礦井特大型貫通測(cè)量工作探析

趙毅彪

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)馬脊梁礦，山西 大同 037003）

隨著煤礦開(kāi)采的不斷發(fā)展，礦井建設(shè)的水準(zhǔn)與規(guī)模逐漸提高，井巷工程的復(fù)雜性也隨之提高。若想滿(mǎn)足相關(guān)生產(chǎn)需要，則需降低工人的勞動(dòng)程度，完成特大型貫通工作，同時(shí)保證特大型貫通具有特殊貫通點(diǎn)、較短工期、較高測(cè)量精度等優(yōu)點(diǎn)。因此，本文結(jié)合晉能控股煤業(yè)集團(tuán)近幾年來(lái)的部分大型貫通案例，把進(jìn)行特大型貫通測(cè)量時(shí)的測(cè)量施工、設(shè)計(jì)方案，以及系統(tǒng)建立的方法與經(jīng)驗(yàn)提出來(lái)，從而保障貫通測(cè)量工作能夠安全、快速、順利進(jìn)行。

1 前期準(zhǔn)備探討

1.1 地面控制系統(tǒng)的再次創(chuàng)建

近幾年中，特大型貫通工作面臨著貫通難度較大、測(cè)量精度要求高、時(shí)間緊、任務(wù)重等難題。因?yàn)閷?dǎo)線(xiàn)的距離比較長(zhǎng)，所以對(duì)地面控制系統(tǒng)而言，精度確定有著很大的重要性。系統(tǒng)工作時(shí)，可將其用作開(kāi)始數(shù)據(jù)的C 級(jí)GPS 點(diǎn)，由于GPS 點(diǎn)屬于山西省創(chuàng)建的CURS 基站，且C 級(jí)GPS 點(diǎn)的數(shù)量是3 個(gè)，若想測(cè)量與控制有關(guān)的近井點(diǎn)，則可以選取GPS 靜態(tài)定位模式，從而使創(chuàng)建的地面控制系統(tǒng)的精度更高。

1.2 人員與儀器設(shè)備投入

對(duì)貫通工程來(lái)說(shuō)，最主要的因素就是設(shè)備與人員。在日常中，培養(yǎng)測(cè)量人才的重要性非常大，保質(zhì)保量人員是特大型貫通所必須具備的要素。因?yàn)榈V井中有部分儀器設(shè)備無(wú)法滿(mǎn)足工程所需求的精度，一定要把工程精度得到滿(mǎn)足的儀器配備好，若有需要可以先租賃所需的儀器。當(dāng)未實(shí)施貫通測(cè)量時(shí)，要把儀器設(shè)備給專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)的鑒定機(jī)構(gòu)進(jìn)行鑒定，并由測(cè)量技術(shù)員進(jìn)行檢測(cè)，若有問(wèn)題出現(xiàn)應(yīng)馬上進(jìn)行解決，以免由于儀器設(shè)備問(wèn)題而導(dǎo)致貫通的精度受到影響。

2 特大型貫通測(cè)量方案設(shè)計(jì)

2.1 貫通點(diǎn)的選擇

按照生產(chǎn)設(shè)計(jì)制定施工計(jì)劃，在生產(chǎn)要求得到滿(mǎn)足的前提下，貫通點(diǎn)最佳選取位置為巷道與巷道交錯(cuò)處，不可由人為規(guī)定貫通位置。

2.2 貫通測(cè)量設(shè)計(jì)的編制

礦井在豎直方向與水平方向上所允許偏差受井巷作用、運(yùn)輸方法與類(lèi)型及施工計(jì)劃的影響。按1∶2 000 的比例繪制巷道貫通工程平面圖，而后對(duì)有等高線(xiàn)的繪底板進(jìn)行分析，預(yù)設(shè)導(dǎo)線(xiàn)邊長(zhǎng)與控制點(diǎn)，明確導(dǎo)線(xiàn)全長(zhǎng)。選用能夠測(cè)量高程與坐標(biāo)的儀器與措施，估計(jì)在豎直與水平方向上的貫通點(diǎn)所存在的誤差。若滿(mǎn)足了貫通允許偏差，就可確定導(dǎo)線(xiàn)所處級(jí)別。此外，一般需把陀螺定向加在合適位置，用于加強(qiáng)邊。

2.3 所設(shè)計(jì)貫通測(cè)量的批復(fù)和論證

針對(duì)設(shè)計(jì)的特大型貫通方案，將公司內(nèi)部的專(zhuān)家組織起來(lái)召開(kāi)關(guān)于技術(shù)的論證會(huì)，出具批復(fù)建議。在測(cè)量貫通導(dǎo)線(xiàn)時(shí)，施測(cè)所使用的是防爆型全站儀，明確水平角觀(guān)測(cè)限差數(shù)據(jù)，且在高程測(cè)量的水準(zhǔn)較差要在50 mm 以下。高程點(diǎn)之間的距離單位為km，光電測(cè)距三角高程的邊長(zhǎng)、垂直角每項(xiàng)的互差中關(guān)于限差的規(guī)定應(yīng)滿(mǎn)足有關(guān)要求。

3 特大型貫通的測(cè)量施工

3.1 選擇地面控制點(diǎn)，并創(chuàng)建井下聯(lián)系控制系統(tǒng)

為高效、準(zhǔn)確地將地面控制輸送至井下控制，可以通過(guò)選擇最好的聯(lián)系測(cè)量路徑來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且最好路徑的選擇還是保證井下開(kāi)始控制點(diǎn)準(zhǔn)確度的關(guān)鍵。結(jié)合晉能控股煤業(yè)集團(tuán)下屬煤礦貫通測(cè)量的案例，選擇的巷道可以聯(lián)系測(cè)量5〞級(jí)導(dǎo)線(xiàn)，而且要求所選巷道具備風(fēng)速不大、沒(méi)有邊坡、有較好的通視條件等。若巷道容易受風(fēng)速的干擾，其測(cè)量方法可以采取三架法或地面投點(diǎn)，永久導(dǎo)線(xiàn)點(diǎn)應(yīng)該選擇在巷道頂板風(fēng)速不大的位置，同時(shí)也可將其作為最根本的控制點(diǎn)。

3.2 測(cè)量井下導(dǎo)線(xiàn)

在穩(wěn)定性較好的巷道頂板的巖石處等設(shè)置導(dǎo)線(xiàn)點(diǎn)，并設(shè)置永久點(diǎn)，其相鄰永久點(diǎn)的距離是300～500 m。對(duì)導(dǎo)線(xiàn)單獨(dú)施測(cè)3 次，選用合適的擋風(fēng)方法以減少對(duì)中誤差。將單獨(dú)施測(cè)的邊長(zhǎng)在最大程度上均勻延長(zhǎng)，減少測(cè)站數(shù)量，從而降低測(cè)角誤差。觀(guān)測(cè)與進(jìn)行高程測(cè)量所選用的方法分別為光電測(cè)距三角高程及四等水準(zhǔn)。在進(jìn)行施工時(shí)，需根據(jù)相關(guān)要求及時(shí)進(jìn)行復(fù)測(cè)與測(cè)量，并且要3 人同時(shí)計(jì)算獲得的測(cè)量數(shù)據(jù)。在計(jì)算角度時(shí)一定要使測(cè)量平差嚴(yán)謹(jǐn)，并對(duì)投影、氣壓、傾斜、儀器常數(shù)、溫度加入了邊長(zhǎng)改正。當(dāng)處于最佳觀(guān)測(cè)地方時(shí)，最大程度地提高導(dǎo)線(xiàn)精度，以促進(jìn)導(dǎo)線(xiàn)的精度存在一定的冗余。

3.3 陀螺定向

在該公司近幾年的特大貫通的測(cè)量案例中，選取陀螺儀跟蹤逆轉(zhuǎn)點(diǎn)，來(lái)對(duì)導(dǎo)線(xiàn)的坐標(biāo)方向進(jìn)行檢核。當(dāng)在施工測(cè)量時(shí)，把陀螺定向邊分別加測(cè)到巷道的兩邊，同時(shí)確定陀螺定向邊的間距是1 500 m。此外，所選設(shè)備、人員都是相同的，這樣就能最大程度地降低對(duì)冗余的影響，使兩邊都能實(shí)現(xiàn)相應(yīng)數(shù)量的單獨(dú)定向，且可參加平差導(dǎo)線(xiàn)測(cè)量。

3.4 標(biāo)定中腰線(xiàn)

設(shè)置中腰線(xiàn)點(diǎn)組，每組設(shè)置不少于3 個(gè)點(diǎn)，在巷道內(nèi)，中腰線(xiàn)點(diǎn)間距離應(yīng)大于5 m，第一個(gè)中腰線(xiàn)點(diǎn)距離掌子頭30～40 m。標(biāo)定中線(xiàn)選用的設(shè)備是全站儀，其中線(xiàn)是第一次開(kāi)口的巷道，當(dāng)掘進(jìn)到4～8 m時(shí)，一定要進(jìn)行重新標(biāo)定或檢查；隨著巷道掘進(jìn)，每隔30～100 m 需對(duì)其中腰線(xiàn)進(jìn)行一次延測(cè)。

4 特大型貫通案例的總結(jié)與分析

4.1 18503 工作面貫通

在18503 工作面中，膠帶巷與膠輪車(chē)運(yùn)輸巷長(zhǎng)都是7 100 m，切眼是280 m，切眼和膠帶巷相交的點(diǎn)就是貫通點(diǎn)，由于導(dǎo)線(xiàn)的總長(zhǎng)在14 km 以上，所以其貫通屬超大型的。在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，受多因素影響，要把聯(lián)絡(luò)巷開(kāi)到2 條巷道中間，而且所開(kāi)的聯(lián)絡(luò)巷的數(shù)量是3 條。通過(guò)方案優(yōu)化，將相鄰2 條聯(lián)絡(luò)巷的距離定為1 800 m，在每貫通1 條聯(lián)絡(luò)巷時(shí)，實(shí)施導(dǎo)線(xiàn)的平差與聯(lián)測(cè)，而后對(duì)導(dǎo)線(xiàn)施測(cè)，再對(duì)貫通進(jìn)行分解，分解數(shù)量是4 個(gè)，每個(gè)大型貫通的長(zhǎng)度都是不大于4 km。同時(shí)，貫通誤差在豎直方向與水平方向的差值分別是187 mm 與296 mm。

4.2 運(yùn)煤通道的貫通

在運(yùn)煤通道中，巷道的總長(zhǎng)、導(dǎo)線(xiàn)的總長(zhǎng)分別是7 158 m、8 475 m。因?yàn)樵撠炌ㄊ莾删茄貙?dǎo)向?qū)犹卮笮拖嘞蜇炌?，? 個(gè)地方是導(dǎo)線(xiàn)最開(kāi)始的控制點(diǎn)，因此在實(shí)施時(shí)，要在開(kāi)始的地方再次把地面控制系統(tǒng)建立起來(lái)，而且還要把GPS 控制點(diǎn)進(jìn)行布設(shè)，GPS控制點(diǎn)所屬等級(jí)為D 級(jí)，在測(cè)量地面的GPS 控制之前與之后一共補(bǔ)測(cè)與施測(cè)7 次，單獨(dú)對(duì)5〞級(jí)導(dǎo)線(xiàn)的基本控制施測(cè)5 次。施工導(dǎo)線(xiàn)點(diǎn)都是所選用導(dǎo)線(xiàn)點(diǎn)，有助于檢查施工導(dǎo)線(xiàn)。把陀螺定向邊加測(cè)到巷道的2 條邊，并參加導(dǎo)線(xiàn)的平差。在井下進(jìn)行高程測(cè)量，且傾角在8°以下時(shí)，使用的測(cè)量方法是水準(zhǔn)測(cè)量；當(dāng)傾角在8°以上時(shí)，使用的測(cè)量方法是光電測(cè)距三角高程測(cè)量。依據(jù)四等水準(zhǔn)實(shí)行來(lái)回測(cè)量，而且單獨(dú)施測(cè)2 次。貫通誤差在豎直方向與水平方向的差值分別是127 mm 與256 mm。

4.3 特大型貫通的安全技術(shù)方法分析

為確保貫通的順利實(shí)施，一定要制定安全技術(shù)方法，方能使貫通的精度有效提高。

1）一定要最大程度地提高井下導(dǎo)線(xiàn)的精度、井上下的聯(lián)系測(cè)量以及地面控制，否則就無(wú)法實(shí)現(xiàn)特大型工程準(zhǔn)確貫通。

2）當(dāng)測(cè)設(shè)時(shí)，在不理想的觀(guān)測(cè)條件（如比較大的風(fēng)速或遇短邊）下，需要選取三聯(lián)架法、底板點(diǎn)來(lái)降低由于不理想觀(guān)測(cè)條件中所造成的對(duì)中誤差，以保證測(cè)量導(dǎo)線(xiàn)的精度。

3）為提高精度，避免粗差出現(xiàn)，最佳的處理方法就是把陀螺邊定向邊加測(cè)到貫通巷的兩邊。

4）把工程進(jìn)程填繪到貫通工程平面圖中，并對(duì)錯(cuò)誤與測(cè)量精度進(jìn)行檢查。

5）在未施測(cè)時(shí)，就要測(cè)量與檢驗(yàn)已知點(diǎn)，并確定點(diǎn)位的位置有沒(méi)有發(fā)生位移，確定測(cè)點(diǎn)正確與否，證實(shí)滿(mǎn)足限差的有關(guān)規(guī)定后才可以采用。

6）當(dāng)測(cè)設(shè)時(shí)的條件不理想時(shí)，需要選取三架法、底板點(diǎn)，增加對(duì)中測(cè)回次數(shù)，從而保障測(cè)量導(dǎo)線(xiàn)的精度。

7）及時(shí)對(duì)停掘、中腰線(xiàn)、開(kāi)口等通知單進(jìn)行送發(fā)。貫通警報(bào)在貫通還剩最后60 m 時(shí)就會(huì)送發(fā)，當(dāng)貫通還剩最后30 m 時(shí)，施工隊(duì)組進(jìn)行探眼，而且探眼是順著中腰線(xiàn)的方向來(lái)進(jìn)行的。等打通探眼以后，對(duì)貫通處存在的偏差進(jìn)行核實(shí)，此時(shí)就要使用與其相對(duì)應(yīng)的技術(shù)方法開(kāi)始貫通施工。

8）在掘進(jìn)巷道過(guò)程中，需要依據(jù)《煤礦測(cè)量規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定，在出現(xiàn)巷道聯(lián)通或施工長(zhǎng)度大于2 000 m 時(shí)實(shí)施導(dǎo)線(xiàn)聯(lián)測(cè)，以?xún)?yōu)化平差。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)礦井特大型貫通工作進(jìn)行了深入探析和測(cè)量方法研究，將總結(jié)的貫通測(cè)量方法應(yīng)用于實(shí)際工作中，大大提高了測(cè)量精度及工作效率，很好地保障了特大型貫通測(cè)量工作的安全快速進(jìn)行。