礦井南翼回風巷特大型三維立體相向貫通測量技術

巴新偉，邸 偉

（山東微山縣留莊鎮新安煤業公司地測科，山東 濟寧 272000）

貫通測量是礦山測量工作中最重要的工作，本項目主要研究7s基控導線周長達到10300m的礦井南翼回風巷實現順利貫通的測量技術問題。

1 礦井南翼回風巷貫通測量工程概況

礦井南翼回風巷分為三段：從新安煤業公司新安井施工的上段、中段，從新源井施工的下段。

1.1 施工巷道的用途

（1）前期主要為礦井深部開采回風之用，解決礦井深部開采風量不足問題。

（2）滿足礦井深部降溫的管路敷設。

（3）后期為該區域邊角塊段回采服務。

1.2 貫通測量情況

為實現礦井南翼回風巷的順利貫通，需測設7s基控導線來進行平面控制，并采用三角高程測量和水準測量結合來進行高程控制。

本次貫通需測閉合導線10300余米。屬于特大型貫通。

2 采用的主要技術方法

2.1 采用獨立坐標技術

礦井南翼回風巷道兩頭的測量導線資料都是原15s級基控導線，其起始點都是原新安煤業公司南、北井貫通的7s基控點。其中南翼上段15s導線布設為由-300軌道大巷7s基控點起始經31輔助采區，測設到-392水平。南翼回風巷下段由-360軌道大巷（也是南北井貫通的導線測量資料）測設15s導線，經集中軌道下山，-430水平，-550水平車場，至-650軌道下山，再至-650水平車場，然后施工礦井南翼回風巷下段。根據設計，需要實現導線周長為10300余米的特大型貫通。有鑒于此，原15s級的導線已經不能滿足礦井南翼回風巷的貫通要求，準備施測7s基控導線。由于原各個開拓巷道年久失修，大部分導線點遭到破壞。在-300軌道大巷，只有固E-22-21一組殘存的7s基控導線點。經過施測檢查，發現檢查角偏大，這樣兩條邊都不能作為方位起始邊，否則會導致巷道發生旋轉，與原附近巷道就會產生大的相對位置關系的變化。

經過各方面因素綜合考慮，決定采取使用獨立坐標法來布設和施測7s基控導線。具體情況見下圖。

圖1 礦井南翼回風巷特大型貫通測量優化設計圖

本方案只需要求起始點固E，的坐標和高程，盡管可能有點誤差，精度偏低，但與原測的結果不會差的太大，能滿足本方案要求的精度。

具體測量方案就是，在-300軌道大巷兩頭布設兩條陀螺邊，經過施測7s基控導線，把固E點的坐標和高程傳遞到兩條陀螺邊上。然后由兩頭的陀螺邊起始，分別向-392水平車場和-650水平車場測設7s基控導線，隨著礦井南翼回風巷下段和上段的開拓施工，進行7s導線的跟測，控制兩頭按設計方位施工。直至貫通。

本技術只是為了實現礦井南翼回風巷順利貫通而采取的方法，并不會用于采區控制等。其施測資料及計算結果獨立保存。

2.2 采用三架法進行三角高程測量法施測導線的技術

測檢查角時，需要前后覘標和儀器同時整平對中，讀數完成后，若檢查角，檢查邊均合格，后視架腿前移，原儀器點架腿和基座不動，作為后視點，原后視的棱鏡移到原儀器點的基座上，儀器移到原前視點基座上，這時只需把前視棱鏡和后視的架腿、基座搬移到新選前視點進行整平（若需留點，則需對中）。進行水平角觀測，往返邊長觀測，依次循環下去。從而達到井下首級平面控制和高程控制的目的。

由三架法導線測量工作原理可以看出其特點和需注意事項：

（1）三架法可以大大地提高測量速度，因為其減少了儀器對中和前后視覘標對中的時間，只需要前視覘標整平即可。從而減少井下占用、影響時間。快速完成測量任務，減少了測量人員的工作量。

（2）此技術在實施過程中，為了避免意外事件的發生，導致儀器或棱鏡可能發生偏斜的情況，可以在底板留點。以備意外之需。

（3）該技術減少了巷道風大對儀器、覘標對中的影響，既能提高速度，有能提高精度。

（4）井下進行三架法觀測，最好三個架腿都用木質架腿，因為其比鋁合金架腿要重，穩當，既能減少風的影響，又能減少取，放棱鏡、儀器對其整平和中心的影響，從而確保測角，量邊的精度。

（5）根據三架法的工作原理，在需要停測時，則必須留一組導線點，以作為下次觀測的檢查和起始。觀測中間，可以不留點，但必須確保無意外的發生，否則會重頭測起，工作量太大。在進行高程觀測時，若不留點，必須確定量儀高，前后視棱鏡高的參考位置，要同一。

2.3 四架法技術的嘗試

四架法技術就是在用三架法進行正常觀測的同時，而由另兩人用第四個架腿和基座及覘標在前方選點并進行整平。三架法測量完后，前視直接把棱鏡放到最前整好的架腿上，一般不需要在整平，儀器前移到原前視點上，后視棱鏡移到原儀器點上。后視一人往前傳遞架腿的時，導線測量同時進行。前視兩人接到架腿和基座、覘標后，往前選點，整平。這樣測量和前視整平兩不耽誤。

采用四架法測量，其特點有：

（1）大大得提高了測量速度，大大減少了減少井下占用、影響時間。本技術統籌安排時間，通過平行作業，減少了前視整平的時間對測量的影響，從而提高了工作效率。在工作緊任務重的情況下，該技術效果顯著。

（2）需要四個架腿，這就需要人員充足。

（3）需要四個基座，這就需要儀器、覘標等能共用這四個基座，也即四個基座必須與儀器覘標都得配套。

（4）需要四個棱鏡覘標。這四個覘標必須和四個基座配套，與棱鏡也必須配套，否則，進行旋轉時，會導致產生大的測量偏差，降低測量精度。

2.4 加測陀螺邊技術

（1）礦井南翼回風巷基控導線周長達到10300m，屬于特大型貫通。本項目進行了不加測陀螺邊的貫通誤差預計和加測一定數量陀螺邊的貫通誤差預計。通過比較，不加測陀螺邊，在貫通水平重要方向上誤差限差達到700mm，加測四條陀螺邊，貫通水平重要方向上誤差限差達到230mm，精度提高了50%以上。

（2）采用加測陀螺邊技術，不但提高了測量精度，確保了貫通的準確性，而且解決了本項目采區的第一個技術-----采用獨立坐標系的問題。通過加測陀螺邊，解決了只有起始點坐標和高程而無起始方位的問題。這個問題的解決是通過在起始點的兩側足夠遠的位置加測陀螺邊，來控制與起始點相連接的導線邊的方位，從而實現起始點坐標與高程向兩側的陀螺邊傳遞。

（3）通過對加測陀螺邊的精度評定，得出本礦所使用的陀螺儀能達到本項目所需精度的要求。

新安煤業公司地測科擁有一臺日本索佳廠生產的SET2X-GP1型陀螺全站儀，該儀器在井下工程使用中，性能穩定，精度可靠。定向儀器常數的測定統一在新安煤業公司新安井工廣已知點廣1和廣2進行。采用跟蹤逆轉點法觀測，井上、井下各測2個測回。擺動中值采用舒勒平均值法進行計算。方位角計算后，對各邊施測情況進行了精度評定如下表。

表1 各邊施測精度評估表

由表可以看出，本項目所使用陀螺儀非常穩定，所測陀螺邊精度非常高。

（4）貫通前加測陀螺邊后，施測7″基控導線方向附和差，滿足精度要求。其具體附和情況見下表。

表2 陀螺邊固F-固D～陀螺邊固I-固H～N8-N9附和情況表

由貫通前進行的三段導線測量結果，看出陀螺邊固F-固D～陀螺邊固4-固5測段的方向附和差最大。主要原因是該測段各個巷道長短不一，巷道坡度變化大，從0°～18°，且主要是上下山。這導致增加了測站數，且導線邊長小于60m的居多，最小的邊長為21m，傾角過大等。所以測角精度有所降低。

但所有的三段方向附和差均滿足限差要求。另一遍的結果與上表的幾乎一致。

陀螺邊與2019年又施測一次，結果與第一遍相差不大。

（5）帶有加測陀螺邊的兩遍測量資料精度評定如下表3。

表3 帶有加測陀螺邊的兩遍測量資料精度評定表

（6）由上三表可以看出，所測陀螺邊精度滿足貫通測量精度的要求，可以作為堅強邊，來提高貫通測量精度。

3 結論

本項目創新性地采取的各項技術措施及方法確保了大型貫通測量的精度，保證了礦井南翼回風巷這一特大型貫通的順利實現

（1）貫通前各測段的測量結果的精度評定，見表4。

表4 貫通前各測段的測量結果的精度評定表

由上兩表可以看出，本方案采取的各項技術措施切實可行，貫通前的基控結果能夠達到井下平面和高程控制的精度，所測結果可用于來控制礦井南翼回風巷施工的方向和坡度。

（2）貫通后進行了實際偏差測量和導線聯測。

礦井南翼回風巷于2019年9月24日晚上8點在礦井南翼回風巷下段順利實現相向貫通。貫通后進行了實際偏差測量和導線聯測，結果如下：

①現場實際水平方向偏差為20MM，在豎直方向上無偏差。②導線聯測結果精度評定如下表5。

表5 導線聯測結果精度評定表

（3）本項目通過創新性地采用各種技術措施，解決了導線周長超過萬米的貫通測量中所遇到的各種問題，各種難題，并且提高了測量速度，減少了井下占用時間，提高了工作效率，減少了工作量，同時減少了各項費用等，確保了礦井南翼回風巷的高精度貫通。

（4）本項目采取的技術方法在類似貫通工程中具有應用借鑒價值。