煤礦井下導(dǎo)線控制測(cè)量方案及成果分析

張凈凈

（晉能控股集團(tuán)晉華宮礦地測(cè)科，山西 大同 037016）

在礦井貫通中，巷道貫通測(cè)量直接影響礦井的安全生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)效率。貫通測(cè)量目的是要確保巷道貫通點(diǎn)處的相關(guān)參數(shù)測(cè)量誤差小于規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值，滿足規(guī)程和相關(guān)生產(chǎn)單位的要求[1]。在進(jìn)行巷道貫通時(shí)，由于外界等因素，會(huì)存在很多干擾，使參數(shù)出現(xiàn)誤差，進(jìn)而影響施工方案的設(shè)計(jì)，因此要設(shè)計(jì)合理的貫通測(cè)量方案。

隨著測(cè)量技術(shù)的不斷發(fā)展，測(cè)量的精度和效率都有所提高，但在實(shí)際制定方案時(shí)，要綜合考慮精度、成本、效率等問(wèn)題[2]，因此，對(duì)礦井貫通測(cè)量方案和誤差進(jìn)行分析。

1 工程概況

礦井在進(jìn)行資源整合后，要批量開(kāi)采3號(hào)、13號(hào)、15號(hào)煤層，礦井的總面積為8.66 km2，開(kāi)采的煤層深度為+1283～1100 m，年產(chǎn)煤約為45萬(wàn)t，其中，3號(hào)煤層的平均煤層厚度為1.24 m，主斜井的平均坡度為30°，斜面長(zhǎng)度為450 m，井筒的凈斷煤層面積為10.1 m2，副斜井的平均坡度為30°，斜面長(zhǎng)度為403 m，井筒的凈斷煤層面積為5.36 m2。在開(kāi)采時(shí)，采用短壁式采煤法進(jìn)行開(kāi)采[3]，采用中央并列抽出式通風(fēng)方式進(jìn)行通風(fēng)。

為了達(dá)到開(kāi)采要求，礦井已基本完成對(duì)3106工作面的輔助巷道貫通建設(shè)工程，布設(shè)好貫通需要的切眼，但3017工作面的主運(yùn)輸巷道還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)與切眼的完全貫通，預(yù)計(jì)貫通相遇點(diǎn)K與切眼之間的距離為80 m，要實(shí)現(xiàn)巷道的完全貫通，需對(duì)兩端進(jìn)行對(duì)稱(chēng)挖掘，在工作面上共布設(shè)6847 m的導(dǎo)線，設(shè)計(jì)29個(gè)導(dǎo)線點(diǎn)，點(diǎn)與點(diǎn)之間距離為238 m，工作面的貫通路線如圖1所示。

圖1 貫通路線布置

貫通測(cè)量工程是一項(xiàng)工程量較大的工程，根據(jù)施工要求，閉合點(diǎn)在貫通方向X軸上的允許誤差為0.3 m。

2 井下導(dǎo)線控制測(cè)量方案設(shè)計(jì)

為了確保巷道的順利貫通，在進(jìn)行貫通前，要對(duì)貫通的測(cè)量方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，由于本次巷道貫通的路線較長(zhǎng)、精度要求較高[4]，因此，根據(jù)巷道的實(shí)際情況，確定貫通的測(cè)量技術(shù)方案為：

1）對(duì)礦井巷道進(jìn)行掘進(jìn)，使用全站儀施工測(cè)量采區(qū)30″級(jí)的控制導(dǎo)線以及施工方向和中腰線的標(biāo)定，每個(gè)測(cè)量的點(diǎn)距為30～50 m。

2）巷道掘進(jìn)300～500 m后，再次使用全站儀施工測(cè)量采區(qū)15″級(jí)的基本控制導(dǎo)線，確保測(cè)量點(diǎn)的間距在300 m左右，并與采區(qū)原來(lái)的測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行比較，看是否重合。

3）繼續(xù)掘進(jìn)，在基本控制導(dǎo)線點(diǎn)的基礎(chǔ)上，施工測(cè)量采區(qū)的控制導(dǎo)線，每掘進(jìn)300～500 m，就進(jìn)行一次基本控制導(dǎo)線測(cè)量，直到回風(fēng)斜井與主斜井的巷道貫通后結(jié)束。

4）在巷道貫通后，按照基本控制導(dǎo)線的方法計(jì)算導(dǎo)線聯(lián)測(cè)的平差。

巷道每掘進(jìn)300～500 m，進(jìn)行兩次基本導(dǎo)線閉合測(cè)量，一次是測(cè)量采區(qū)控制導(dǎo)線，一次是測(cè)量基本控制導(dǎo)線，兩次測(cè)量以實(shí)現(xiàn)互相檢核，與基本控制導(dǎo)線形成閉合環(huán)。

由于對(duì)礦井的井下測(cè)量有一定的特殊性，在時(shí)，按照支導(dǎo)線的形式來(lái)布設(shè)導(dǎo)線，由于沒(méi)有對(duì)已知邊進(jìn)行約束，造成誤差在一個(gè)方向上逐漸堆積，隨著導(dǎo)線的不斷延伸，使得測(cè)量精度大大降低，因此，為了對(duì)測(cè)量的累計(jì)誤差進(jìn)行有效控制，在導(dǎo)線延長(zhǎng)一定距離時(shí)，加測(cè)陀螺邊進(jìn)行優(yōu)化，其陀螺經(jīng)緯儀的定向限差如表1所示。

表1 陀螺經(jīng)緯儀定向限差

在井下測(cè)量過(guò)程中，在測(cè)量段距離為1.5～2.0 km時(shí)，就需要加測(cè)陀螺邊，提高測(cè)角精度。在圖2中，A點(diǎn)到J3點(diǎn)，導(dǎo)線的長(zhǎng)度約1.5 km，因此需要在J3-J4段之間加測(cè)一個(gè)陀螺邊，J3點(diǎn)到F4點(diǎn)，導(dǎo)線的長(zhǎng)度約1.2 km，由于要開(kāi)采一段向東的工作面，然后繼續(xù)向北延伸，為了便于布設(shè)導(dǎo)線，控制待開(kāi)采巷道的導(dǎo)線測(cè)量精度，需要在F4—F5段之間加測(cè)一個(gè)陀螺邊，而F5閉合點(diǎn)到已知點(diǎn)的距離雖然大于1.5 km，但由于中間有重復(fù)測(cè)量的，因此可以根據(jù)第一次的測(cè)量成果，對(duì)導(dǎo)線測(cè)量誤差進(jìn)行控制。

圖2 閉環(huán)導(dǎo)線分布圖

3 井下導(dǎo)線控制測(cè)量成果分析

在井下貫通測(cè)量方案中，采用多種測(cè)量技術(shù)進(jìn)行配合作業(yè)，由于每種技術(shù)所用的設(shè)備不同，使測(cè)量精度存在很大的差異，因此，要得到一個(gè)統(tǒng)一的測(cè)量結(jié)果，需要對(duì)每個(gè)測(cè)量值都進(jìn)行加權(quán)平均，對(duì)結(jié)果進(jìn)行平差。將同組測(cè)量人員的測(cè)量結(jié)果取平均值，然后將不同組測(cè)量人員的測(cè)量結(jié)果取加權(quán)平均值，得到全站儀的測(cè)角中誤差；根據(jù)兩次測(cè)回的觀測(cè)誤差取對(duì)中值，得到陀螺儀的定向誤差。在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析時(shí)，對(duì)帶有誤差方向的數(shù)據(jù)進(jìn)行平差處理，同時(shí)按照掘進(jìn)方向進(jìn)行定位修正，確保測(cè)量精度。

根據(jù)導(dǎo)線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖，XQ1-J4是方向附和導(dǎo)線，其余是定向邊導(dǎo)線，最終形成一個(gè)相對(duì)閉合的導(dǎo)線，計(jì)算每個(gè)導(dǎo)線閉合點(diǎn)的點(diǎn)位誤差，得到XQ2-J4、J4-F5、F5-XQ1的三段的重心坐標(biāo)為：

建立一個(gè)以F13為原點(diǎn)的測(cè)量導(dǎo)線重心結(jié)構(gòu)圖，重心O1、O2、O3均勻分布在結(jié)構(gòu)圖中，如圖3所示。

圖3 導(dǎo)線重心圖

計(jì)算各導(dǎo)線點(diǎn)到本段導(dǎo)線重心O的距離在X軸和Y軸上的投影長(zhǎng)度，得到如下結(jié)果：

由于測(cè)量導(dǎo)線的全長(zhǎng)約6387 m，3107工作面主運(yùn)輸巷在導(dǎo)線閉合點(diǎn)井下貫通方向X軸上的測(cè)量誤差為0.085 m，小于預(yù)計(jì)誤差±0.178 m和允許誤差0.3 m，總體精度能達(dá)到巷道貫通的需求，所以此方案符合相關(guān)的規(guī)程要求。

4 結(jié)論

1）采用全站儀和加測(cè)陀螺邊的測(cè)量方法，對(duì)導(dǎo)線的測(cè)量誤差進(jìn)行控制，并對(duì)最終的測(cè)量成果進(jìn)行分析。

2）實(shí)際應(yīng)用表明，3107工作面主運(yùn)輸巷在導(dǎo)線閉合點(diǎn)井下貫通方向X軸上的測(cè)量誤差為0.085 m，小于預(yù)計(jì)誤差±0.178 m，總體精度能達(dá)到巷道貫通的需求。