煤礦切巷貫通測量技術的精度分析

黃紅龍

（山西省同煤集團云崗礦地質測量科，山西 大同 037017）

云岡礦12#煤層406 盤區8623 工作面回采時，由于采區地質構造影響，在過斷層時，液壓支架無法正常工作。因此，需要在506-7南部，距離268.5 m處進行開掘切巷，與5623-1和2623-2工作面貫通[1]。為了提高切巷貫通的精度， 巷道與切巷貫通之前，要先確定切巷貫通的坐標位置，為貫通工程提供依據。 而在實際工作中，無法對切巷貫通點的位置進行現場測量，只能在原始數據的基礎上，對巷道進行探測掘進。 根據礦井條件，采用陀螺經緯儀及全站儀三架導線測量等技術，有效地解決了切巷與巷道的貫通，解決了工作面銜接不好的問題。

1 工程概況

8623 工作面屬于低位放頂煤工作面，煤炭儲存量大，煤層較穩定，沒有夾矸；煤層平均厚度為5.8 m，平均傾角為1°；工作面面長為1 470 m。 在巷道掘進時，由于煤層底板厚度出現變化，導致巷道坡度隨之發生變化。 8623 工作面的布置見圖1。

圖1 8623 工作面布置

2 貫通測量技術選擇及誤差分析

8623 工作面的井下貫通測量路線見圖2。 測量時加測陀螺定向邊作為堅強邊， 采用陀螺定向技術[2]，實現對導線的整體平差。 在井下導線測量中，采用7″級全站儀三架法測量技術。 在井下高程測量中，采用紅外三角高程測量與全站儀三架導線測量相結合的測量技術。

圖2 貫通測量路線

2.1 貫通測量技術選擇

陀螺定向技術中使用瑞士的陀螺經緯儀，對地面和井下分別進行二次測回， 得到陀螺儀器常數。分別在已知定向邊、8623 切巷離窩頭最近的一側以及5623-1巷道離窩頭最近的一側布置陀螺邊D1—S3、L31—L32、L14—L15。 根據相關規定，在一次測回測量中，陀螺的方位角中誤差應為±15″，而實際測量出的中誤差為±4.4″；陀螺方位角平均值的中誤差應為±10″，而實際測量出的中誤差為±1.6″。可見，采用陀螺定向技術能達到所需要的精度要求。

對8623 切巷進行井下導線測量和紅外高程測量，采用全站儀三架法導線測量技術，測量的導線選擇7″級導線。 在切巷一側貫通導線，起算點設在D1 處， 沿D1—S3 的方位作為起算方位進行測量，以陀螺邊L31—L32 的方位作為閉合方位， 進行獨立導線測量兩次， 求L32 點的兩次測量的坐標差，得出ΔX 為3 mm，ΔY 為13 mm， 則導線坐標的閉合差為13.3 mm。 進行紅外高程測量時，同樣將起算點設在D1 處，獨立導線測量兩次，得到L32 點處紅外高程測量的閉合差為9 mm， 兩者均符合導線測量中對閉合差的精度要求。

對5623-1 巷道進行井下導線測量和紅外高程測量。 測量的導線選擇7″級導線， 起算點設在D1處，沿D1—S3 的方位作為起算方位進行測量，以陀螺邊L9—L10 的方位作為閉合方位，對方位角進行平差，得到方位角的閉合差為16″。 繼續延伸導線至L15，進行兩次獨立測量，得到L15 兩次測量的坐標差ΔX 為35 mm，ΔY 為32 mm，則導線坐標的閉合差為47 mm。 進行紅外高程測量時，同樣將起算點設在D1 處，獨立導線測量兩次，得到L15 點處紅外高程測量的閉合差為12 mm，兩者均符合導線測量中對閉合差的精度要求。

2.2 貫通測量誤差分析

根據測量的實際情況及原始數據資料，對貫通測量相遇點進行誤差預計。 根據終點誤差預計公式，得到由陀螺定向誤差所引起的相遇點在X 軸方向上的誤差[3]為：

式中：MXα為陀螺定向中誤差；ρ 為常數， 一般取206 265；RY0為相遇點與各導線起始點連接在Y 軸上的投影長。

根據測量導線量邊誤差所引起的相遇點在X軸方向上的誤差為：

式中：ml為量邊中誤差；l 為各邊導線的邊長；α 為導線邊與X 軸之間的夾角。

得到相遇點在X 軸方向上的預計中誤差為：

在進行兩次獨立觀測后， 得到平均值中誤差為：

則，相遇點在X 軸方向上的預計誤差為：

3 貫通測量技術路線及精度分析

3.1 貫通測量技術路線

進行貫通測量的技術路線見圖3[4]。

圖3 貫通測量技術路線

在貫通測量過程中， 注意對氣象讀數進行記錄，并及時輸入到全站儀中，將氣象參數及時改正。對同一邊長進行往返觀測時，坐標方位角閉合差要小于1/8 000； 沿8623 巷道布置基本控制導線，沿采區的上、 下山以及中間和運輸巷道進行布置；對井下進行基本導線布置時，每段要間隔1.5～2.0 km，以滿足定向精度要求。

3.2 精度分析

以三角高程測量的閉合差作為精度分析的依據，得到每千米三角高程測量中誤差為：

式中：fh為閉合差，R 為閉合導線長度，N 為閉合圈個數。

通過對8623 工作面的貫通測量，以D1 為起算點，一面到8623 工作面，一面到5623-1工作面，最終相遇在K 點。 在進行井下測量時，根據貫通測量方案，采用陀螺經緯儀、全站儀三架法以及紅外三角高程測量方法，對工作面的貫通精度進行分析。《煤礦測量規程》 中要求允許的高程誤差應小于0.2 m，水平誤差應小于0.3 m。通過誤差計算得到貫通預計的高程誤差為±0.122 m， 水平誤差為±0.246 m，在實際貫通后，測得實際高程誤差為+0.076 m，水平誤差為+0.178 m，進行閉合差計算，得到fx=±0.140 m，fy=±0.109 m，fz=±0.022 m，導線全長3 063 m，坐標方位角閉合精度小于1/8 000。 貫通后的效果較為理想，貫通精度較高，能高效地完成掘進工作，有效地緩解了工作面銜接不好的缺陷，為工作面安全回采奠定基礎。

4 結語

針對云岡礦8623 工作面銜接不好， 無法正常回采的問題，將8623 工作面與5623-1、2623-2工作面進行貫通。 采用陀螺經緯儀、全站儀三架法以及紅外三角高程相結合的測量方法，得到結果如下：

1）貫通后的實際高程誤差為+0.076 m，水平誤差為+0.178 m，導線全長3 063 m，坐標方位角閉合差小于1/8 000，在貫通允許的誤差范圍內。

2）貫通后工作面的回采距離為220 m，回采率高達85%，可采煤0.2 Mt，創造利潤200 萬元，經濟效益明顯。