超長距離不沿導向層大型相向貫通測量技術

梁 征

(西山煤電股份有限公司 馬蘭礦， 山西 古交 030205)

西山煤電股份有限公司馬蘭礦南翼集中運輸大巷不沿導向層大型相向貫通工程涉及井巷工程繁雜，時間跨度大，導線距離長，且施測過程易遇到風速快，短邊多等不利因素，影響貫通精度。傳統(tǒng)測量技術主要采用增加觀測次數減少測量誤差，實測精度雖然有所提高，但由于人為、現(xiàn)場環(huán)境等因素的影響，仍會使貫通后接合處的偏差超過規(guī)定限度，造成貫通后需要擴幫、拉底等來消除偏差，增加礦井成本。若修改設計方案，則需要延長工期，增加皮帶、軌道等運輸設備，不利于礦井開采與掘進的平衡接續(xù)，制約礦井生產建設。。貫通處的實際偏差為：水平方向偏差為260 mm，豎直方向偏差76 mm，導線全長相對閉合差1/336 61. 貫通精度高于《煤礦測量規(guī)程》規(guī)定限差。

1 工程概況

馬蘭礦南翼集中運輸大巷貫通工程橫跨井底車場、910南大巷、南一采區(qū)、南五采區(qū)、南八采區(qū)、井底南八南九膠帶機運輸大巷，直至南翼集中運輸大巷相向貫通，貫通測量導線長約11 km，架設測站60站。測量路線包括兩條：以910大巷內的5秒級基本控制點WS-0、WS-1為起始邊，一條經910南大巷、井底車場4號道、南八南九膠帶機運輸大巷、南翼集中運輸大巷、貫通點K；另一條經910南大巷、南五下組煤進風聯(lián)巷、南五下組煤輔助運輸下山、南翼集中運輸大巷措施巷、南翼集中運輸大巷、貫通點K. 測量路線見圖1.

圖1 測量路線示意圖

2 貫通測量技術難點

按照貫通工程預計路線，分析南翼集中運輸大巷超長距離特大型貫通工程的主要難點有以下幾個方面：

1) 該工程為一井內不沿導向層相向特大型貫通，工程要求水平重要方向的容許偏差為±0.3 m；豎直方向容許偏差為±0.2 m.

2) 短邊制約貫通精度。導線邊長小于30 m的共計有4條，分別為：井底車場4號道至南八南九膠帶機運輸大巷開口施工控制段3條、南五下組煤聯(lián)絡巷1條。

3) 風速影響對中精度。導線經過的910南大巷、南一下組煤及南五下組煤進風下山等區(qū)段為礦井主要進風大巷，風速達到4 m/s以上。

4) 如何預測巷道實際偏差，提前避免或減少貫通后的調整工作，是此次貫通測量的難點之一。

3 采取的技術措施

3.1 全站儀交會投點技術

1) 井下測量水平角的誤差主要取決于儀器誤差、測角方法以及覘標和儀器中心與測點中心布置同一鉛垂線上所產生的覘標對中誤差和儀器對中誤差[1].為解決910南大巷、南一下組煤及南五下組煤進風下山等區(qū)段風速大、垂球搖擺嚴重，擋風措施難以有效保證垂球對中精度的問題，在910南大巷拐彎處WS-3點、SZ-1點和南五下組煤進風聯(lián)巷拐彎處S1-1點(控制點被風水管路遮擋)采用“全站儀交會投點法”，將頂板導線點通過幾何交會原理投影至巷道底板，避免了重新布點，檢核原有資料的同時，實現(xiàn)點上激光對中，資料準確可靠，減少對中誤差，提高測量成果精度。

2) 全站儀交會投點原理。通過立體幾何可知，垂直于同一水平面的兩個平面的交線同樣垂直于該水平面，平面相等且交點唯一[2]. 全站儀嚴格整平后望遠鏡瞄準控制點，視準軸可給出垂直面及水平面，兩臺儀器視準軸十字絲所形成的平面交線即為控制點不同高程位置的平面點位，見圖2.

圖2 全站儀交會投點法幾何原理示意圖

3.2 設置專用底板點

因井底車場4號道至南八南九膠帶機運輸大巷開口施工段、南五下組煤聯(lián)絡巷等地段導線距離較短，導線邊長小于30 m，為了減少其對測角精度的影響，在井底車場4號道至南八南九膠帶機運輸大巷開口施工段設置3站專用底板點(即LP-4-P-1點之間)，南五下組煤聯(lián)絡巷處設置2站專用底板點(即PY-34點、YM-1點)。

頂板點由于導線邊較短、風流較大，垂球對中誤差大等不利觀測條件，影響測角精度。因此，將導線邊長小于30 m的頂板標志設置成底板點標志，牢固埋設，確保點位精度可靠，實現(xiàn)底板光學對中，減小受邊長限制造成儀器對中誤差和覘標瞄準誤差不斷增大的影響，縮短初復測周期，避免三聯(lián)架點位無法復測檢查，保證了短邊測量精度。頂板點與底板點技術對比見表1.

表1 頂板點與底板點技術對比表

3.3 水準塔尺量高

受井下作業(yè)條件的限制，除910運輸大巷段采用水準測量方法外，其余巷道均采用光電測距三角高程，且下組煤區(qū)段巷高過高，使用傳統(tǒng)的鋼卷尺量取儀器高度、覘標高度非常困難，量高精度難以保證，高程精度就更難以得到保障。使用水準塔尺代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼卷尺進行測前測后獨立量高，有效保證高程精度的同時避免了人員登高測量作業(yè)風險。

3.4 貫通探孔跟蹤技術

在貫通距離剩余30 m時，使用專用鉆機沿中腰線施工貫通探孔。根據探孔與兩巷道導線點的空間位置關系，初略計算偏差值。利用礦井現(xiàn)有的YCJ90/360型礦用鉆孔分析儀測定鉆孔軌跡。每班跟蹤探孔與中腰線空間關系，分析軌跡與偏差關系。當貫通距離剩余10～15 m時，依據跟蹤分析成果，提前調整巷道偏差，探孔跟蹤測量數據見表2.

3.5 其他測量技術

1) 采用前視觀測斜距、后視加測平距，高程往返觀測，內業(yè)數據處理計算機檢核、導線薄弱地段加測陀螺定向邊等技術方法，剔除角度、距離、高程測量粗差。

2) 巷道臨近工程設計轉平位置時，由專業(yè)人員勘查地層柱狀、巖性及煤巖層傾角，結合貫通處揭露的巖性及鉆探資料，進行技術分析，檢核高程粗差。

表2 探孔跟蹤測量數據表

注：中線右偏為“-”，左偏為“+”；腰線下為“-”，上為“+”

4 成果分析

南翼集中運輸大巷11 km超長距離不沿導向層大型相向重要貫通工程于2018年12月26日貫通，貫通后通過閉合測量，水平方向偏差為260 mm，豎直面偏差76 mm，導線全長相對閉合差1/33 661，符合工程要求，高精度完成貫通測量任務。避免了原計劃可能因貫通巷道偏差過大造成的擴幫、挑頂、拉底等工作，節(jié)約了成本，滿足設備安裝要求，保障了采掘銜接。

5 結 語

通過研究大型相向貫通工程的技術難點，提出采用“全站儀交會投點、設置專用底板點、水準塔尺量高、貫通探孔跟蹤”等技術措施，提升了礦井貫通精度，有效解決了礦井復雜測量條件下貫通技術難題，為工程順利貫通提供有利保障。