量人員主要是保證巷道掘進位置與設計位置一致，并保證沿著設計的方向掘進，使巷道貫通后在相遇處的偏差符合規定限差。這就給礦山測量人員提出了很高的要求，要求其在測量工作中要做到認真對待，測量與計算均應一絲不茍。如果巷道貫通后在相遇處偏差超限，輕則調整巷道走向與坡度，重則巷道報廢，甚至于因貫通誤差造成人員傷亡等重大生產安全事故，給國家與企業造成經濟損失。針對巷道貫通測量，眾多的技術人員做了相應的探討與實踐，對指導貫通測量工作更好的開展提供了可借鑒的經驗，也為礦山測量技術發展提供了有益的探索。

1 項目概況

某礦因連年高強度開采，井田內采空區面積不斷擴大，為了保障井下作業安全，需增加巷道內的通風，為此，決定將主井與副斜井進行貫通。為加快該工程進度，經項目研究后決定采取兩井同時以全斷面相向掘進的方法施工。經井下測量后巷道全長5836m，其中尚未掘進部分的長度為1886m，根據兩井的掘進速度，經計算決定在距離主井1604m處的k點處相遇貫通。礦井地質情況良好，施工巷道所在巖層地質情況簡單，圍巖穩定，地壓不明顯，所采用的支護方式為噴漿。

2 礦井定向測量方案

2.1 一井定向測量方案 礦井定向一般分為一井定向和兩井定向，本次工作中主井采用一井定向來實現井上下平面坐標聯系。在主井內豎向投下兩根鋼絲，兩鋼絲之間距離3.0m，下掛垂球，以水或油使其穩定，選井下一點后視近井點。地面上以5秒導線施測連接導線，同時在井下布設7秒導線連接。連接方法具體為：由于在兩根鋼絲A、B點處不能架設測量儀器，因此直接實現定向連接不可能。可以選井上下的連接點G3與1，在井上下形成以AB為公共邊的連接三角形ABG3和AB1。通過連接三角形的平面投影，我們可以知道，當已知G2點的坐標、G2-G3邊的方位角、地面三角形的三個內角和邊長時，就可以以導線測量的計算方法算出A、B點在地面坐標系統中的坐標值，同時得到AB連線的方位角。之后，測定連接角，再以導線推算方式計算出導線邊起始邊1-2的方位角及1點的坐標。

生產中，選擇井上下連接點時應符合以下要求：①點G3與G2及點1與2應彼此通視，且G3-G2和1-2的長度應該盡量大于20m。當G3-G2邊小于20m時，在G3點進行水平角觀測，每次觀測時儀器應對中三次，并且對中時應將照準部的位置變換120°，消除度盤刻畫不均差；②為了構成比較有利的延伸三角形，設置點位時應盡可能的將G3與1設在AB延長線上，同時要求延伸三角形的銳角盡可能的小于2°，提高連接效果；③點G3和1適當地靠近離其最近的鋼絲。

2.2 陀螺定向測量方案 為了控制貫通中導線方位的誤差，提高貫通精度，應在導線邊上加測陀螺邊，以測得的真方位角檢核該邊的坐標方位角。經對比后選擇索佳全站儀式陀螺儀－GP1X在主井中進行陀螺邊定向，用于未知測站坐標條件下的真北方位定向。全站式陀螺儀是地下或狹窄環境中進行測量與放樣的理想設備，索佳GP1X由手動型GP1陀螺儀和SET X全站儀組合而成，真北方位測定精度小于20秒；平均定向測量時間約20分鐘；出眾的輕便、機動性能使其無需使用特型的笨重三腳架；特別安裝陀螺定向測量的機載程序；新開發的遙控器DLC1，使定向測量的操作更加方便；測定真北方向后，在全站儀中自動計算并設定坐標方位角；SET X能抵御惡劣的測量環境，其IP65的防塵防水等級，在目前Win CE全站儀中具有最高水平；可提供4個等級的測角精度。

陀螺定向測量工作由三部分組成：①通過礦井的立井，以鋼絲掛垂球的方式向待定向巷道實現投點；②以連接三角形實現井上、下連接測量，完成定向與平面坐標導入；③在井下基本控制導線的起始邊上用陀螺全站儀GP1X進行陀螺定向。a投點。立井的井筒較深、加之淋水、塵霧等影響，選擇采用鋼絲投點。為了提高投點效率，盡可能少占井筒，將鋼絲布設在管子間，采用單重穩定投點。b連接。地面連接：在G2點安置測量儀器與垂球線A進行連接，其測角、量邊精度按《煤礦測量規程》執行。井下連接：由陀螺定向邊1-2起敷設或15秒級導線至2、1點。在1點架儀器與垂球線A的穩定位置連測，連接精度要求同15″導線。井上、下連接導線與垂球線A的連接都應獨立進行兩次，其最大相對閉合差對地面二級導線不大于1/10000。c定向。在選定的起始邊1-2上用陀螺全站儀－GP1X以逆轉點法進行陀螺定向，經真方位角與坐標方位角轉換求出該邊的坐標方位角α。

3 礦井高程測量方案

3.1 地面高程測量方案 為了統一井上、下高程系統，在每個井口附近設立不少于兩個井口高程基點，其高程應盡可能從不低于四等的已知水準點起，按四等水準測量的精度要求測定。在丘陵和山區難以布設水準路線時，可用三角高程測量方法測定，但應使高程基點的高程中誤差不超過±3cm。

3.1.1 水準測量方案。水準路線一般有閉合路線、附和路線和支水準路線。測量高程基點的水準路線可布設成附（閉）合路線、高程網或支水準路線。其中，除支水準路線必須往返觀測外，其余均可只進行單程測量。在本次設計中地面高程測量路線與導線布設路線一致。

3.1.2 三角高程測量方案。三角高程測量多用于丘陵和山區，本次設計中地面高程測量路線與導線布設路線一致，使用徠卡TC401型全站儀進行三角高程測量。

3.2 導入高程測量方案

3.2.1 長鋼絲法方案。主井為立井，長鋼絲法投入標高較為方便可行。施測時將鋼絲纏在小絞車上，懸掛5kg垂球經井筒緩慢下放至巷道水平處，確定自由懸掛后換上重砣。井上下各安置水準儀分別在鋼絲上做標記，同時井上下水準基點上立尺讀數獨立進行兩次。

3.2.2 光電測深法。測深可用大功率光管的光電測距儀傳遞高程，在井下安置測距儀，在井蓋上設置反射鏡，使其和井下反射鏡在同一鉛垂線上，同時井上、下各架設一臺水準儀，分別在水準點上和反射鏡上立尺讀數。

3.3 井下高程測量方案

3.3.1 水準測量方案。井下水準測量由已知高程點開始，向未知高程點進行水準測量。為了求得各高程點的高程，必須實地測出各相鄰兩測點間的高差。井下水準測量時，當一段水準路線段施測完畢后，應及時在現場對外業觀測記錄進行檢查，確定合格再搬站進行下一測段的施測。為避免導線重復測量，井下高程點將使用導線點來進行測量。

3.3.2 三角高程測量方案。根據規程規定，傾斜巷傾角超過7°不得使用幾何水準測量高程，因此貫通工程中凡大于7°的斜巷均按照三角高程來測量標高。觀測使用儀器及精度要求，儀器高及棱鏡高可用小鋼尺在觀測前及觀測后各丈量一次，兩次丈量之差不大于4mm并取平均值作為丈量結果。

3.4 高程測量擇優方案 通過精度預計，采用可以滿足精度要求而且更加方便和快捷的三角高程法來進行井口水準點的建立。主井的高程控制測量按《國家水準測量規范》有關地面四等水準測量規定執行，四等水準測量獨立進行兩次取平均值。通過精度預計，采用精度更高更加便捷的光電測距法來進行導入高程的方案執行。井下高程測量方案使用水準測量與三角高程測量結合的方案。

4 結束語

實現成功貫通后，還應進行如下聯測工作：①坐標的聯測：貫通后，從地面井筒中心下放鋼絲，垂球重量為

35kg，地面和井下各安置一臺2″級全站儀，水平角4個測回。②高程的聯測：從地面井筒下放鋼絲，下放時先懸掛2kg的垂球，下放到巷道水平后，懸掛5kg的垂球放置于油桶中，待鋼絲穩定后，在井上下各安置一臺全站儀，分別測量2個測回。

貫通測量工作對于保障礦井高效生產意義重大，本文重點關注了定向測量與高程測量工作方案，而未對陀螺定向工作做詳細分析，但鑒于陀螺定向的重要性，應在今后的工作中加以專門探討。

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作者簡介：孫盛源（1984-），男，內蒙古巴彥淖爾人，助理工程師，2007年畢業于內蒙古科技大學測繪工程專業，現在神華杭錦能源有限責任公司塔然高勒煤礦從事礦山測量工作。