提升煤礦井下巷道貫通測量精度的實踐分析

韓志強

（山西省煤炭工業廳煤炭資源地質局，山西 太原 030045）

1 工程概況

郭莊煤礦設計生產能力80萬t/a，使用主井為原三礦主井，副井為原一礦副井，但是在生產過程中受到小窯破壞、超生產能力服務等方面因素影響，導致出現資源枯竭問題。為確保煤礦生產持續性，經過研究決定，對郭莊煤礦實施深部接替改造設計。因此，需將原三礦主井進行延伸，與原一礦軌道上山實現貫通，可形成郭莊煤礦深部煤炭資源開采、通風、運輸通路。避免了在深部煤炭資源開采的過程中，繞到一六三五大巷，貫通后可直接通過軌道上山實現主井與副井之間連通，降低郭莊煤礦深部煤炭資源開采運輸成本，有效滿足礦井延伸之后的資源提升、回風等相關的要求。本次貫通測量主要為原三礦主井與原一礦副井之間實現貫通，井口之間的距離為1900m，井下導線長度在2650m左右，實際貫通的距離約為155m。見圖1所示。

圖1 巷道貫通示意圖

2 巷道貫通要求及貫通方案選擇

2.1 本次巷道貫通要求

井巷在貫通過程中允許有偏差存在，根據《煤礦測量手冊》、《煤礦測量規程》等方面規定，結合本次軌道提升斜井貫通實際，為了確保在巷道貫通之后不會影響到后期的煤炭提升安全等，減少后期帶來的巷道臥底、擴幫工程量，考慮當前郭莊煤礦實際測量水平，確定出本次貫通工程允許偏差水平方向在30cm以內，高程偏差在±20cm范圍內。

2.2 本次巷道貫通方案設計

選擇貫通路線。選擇出最佳貫通測量路線是開展貫通測量的基礎。從本次貫通情況來看，有3種貫通測量方向：（1）一礦副井—1589大巷—三礦主井；（2）一礦副井—1897南巷—1897西巷—軌道上山—三礦主井；（3）一礦副井—1578北巷—1578中巷—軌道上山—三礦主井。見圖2所示。

圖2 三套方案測量路線圖

通過對這3種方案進行對比，得到：方案2相對于方案1導線長度增加明顯，超過了300m，同時，其中包含的三角高程增加，有2個角度超過10°的夾角；方案3相對于方案1導線長度增加超過500m，有1個角度超過15°的夾角。具體見表1所示。

表1 三套方案對比

通過對方案1、方案2、方案3進行對比可知，方案1相對于其他方案有著較為明顯的優勢，因此，在進行本工程貫通測量時，選擇方案1作為本工程貫通測量方案。

2.3 具體測量設計

（1）地面平面控制測量。根據礦區實際情況，選擇了6個單三角控制網，從《國家三角測量與導線測量規范》入手，選擇使用RC—356型全站儀開展地面控制測量，精度設計在15″范圍內，在進行外業觀測時，選擇正倒鏡、四測回進行2次讀數，連續2次測量在5″內、三角形閉合差控制在9″內。

（2）地面高程測量。本次測量工程中，將BM808四等水準點作為起始點，使用2臺DS3200型水準儀同時進行觀測，整個過程中，同時使用了鋁合金水準尺，獨立開展3次測量，控制連續互差在2mm范圍內。

（3）井下平面控制測量。井下總體的作業條件相對于井上有著較大的不同，環境較為惡劣，特別是對于巷道斷面較大的位置，由于受到井下風流的影響，非常容易帶來較大的誤差，為了提升井下控制測量的精度，設計采用三架法進行導線測量，該種方法的優勢主要在于不僅可提升測量速度，同時又可壓縮測量過程中的對中次數。在本次井下三架法測量時，選擇腳架3臺、棱鏡2個、全站儀1個。設計具體測量方式為：在A點將全站儀固定，并進行精準對中，確保平整，然后在B、C位置均安裝1個棱鏡，對于B、C位置也需進行對中。見圖3所示。在具體測量時，設計將A位置的全站儀與縮進紐扣準備對焦，然后將照準位置取下，并移動到C點，這時，在C點將棱鏡松開，將全站儀插入并照準，之后將鈑扭鎖緊。整個過程中，由于操作沒有出現任何移動，全站儀進入到整平、對中狀態，該點就是這個測站的測站點。在移動B時，也可以采用同樣的方法。在后續的測量中，按照該種方法，依次完成所有的測量。

圖3 三架法測量示意圖

（4）井下高程控制測量。在進行高程控制時，選擇了S3型水準儀，同時，配合使用鋁合金水準尺，對于2點之間設計采用獨立測量，所有站點使用2臺測量儀器時，得到的互差距控制在±2mm之內。

3 貫通誤差預計

在本次貫通施工中，設計采用導線測量、陀螺附、單井定向、GPS定位等方法。為了確保選擇設計方案能夠達到實際使用要求，對選擇的貫通方案進行了誤差預計，將軌道上山作為X軸，將軌道上山距離三礦副井最近的位置且垂直于軌道上山的位置作為Y軸，現從X、Y、Z三個方向上對貫通誤差進行預計。

（1）地面控制測量誤差預計

在進行地面控制測量時，采用衛星定位技術設計4等GPS控制網，通過現場實際測量分析得到，在本次控制測量中，通過GPS測量平差后，最弱邊的中誤差為1/8000＜1/40000要求，在X、Y軸方向的相對點位誤差為Mx=±45.9mm、My=±65.8mm，兩者均小于貫通重要方向上±80mm的要求。

（2）井下導線測量誤差預計

大量貫通測量實踐表明，在進行貫通測量時導向測量、陀螺附均能夠達到井下7″導線精度要求。在進行本次貫通測量時，根據導線誤差理論、方位附等，并編輯相關計算程序，將相關點坐標導入到其中，通過計算得到，Mx=±136mm、My=±154mm。

（3）豎向投點測量誤差預計

結合該礦井實際，井上的近點傳遞到對應的鋼絲誤差，鋼絲傳遞到控制點，得到Mx=±12mm、My=±14mm。

貫通相遇點誤差計算：

通過上述3個方面的分析，結合誤差傳播定律，由于各個方面誤差而帶來的X軸、Y軸方面的誤差，分別為：

選擇預計誤差的2倍作為本次貫通測量所能夠產生的極限誤差，則得到極限誤差最大值分別為±304mm、±374mm，兩者均小于兩中線間貫通誤差±500mm規定，可以達到本次工程施工要求。因此，設計的方案切實可行。

4 結束語

（1）采用選擇的方案進行貫通施工，得到了水平方向的誤差為52mm，高程方面的誤差為69mm，兩者均小于方案的預計誤差，這表明本次工程貫通測量精度較高。

（2）本文設計了3種貫通方案，通過全面的對比分析，得到了最佳方案。