煤巷工作面大型貫通測(cè)量工程優(yōu)化與設(shè)計(jì)

李再朋

（永煤公司城郊煤礦，河南 永城 476000）

巷道貫通不同于地面測(cè)量，若測(cè)量誤差過(guò)大，將會(huì)引起巷道貫通失敗，影響工作面開(kāi)采的進(jìn)度，因此必須進(jìn)行精密測(cè)量。本文以城郊21304工作面為研究對(duì)象，進(jìn)行工作面的一井貫通。通過(guò)7″和15″導(dǎo)線精度的比較，最終確定以7″級(jí)導(dǎo)線測(cè)量對(duì)井下進(jìn)行平面控制，采用電磁波測(cè)距三角高程控制測(cè)量的貫通方案。

1 工程概況

21304綜采工作面位于小王莊以北，王樓以東，七里廟以西，趙莊以南，地表為大量農(nóng)田以及趙莊、七里廟的部分建筑物和王樓小學(xué)。21304綜采工作面東、西為實(shí)體煤，南為F20斷層保護(hù)煤柱，北為二水平南翼軌道大巷、二水平南翼膠帶大巷。

21304綜采工作面二2煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，煤層平均厚度為3.10m，平均坡度為4°，預(yù)計(jì)可采儲(chǔ)量為124萬(wàn)t。21304軌道順槽設(shè)計(jì)長(zhǎng)度1749m，21304膠帶順槽設(shè)計(jì)長(zhǎng)度1723m，21304工作面切眼設(shè)計(jì)長(zhǎng)度185m，實(shí)際貫通距離3234m。

2 貫通設(shè)計(jì)

2.1 貫通總體設(shè)計(jì)

充分利用已知數(shù)據(jù)將該工作面中二水平南翼膠帶大巷已有的基準(zhǔn)點(diǎn)SYP11、SYP12、SYP13作為起算點(diǎn)，沿21304膠帶順槽、21304軌道順槽、21304工作面切眼在頂板穩(wěn)定的地方布置控制點(diǎn)。采用日本索佳防爆全站儀SET250/R，對(duì)二水平南翼膠帶大巷的基準(zhǔn)點(diǎn)SYP11、SYP12、SYP13進(jìn)行檢查，經(jīng)檢查實(shí)測(cè)夾角與原夾角偏差-10″，滿足貫通測(cè)量的規(guī)范要求，可以作為21304綜采工作面貫通測(cè)量的起算數(shù)據(jù)，分別沿21304軌道順槽、21304膠帶順槽、21304工作面切眼實(shí)施導(dǎo)線測(cè)量。水平角觀測(cè)時(shí)采用一次對(duì)中兩個(gè)測(cè)回，邊長(zhǎng)觀測(cè)兩個(gè)測(cè)回，并進(jìn)行對(duì)向觀測(cè)。邊長(zhǎng)設(shè)置要適中，最短60m，最長(zhǎng)不超過(guò)200m，以減小邊長(zhǎng)量測(cè)誤差，提高測(cè)量的精度[1]。邊長(zhǎng)測(cè)量時(shí)一測(cè)回內(nèi)讀數(shù)較差不大于10mm，單程測(cè)回間較差不大于15mm，往返觀測(cè)同一邊長(zhǎng)時(shí)，化算為水平距離（經(jīng)氣象和傾斜改正）后的互差，不得大于1/6000[2]。

井下高程測(cè)量采用電磁波測(cè)距三角高程測(cè)量，與井下導(dǎo)線測(cè)量同步進(jìn)行。垂直角觀測(cè)兩個(gè)測(cè)回，垂直角互差不超過(guò)15″。儀器高和覘標(biāo)高在觀測(cè)開(kāi)始前和結(jié)束后用鋼尺各丈量一次，兩次丈量的互差不能大于4mm，取其平均值作為丈量結(jié)果。相鄰兩點(diǎn)測(cè)高差的互差不大于10+0.3mm×l（l為導(dǎo)線水平邊長(zhǎng)，單位為m），三角高程的高差往返測(cè)互差不應(yīng)大于 100mm L±（L為導(dǎo)線長(zhǎng)度，單位為km）[3]。

貫通測(cè)量中，直接影響巷道質(zhì)量因素主要有水平面內(nèi)垂直于巷道中線的左右偏差△X'(如圖1)和豎直面內(nèi)垂直于巷道腰線的上下偏差△h'(如圖2)。一井貫通在貫通面上的容許偏差，水平方向的容許偏差不能大于0.3m。垂直面內(nèi)垂直于巷道腰線的上下偏差，即兩腰線之間的容許偏差不能大于0.2m。

圖1 貫通在水平重要方向的偏差示意圖

圖2 貫通在豎直重要方向的偏差示意圖

2.2 貫通方案的選取

根據(jù)《煤礦測(cè)量規(guī)程》規(guī)定，并考慮煤礦的經(jīng)濟(jì)效益，有兩種備選方案。基本控制導(dǎo)線采用7''或15''導(dǎo)線進(jìn)行測(cè)量，測(cè)角中誤差分別為mβ下=±7''，mβ下=±15''，邊長(zhǎng)量測(cè)誤差采用索佳全站儀的標(biāo)稱精度mD=±（3+2×10-6D），其中D取平均邊長(zhǎng)110.4m，則mD=3.22mm[4]。井下高程測(cè)量，采用三角高程測(cè)量，依據(jù)相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，每千米三角高程的高差中誤差容許限差為100mm，每千米三角高程的高差中誤差0.05m。

本次導(dǎo)線控制測(cè)量擬定兩種方案，對(duì)這兩種方案分別對(duì)其在貫通相遇點(diǎn)K的水平重要方向x'和豎直方向進(jìn)行誤差估計(jì)，選取合理的貫通測(cè)量方案。

城郊礦21304綜采工作面貫通為一井內(nèi)巷道貫通，以二水平南翼膠帶大巷的首級(jí)控制點(diǎn)SYP11-SYP12-SYP13作為檢查角，以SYP12、SYP13作為導(dǎo)線測(cè)量起算點(diǎn)，邊SYP11—SYP12坐標(biāo)方位角作為導(dǎo)線起算方位角，分別沿21304膠帶順槽和21304軌道順槽布設(shè)導(dǎo)線，巷道貫通后，形成閉合導(dǎo)線。巷道貫通精度只受井下導(dǎo)線測(cè)量時(shí)測(cè)角、量邊和高程測(cè)量誤差影響。根據(jù)計(jì)算得出測(cè)角誤差引起的貫通相遇點(diǎn)K在水平重要方向x'上的誤差（角度獨(dú)立測(cè)量?jī)纱危⒘窟呎`差引起的貫通相遇點(diǎn)K在水平重要方向x'上誤差（邊長(zhǎng)獨(dú)立測(cè)量?jī)纱危┤缦拢?/p>

綜合測(cè)角和測(cè)邊因素的總誤差為：

貫通相遇點(diǎn)K在水平重要方向x'上的預(yù)計(jì)誤差為2倍中誤差：

在豎直方向上，由三角高程引起的貫通相遇點(diǎn)K點(diǎn)高程誤差計(jì)算公式如下：

由于兩次高程測(cè)量均為獨(dú)立觀測(cè)，所以高程中誤差可由下式計(jì)算得到，預(yù)測(cè)誤差在兩倍中誤差范圍內(nèi)，所以預(yù)測(cè)誤差可由下式計(jì)算得到：

式中：

Ry-支導(dǎo)線終點(diǎn)K與該段導(dǎo)線各點(diǎn)的連線在y軸的投影長(zhǎng)；

α-測(cè)量邊的夾角。

根據(jù)設(shè)計(jì)文件，事先計(jì)算出

7''導(dǎo)線測(cè)量的中誤差計(jì)算同15''導(dǎo)線計(jì)算方法相同，由以上公式算出測(cè)角誤差引起的貫通相遇點(diǎn)K在水平重要方向x'上的誤差（角度獨(dú)立測(cè)量?jī)纱危?.147m，測(cè)邊誤差引起的貫通相遇點(diǎn)K在水平重要方向x'上誤差（邊長(zhǎng)獨(dú)立測(cè)量?jī)纱危?.003m，綜合兩者的總中誤差為0.147m，估計(jì)在相遇點(diǎn)的預(yù)計(jì)誤差為±0.294m，高程中誤差為±0.138m。

根據(jù)以上計(jì)算，15″級(jí)導(dǎo)線貫通相遇點(diǎn)K在水平重要方向x'上的預(yù)計(jì)誤差為0.632m，高程上的預(yù)計(jì)誤差為0.138m，7''導(dǎo)線貫通相遇點(diǎn)K在水平重要方向x'上的預(yù)計(jì)誤差為0.294m，在高程上的預(yù)計(jì)誤差為0.138m。根據(jù)規(guī)程規(guī)范，15''貫通相遇點(diǎn)K在水平重要方向x'上的誤差大于0.3m，不滿足限差要求，因此最終確定了7''導(dǎo)線測(cè)量和三角高程測(cè)量為本次貫通的最終方案。

根據(jù)測(cè)量規(guī)范要求，貫通處煤礦測(cè)量規(guī)程允許偏差值為：中線偏差不大于300mm，高程偏差不大于200mm。貫通預(yù)計(jì)誤差為: 貫通相遇點(diǎn)K在水平方向上的中線偏差為±223mm，在高程上的貫通偏差為±132mm。貫通后實(shí)際偏差為: 貫通相遇點(diǎn)K中線偏差+45mm，高程偏差-50mm。

貫通后聯(lián)測(cè)角度閉合差為:fβ實(shí)=34''，允許閉合差為:fβ允=±405''，fβ實(shí)＜fβ允；坐標(biāo)閉合差fx=40mm，fy=-54mm，導(dǎo)線全長(zhǎng)閉合差f=65mm，相對(duì)閉合差f/[L]=1/59000＜1/ 8000。證明此次貫通精度較高，精密級(jí)數(shù)已經(jīng)達(dá)到優(yōu)級(jí)，驗(yàn)證了方案的正確性。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)兩種方案的對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)在水平方向上的誤差中測(cè)角貢獻(xiàn)比較大，而測(cè)邊誤差可以忽略不計(jì)，因?yàn)殡姶挪y(cè)距的精度較高，所以對(duì)水平重要方向的影響較小。在高程控制測(cè)量中，雖然高程引起的誤差也比較大，但是可以通過(guò)多次獨(dú)立觀測(cè)，予以降低。測(cè)角雖也獨(dú)立觀測(cè)了兩次，但15″級(jí)的二級(jí)導(dǎo)線已不能滿足精度要求。兩者比較，貫通面在豎直方向上更易達(dá)到測(cè)量規(guī)范和要求。在大型貫通面上采用電磁波測(cè)距三角高程測(cè)量即可滿足巷道貫通的要求，重點(diǎn)是水平方向誤差的控制。水平方向上可以采用高精度的觀測(cè)方案，或者采用比較先進(jìn)的測(cè)量方法來(lái)提高測(cè)量的精度，以保障工作面的成功貫通。