煤礦巷道貫通測量精度及增強策略研究

李 蕓

（山西省煤炭工業廳煤炭資源地質局，山西 太原 030045）

1 工程概況

山西興盛鴻發煤業有限公司煤礦主采4#煤層，煤質主要為無煙煤、煙煤，煤層平均厚度在1.9～2.6m之間，采用的主副井立井開拓方式，主井埋深達到512m，直徑為6m，底板標高為-416m，風井在二采區淺層布置，埋深為362m，與主井之間的距離為2615m。本礦井在生產過程中，為確保生產安全與建井需要，需將風井和主井與102軌道上山、102運輸上山、102回風上山進行貫通，這3條巷道均采用平行布置的方式，長度均在3km左右。其中，102回風上山主要沿著4#煤層底板施工，軌道上山、運輸上山按照同一坡度平行施工，3條巷道采用平行作業的方式，按照設計在巷道中部實現貫通。其中對于貫通精度的要求是，水平方向與垂直方向的最大偏差控制在30cm以內。在本次貫通的過程中，面臨的困難較為突出，例如，立井淋水量較大，超過了15m3/h，風速也相對較大，超過了9m/s，風井與立井之間的最低標高差距大，△h=186m。同時，貫通巷道的斜坡總體較多，曲線也大量存在。為確保這3條上山均按照設定的精度進行貫通，需對測量方案進行優化，有效控制井下導線測量、井筒連接測量、地面測量等，提升貫通精度。

2 貫通方案設計

2.1 貫通方案選擇

（1）地面控制測量方案。根據山西興盛鴻發煤業有限公司煤礦整個礦區的分布情況，設計了地面GPS控制網絡，其中選擇了3個起算點。在風井、主井的工業廣場布置設計了6個GPS控制點，分別為主近1、風近1、風近2、風近3及1#、2#宿舍樓等。見圖1所示。

（2）地面水準測量方案。地面水準測量作為地面測量的重要組成部分，對于確保測量效果有著重要的作用。在本次巷道貫通測量過程中，設計了3等水準點進行控制測量，同時在風井、主井周邊選擇了4等水準點，并以“風近2”“主近1”作為本次測量的高程基準點。

圖1 GPS測量控制網絡圖

（3）井下陀螺定向與聯系測量方案。在主井、風井坐標傳遞時，使用Φ1.5mm的鋼絲進行，單獨進行3次測量，提升測量精度。使用全站儀激光測距的方式將主井、風井的高程進行導入，完成高程傳遞，并使用鋼絲對導入的高程進行復核。在風井、主井底部均設置定向邊，并將高程、坐標等傳遞到邊，作為井下導向測量的起始邊。在進行陀螺定向時使用逆轉點法。

（4）井下導向測量。選擇使用2級防爆全站儀進行井下巷道控制測量，控制精度在7″以上，由于本次貫通測量過程中，風速較大，對于風速較大的位置，使用三架方法對高程、坐標進行傳遞，對于風速較低位置，將高程、坐標等傳遞到巷道頂板永久導線點，并將這些導線點作為巷道施工基礎控制點，在角度測量時選擇測回法，單獨進行3次測量，每次測量2個測回，并使用三角高程進行雙向往返觀測。

2.2 具體實施

（1）地面控制測量的實施。本次貫通測量的過程中，選擇TOPCON Hiper型雙頻GPS接收機，數量為4臺，組成GPS控制網。在進行觀測時，分4個時段進行觀測，在每個時段中，觀測時間均為50min，在每個時段進行觀測時，設置6條基準線與3個同步環。對每天采集得到的數據使用Gpsadj靜態GPS數據處理系統進行處理解算，并使用Pinnacle對本次測量所布置的GPS網進行約束平差。在本次測量過程中，使用自動安平水準儀TOPCON與雙面水準尺進行測量，且設計測量順序為“后—前—前—后”，測量得到的數據，使用NASEW98軟件對平差進行計算，從而得到4等水準點的高程。

（2）實施聯系測量。具體主要有井下連接測量、高程導入、陀螺定向、投點及測量等。具體實施為：

① 使用TOPCON GTS311全站儀按照精度在5″的范圍內進行導線連接，在水平觀測角測量時，選擇了2個測回，在進行邊長測量時，選擇了3個測回，其中，“主1”控制點到鋼絲之間的距離，選擇使用鋼尺進行測量，對于測量結果使用全站儀小棱鏡檢驗。

② 選擇單重穩定投點的方式實施平面聯系測量，使用Φ1.5mm的碳素彈簧鋼絲作為投點鋼絲，并懸掛重跎（70kg），并將垂球放置到盛滿水的水桶中，在進行投點測量時，將手搖絞車固定到穩定物體上。

③ 使用陀螺經緯儀進行定向測量，在本次測量過程中，選擇使用跟蹤逆轉點法，設置了5個跟蹤逆轉點，并使用平均值法對測量的逆轉點的擺動值的平均數進行測量，每個點均完成了2個獨立的定向。

④ 將“主近3”作為了高程基準點進行主井高程的導入，將“風井3”作為風井高程基準點進行高程的導入。通過井蓋將鋼尺下放到井中，并在最低處懸掛垂球，質量為9kg。在實施下放鋼尺操作時，在地面上從安平水準儀上讀取示數a、b，當整個鋼尺全部懸掛好之后，再次讀取示數c、d。同時，為了提升測量的精度，使用溫度計讀取測量過程中井下與井上的讀數，根據溫度差異，從拉力、溫度、尺寸及鋼尺自重等方面對風井、主井的導入高程進行微調。

⑤ 在主井井下的主基1安裝全站儀，對主基2和鋼絲之間的水平角進行測量，并使用鋼尺對主基1與鋼絲之間的距離進行測量，同時，主基1～2邊上使用陀螺經緯儀進行定向。這個過程中，與風井測量平行作業，在風井基2點也使用全站儀，對風井基1點和鋼絲之間的水平角進行測量，同時也用鋼尺對基2與鋼絲之間的距離進行測量。在測量的過程中，測量3次以上，待連續兩次測量的誤差均在3mm之內時結束。

（3）開展井下控制測量。按照井下控制測量設計，選擇使用了尼康防爆全站儀進行測量，控制精度在7″范圍內，水平角、邊長在進行測量時控制在2個測回。在進行井下水準測量時，選擇使用了TOPCONS3水準儀對大巷進行了往返測量，同時，待往返測量差距在50mm之內時，停止測量。對于斜巷測量，選擇使用了三角高程測量，測回為2，高程閉合差控制在30mm范圍內時停止測量。

（4）施工測量。在具體施工的過程中，選擇使用蔡司030A以10″為導線精度進行測量，將基礎作為控制測量布設點，對角度使用測回法，測回2次，以掘進20m為單位對精度8″導線進行延伸，同時對于延伸導線檢查角控制在30″，在具體測量中，每個測量來回均設計了5個中線點，且控制距離在4m以內。在巷道完成貫通之后，對實際點的偏差進行測量，并計算閉合差。

3 貫通精度

根據本次貫通測量，繪制了貫通測量全圖，具體見圖2。

圖2 貫通測量圖

在巷道完成了貫通之后，對高程聯測、導線聯測進行了全面的復核，得到了如下主要技術指標。

（1）坐標閉合差，X軸、Y軸分別為25mm、29mm。

（2）方位角閉合差為26″，三條上山導線長度為4900m，導線精度為1/148950。高程閉合差為78mm。

4 本次測量過程中采取的增強策略

在本次井下巷道貫通測量過程中，為了提升測量精度，從2個方面采取了增強策略：

（1）構建了地面專用控制網。山西興盛鴻發煤業有限公司長期沿用上世紀七十年代形成定位點位，但隨著開采范圍的不斷擴大，部分三角點已經位于采空區的上部，由于采空區的沉陷，影響到本次測量精度。為了提升本次測量效果，在實施本次測量時，興盛鴻發煤業南部設計了10個地面小三角網，通過平差后該網的單位權誤差為15″，最弱邊的相對誤差為1/71200，點位誤差為16mm，通過這些地面測量工作，確保地面控制網原始精度，有助于增強測量效果。

（2）增強井下導線測量精度。本次貫通測量工作量較大，一共設計了7″導線80站，為了提升井下導線測量精度，在本次測量時，選擇使用三角架觀測，降低瞄準對中帶來的誤差，同時，在對中的過程中，控制對中誤差在1mm的范圍內，水平氣泡控制在偏斜半格，盡量多的加大邊長、壓縮測站數。

5 結束語

（1）從本次貫通測量得到的閉合差可看出，這些關鍵指標均小于設計要求，符合了實際貫通需求。這表明本次貫通測量精度高，滿足了實際生產需求。

（2）井下貫通測量是一項較為復雜的工程，對方案設計、測量實施均有著較高的要求，且需要應對測量過程中遇到的突發情況，在具體測量過程中需要測量人員對測量環境等方面進行綜合分析，研究制定出更符合需要的測量方案。