礦山測量系統在井下巷道貫通中的探究

劉智波 王靈杰

摘 要：對于煤礦開采工程來說，測量工作是十分重要的，測量的準確性直接對生產的安全性造成影響，因此提升煤礦測量精確度是當前煤礦行業需要關注的重點內容。本文結合具體工程，對礦山測量系統在井下巷道貫通中的應用問題進行研究。

關鍵詞：礦山測量系統；井下巷道貫通；

引言：

煤礦一直以來都是我國能源的重要組成部分，在未來的很長一段時間內，還將持續發揮作用。安全、高效的開采是現代煤礦企業開展生產經營活動最需要注意的問題，在煤礦開采過程中，貫通測量屬于關鍵環節，如果貫通測量的精確度不高，就會導致巷道貫通出現偏差，從而引發巷道損壞和一系列安全問題。測量尺和光學儀器是煤礦行業進行貫通測量是最常使用的工具，但是這些工具存在精確度低、任務量大等問題，已經不能滿足當前日趨復雜的井下施工環境要求。隨著新技術和新理念的出現，當前GPS技術已經開始廣泛應用于煤礦貫通測量工作中，并有效提升了巷道貫通測量的精確度。

一、工程概況

本次研究的礦井實際生產能力是161萬t/a，行人和總回風是該礦井回風立井的主要用途，在礦井生產后期，能夠對回風立井進行改造升級，成為副井筒，井筒斷面形狀設計為圓形，井下開口設計在+988米水平，井深533米，并經過一個坡度約為25度的下山斜巷，同三采取區回風石門相接。從三采區回風石門的位置上向回風井的方向進行同時施工，在接近+988米水平平向大約掘進0.75米，然后停止施工，其余的米數借助對向貫通來實現。

二、GPS 布網的布設與觀測

（一） GPS 布網

由于三角形具有較高的穩定性，因此將礦井的GPS網絡布局成三角網的形狀，并且也能為各個觀測點進行數據校驗提供方便。采用該方法進行布設的優勢就是：能根據網絡中相鄰點之間基線的經度的均勻分布，來更好對數據進行收集和處理。本次研究共設置了20個觀測點，形成四等GPS控制網，在所有觀測點中有3個已知點，其余17個為未知點。GPS網格的平均邊長為1.5千米，其中最長邊長為3千米，最短為0.6千米，能夠組成53個最小三角形同步環，65個異步環。該網格有31條獨立的基站，有15條為必要觀測基站，滿足相關標準的要求。

（二）觀測

在實施外業測量工作時，需要使用四臺GPS接收機對測量信號進行接收，GPS型號為北極星9600。同時需要對GPS接收點進行定時測量，每間隔一小時以上就要完成一次測量任務，但可以根據實際情況進行調整。GPS 測量的精確度可能受測量時間的影響，因此在測量時需適當調整接收機天線的高度，在對接收點實施測量的前后一段時間，還要測量天線的高度，保證精確度在毫米級。天線高度的誤差不能超過3毫米，最終數據取兩次測量的平均值。在第對數據進行觀測時，需要隨時檢查衛星歷元數，若發現數據異常，就要聯系其他儀器，根據具體情況延長測量時間，保證最終測量結果的準確性。本次在對礦井外業進行測量時，礦井使用的接收機能夠正常工作，信號接收方面也較為穩定，衛星數量都超過5顆，多于規定的4顆；接收器點位集合的圖形可以較清晰的展示出來，圖形強度因子低于6，并且野外觀察效果較好，為后期工作提供了便利。

三、貫通方案設計

回風井的貫通是本次研究的礦井的大型貫通工程，因此回風井的貫通精度直接對礦井的后期生產能力造成影響。在預計好回風立井的貫通誤差后，需要結合礦井實情，以礦井和灌漿站作為起點，順著副井，經過回風下山設置七級復測支導線，并對支導線進行復測。本次測量使用尼康 531-E全站儀[1]。為了提升井筒測量的準確性，消除測量誤差，在1050車場的測量點也布置七級導線，以與回風立井距離較近的觀測點為起點，選擇一點布設五級閉合導線，并做好平差工作。

四、井筒施工時期的測量工作內容

（一）中心線測設

根據回風立井周圍情況的特點，結合五級導線的布線要求布設導線，并設置井筒十字線，形成十字基點，對每個基礎點的坐標進行準確測量。參考井筒十字基點，將井筒的中心線標注出來，并確定井口與中心位置的標高。要將下線中心孔牢固焊接在井口風口盤上。中心線選擇直徑為1.4毫米的質量較高的鍍鋅鋼絲繩，繩子下段需要懸掛質量為30千克左右的重錘，根據井筒深度增減重錘重量，通常情況下，井筒深度達到五十米時需要將重錘質量控制為五十千克，在油桶上放置重錘，避免因重錘擺動而影響測量結果的準確性[2]。在對井下回風巷進行施工時，需要沿井筒方向，以十字基點為起點，在地面上懸掛兩個鋼絲繩，采用擺動投點的方法固定鋼絲繩，這樣可以對總回風巷的施工方向進行指示。

（二）檢測井筒施工標高

按照之前設計的測量方案要求在近井點位置上設置標高，要參照四等水準儀的標準要求測定標高，獲得十字點的標高，并將該標準作為井上下對照的基準。在對井下的硐室進行施工時，需要將這一標高傳導到封盤口的位置上，然后使用鋼尺把標高導入到目標硐室，對硐室標高進行有效控制。

（三）井底硐室的測量

參考設計好的貫通方案，需要組建一支技術團隊對硐室進行測量。測量儀器使用尼康 DTM-531E 全站儀。為了提升測量的準確性，在正式測量之前需要對儀器進行標準化校驗，并且嚴格測定測量現場的溫度和氣壓等環境參數，保證基本參數準確，為邊長測量的準確性提供保障。在礦井停產檢修時，從副井筒開始，需要向三采區回風石門的方向引入七級導線。同時，為了防止在測量過程中由于風的原因而在此測量誤差，需要在1050車場段與礦井地面之間的點位上布置巷道底板和前后視棱鏡基座，并且按照標準化要求進行對中操作，分別將七級閉合導線布置在三采區的回風石門上、軌道下山處和回風處，在巷道頂板上布設點位，并使用紅色油漆進行標識[3]。

五、結語

綜上所述，本次研究的工程巷道是比較復雜的貫通測量項目，一共布設了4524米長的導線，并且布設了42個觀測點。貫通測量的預期高程誤差為0.15米，中線誤差為0.2米，實際高程誤差為0.05米，中線誤差為0.081米。預期貫通導線相對閉合差是0.00125，實際為0.00003。貫通巷道的閉合差縱軸與橫軸方向分別是0.55米和0.047米。通過對以上數據進行分析可以發現，本次巷道貫通精度相對較高，誤差在允許的誤差范圍內。實踐表明，在對礦山巷道貫通情況進行測量時，使用井下全站儀和GPS控制網，能夠有效提升測量的準確度，提高工作效率。

參考文獻：

[1] 張賢名，劉新普.PC6B 型潮式砼噴射機摩擦板的研究[J].礦山機械，2001 ，（12）：20 - 21.

[2] 王慶東，楊景旺，李竹梅.混凝土噴射機自動除塵系統的設計[J].礦山機械，2010 ，（21）：25 - 27.

[3] 郭勝均.礦用氣動濕式孔口除塵器的研發及應用[J].煤炭科學技術，2012，（05）：74 - 78.