馬脊梁煤礦井下巷道貫通測(cè)量方法分析

溫 陽(yáng)

（煤炭工業(yè)大同礦區(qū)建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站，山西 大同 037003）

1 工程概況

隨著馬脊梁煤礦生產(chǎn)能力的不斷提升，開采范圍在不斷擴(kuò)大，礦井生產(chǎn)已經(jīng)開始逐步朝南部-560 m水平方向轉(zhuǎn)移。為了確保礦井的運(yùn)輸、通風(fēng)及生產(chǎn)順利進(jìn)行，在原主井、副井的南側(cè)新建了王村回風(fēng)立井與副立井。根據(jù)井下生產(chǎn)實(shí)際，首先需要將兩個(gè)新開掘的立井貫通。本次設(shè)計(jì)從王村回風(fēng)立井與副立井分別開掘回風(fēng)巷道進(jìn)行對(duì)向貫通。

2 貫通方案設(shè)計(jì)

王村回風(fēng)立井與副立井之間的貫通工程是馬脊梁煤礦關(guān)鍵開拓延伸工程，整體路線相對(duì)較長(zhǎng)，且線路較為復(fù)雜，在具體貫通時(shí)難度相對(duì)較大。為了保證本次貫通能夠順利，在原主井、副井與副立井的工業(yè)場(chǎng)地內(nèi)構(gòu)建了測(cè)量控制網(wǎng)，在王村回風(fēng)立井與副立井中設(shè)置了定向基點(diǎn)網(wǎng)。使用近井控制網(wǎng)與立井定向基點(diǎn)的方式向王村回風(fēng)立井與副立井中進(jìn)行定向、投點(diǎn)，將高程導(dǎo)入。本次貫通開掘的回風(fēng)巷道，整個(gè)導(dǎo)線的全部長(zhǎng)度為4.9 km，導(dǎo)線點(diǎn)布置36個(gè)，導(dǎo)線的邊長(zhǎng)在25～360 m之間，平均長(zhǎng)度為136 m。在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，巷道按照7″的精度進(jìn)行控制，井下高程測(cè)量與地面測(cè)量均按照四等水準(zhǔn)測(cè)量的精度要求，按照《煤礦測(cè)量規(guī)程》中的相關(guān)規(guī)定，貫通相遇點(diǎn)在水平重要方向允許出現(xiàn)的偏差控制在0.5 m，在高程方向允許出現(xiàn)的偏差控制在0.2 m。貫通方案設(shè)計(jì)見圖1。

圖1 貫通方案設(shè)計(jì)

3 測(cè)量方法

3.1 地面控制網(wǎng)

以礦井范圍內(nèi)兩個(gè)GPS E級(jí)點(diǎn)作為起算點(diǎn)，將這兩個(gè)起算點(diǎn)為基準(zhǔn)構(gòu)建平面控制網(wǎng)，將礦井范圍內(nèi)的10個(gè)GPS E級(jí)點(diǎn)作為所有網(wǎng)格點(diǎn)。地面高程在控制時(shí)，選擇采用四等水準(zhǔn)網(wǎng)控制的方式，在水準(zhǔn)線路中一共設(shè)置2個(gè)閉合環(huán)，長(zhǎng)度為10 km，水準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置6個(gè)，在這6個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)中包含立井定向基點(diǎn)3個(gè)、GPS E級(jí)點(diǎn)3個(gè)。

3.2 礦井聯(lián)系測(cè)量

選擇使用長(zhǎng)鋼絲法將坐標(biāo)投到井下，具體測(cè)量時(shí)進(jìn)行兩次獨(dú)立投點(diǎn)。在王村回風(fēng)立井的井底車場(chǎng)與副立井位置進(jìn)行陀螺定向，選擇使用全站儀開展兩次獨(dú)立觀測(cè)，取兩次測(cè)量的平均數(shù)值作為開始測(cè)量邊的方位角值。為了提升導(dǎo)線測(cè)量的觀測(cè)精度，降低導(dǎo)向測(cè)角存在的誤差累積問(wèn)題，在運(yùn)輸巷、回風(fēng)巷貫通相遇點(diǎn)的周邊，開展陀螺邊定向測(cè)量4次，所有的邊均進(jìn)行兩次獨(dú)立觀測(cè)，具體結(jié)果取這兩次觀測(cè)的平均數(shù)值，定向邊方位角值可選擇兩次測(cè)量的平均數(shù)值。

選擇使用鋼尺方法將高程導(dǎo)入到井下，在王村回風(fēng)立井與副立井分別進(jìn)行觀測(cè)，這兩次測(cè)量的結(jié)果之間的差值應(yīng)當(dāng)控制在井筒深度的1/8000，同時(shí)，將這兩次測(cè)量結(jié)果的平均數(shù)值作為高程的導(dǎo)入點(diǎn)。

3.3 井下導(dǎo)線測(cè)量

在進(jìn)行井下導(dǎo)線測(cè)量時(shí)，按照7″控制導(dǎo)線進(jìn)行測(cè)量，選擇使用全站儀進(jìn)行邊與角度的測(cè)量。在進(jìn)行井下導(dǎo)線的觀測(cè)時(shí)，應(yīng)當(dāng)有兩名以上的觀察者獨(dú)立開展測(cè)量，并取測(cè)量的平均值，對(duì)于得到的邊長(zhǎng)、角度的平均值，除取平均值之外，還需進(jìn)行近似平差。如果邊長(zhǎng)長(zhǎng)度不超過(guò)30 m，可選擇使用三次對(duì)中觀測(cè)方法，最終結(jié)果取測(cè)量的平均值。本次測(cè)量規(guī)定測(cè)回差應(yīng)當(dāng)?shù)陀?2″，邊長(zhǎng)一個(gè)測(cè)回內(nèi)，讀數(shù)之間的差值應(yīng)當(dāng)在10 mm以內(nèi)，單次測(cè)回間的差值應(yīng)當(dāng)在15 mm之內(nèi)，在測(cè)量導(dǎo)線之間的距離時(shí)，對(duì)中誤差應(yīng)當(dāng)在1/10000之內(nèi)，導(dǎo)線全部長(zhǎng)度的相對(duì)閉合差應(yīng)當(dāng)控制在1/8000。

3.4 井下高程測(cè)量

在開展導(dǎo)線測(cè)量的過(guò)程中，還需選擇使用三角高程的方式開展高程測(cè)量，選擇使用垂直角中絲法的方式開展2個(gè)回?cái)?shù)的觀測(cè)，垂直角的互差應(yīng)當(dāng)控制在15″，指標(biāo)差之間的差距應(yīng)當(dāng)在15″之內(nèi)，對(duì)向觀測(cè)時(shí)，需將高度差控制在10 mm+0.3S的范圍內(nèi)，其中，S是導(dǎo)線的水平邊長(zhǎng)，單位選擇為km。往返觀測(cè)高度差之間的差值應(yīng)當(dāng)控制在，其中R是兩個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)之間的路線長(zhǎng)度，單位選擇為km。

4 貫通誤差

4.1 貫通相遇點(diǎn)k橫向偏差

首先是GPS E級(jí)網(wǎng)測(cè)量誤差在k點(diǎn)橫向方向出現(xiàn)的偏差為：

式中：Md為近井點(diǎn)在水平方向的相對(duì)誤差。以GPS接收機(jī)標(biāo)稱的精度為準(zhǔn)，大小等于±0.3 mm；Mα為近井點(diǎn)方位角相對(duì)中誤差。以GPS接收機(jī)標(biāo)稱的精度為準(zhǔn)，大小等于±0.6″。

其次，陀螺定向?qū)е耴點(diǎn)在水平方面出現(xiàn)的偏差為：

式中：mα為一次定向中存在的誤差，根據(jù)測(cè)量可知，其大小為±8.2″。

第三，立井投點(diǎn)誤差所導(dǎo)致的k點(diǎn)在水平方向出現(xiàn)的偏差。本次王村回風(fēng)立井與副立井均選擇使用經(jīng)驗(yàn)值，具體為：

M投副=M投王=±35 mm

則可以得到：

第四，k點(diǎn)由于井下導(dǎo)線測(cè)量在水平方向所引起的誤差。從實(shí)際測(cè)量得到的資料來(lái)看，井下導(dǎo)線選擇使用的是J2級(jí)經(jīng)緯儀，選擇使用的是一次對(duì)中兩個(gè)測(cè)回法進(jìn)行的觀測(cè)，在進(jìn)行角度測(cè)量時(shí)，得到的測(cè)角誤差為：

mβ=±6″

那么，在開展井下導(dǎo)線角度測(cè)量時(shí)，所導(dǎo)致的K點(diǎn)在水平方向上的誤差是：

在進(jìn)行井下導(dǎo)線的邊長(zhǎng)測(cè)量時(shí)，誤差參數(shù)選擇距離測(cè)量?jī)x器上的精度，大小為：2 mm+2×10-6D，進(jìn)行距離測(cè)量而導(dǎo)致K點(diǎn)在水平方向的誤差是：

在進(jìn)行井下導(dǎo)線測(cè)量時(shí)，進(jìn)行兩次獨(dú)立觀測(cè)，這兩次獨(dú)立觀測(cè)結(jié)果的平均數(shù)值，在貫通點(diǎn)k水平方向的誤差是：

第五，在水平方向上貫通的中誤差為：

第六，在水平方向上貫通后的預(yù)計(jì)誤差為：

Mx′k預(yù)=±2Mx′k=2×0.240 m=±0.480（mm）

4.2 貫通點(diǎn)k在高程方向的誤差

首先是貫通點(diǎn)k受到地面水準(zhǔn)測(cè)量所帶來(lái)的高程誤差。本次測(cè)量地面四等水準(zhǔn)測(cè)量路線的單程長(zhǎng)度為10 km，按照規(guī)程限差的方式進(jìn)行推算，得到高程中誤差為：

其次是k點(diǎn)高程誤差受到導(dǎo)入高程所帶來(lái)的誤差。從本次測(cè)量資料來(lái)看，在導(dǎo)入高程后，其中誤差是m=±18 mm，立井進(jìn)行的兩次尺位導(dǎo)入到整個(gè)高程中，最終給k點(diǎn)帶來(lái)的誤差為：

第三，k點(diǎn)高程誤差受到三角高程所帶來(lái)的誤差。根據(jù)本次三角高程測(cè)量中單程長(zhǎng)度為4.898 m，根據(jù)相關(guān)的規(guī)定進(jìn)行限差推算，經(jīng)過(guò)2個(gè)測(cè)回的觀測(cè)，所帶來(lái)的誤差為：

第四，k點(diǎn)高程誤差受到腰線標(biāo)定所帶來(lái)的誤差。根據(jù)本次貫通需要，最后一段的長(zhǎng)度在100 m左右，腰線標(biāo)定的精度對(duì)高程方向的影響，按照經(jīng)驗(yàn)數(shù)值，選擇為0.02 m，則k點(diǎn)的高程誤差為：

第五，k點(diǎn)貫通后，總中誤差為：

最后為k點(diǎn)高程上的誤差的估計(jì)為：

MH預(yù)計(jì)值=±2MH′=2×90=±180（mm）

5 結(jié)語(yǔ)

本次貫通測(cè)量的難度相對(duì)較大，觀測(cè)的條件也較為復(fù)雜，測(cè)量的路線也非常長(zhǎng)。構(gòu)建了平面控制網(wǎng)，開展了兩次立井投點(diǎn)，較好的保證了貫通測(cè)量的精度需要，同時(shí)通過(guò)施測(cè)陀螺定向的方式，有效減少了導(dǎo)線在進(jìn)行角度測(cè)量時(shí)，帶來(lái)的誤差累積小于貫通設(shè)計(jì)要求，確保了本次貫通的精度。