斜井多中段聯合反掘高精度貫通技術的研究與實踐

吳斌杰

（錫林郭勒盟山金阿爾哈達礦業有限公司，內蒙古 錫林郭勒盟 026300）

1 現狀描述

隨著深部中段的不斷增加，現有斜井串車無法滿足深部接續工程量的提升需求，根據生產實際需要，設計施工主斜井（箕斗井）一條，井筒傾角33°，規格為5.7m（寬）×3.5m（高），全長515m。副斜井（串車斜井）一條，偽傾斜布置，傾角26°全長550m。主斜井自2018年8月開工，服務328m以上的五個中段，副斜井同步下掘延伸，兩條斜井各中段全部貫通，從而形成完整的通風及提升系統。根據《測量規范》規定，兩井貫通在重要水平方向的允許誤差不得超過0.5m，高程方向上的允許誤差不得超過0.2m[1]。

2 方案措施

2.1 施工組織

為了節約工期、加快掘進速度，箕斗斜井工程分為五部分進行施工，分別為568m～595m分段反掘、繩道正掘，518m分段～568m反掘、468m分段～518m反掘、443m～468m反掘。配套系統工程有491m標高溜井兩條，443m標高溜井兩條，568m中段溜井主倉一條。

2.2 人員組織

此工程由兩組人員主要負責，568m中段施工配備主管一名、技術員一名，518m、468m中段配備主管一名、技術員三名，做到人員配備齊全，滿足工程施工測設需要。

2.3 測設方法選用

（1）井下導線采用2″萊卡防爆全站儀。

（2）導線測角量邊采用兩個測回，兩次對中，測角同一目標讀數不得大于12″，2C差不得大于18″；測距時每條邊往返觀測各兩次，一測回最大讀數較差不得超過10mm。

（3）所有導線邊均由不同觀測者獨立觀測兩次，取兩次觀測的角度和距離的平均值做為計算值。

2.4 定向測量和高程測量

陀螺儀定向：使用陀螺儀對568m、468m中段加測兩條陀螺輔助加強邊。考慮地球曲率及斜井坡度大等影響，在滿足工程要求的前提下，平巷段采用水準高程測量原理測設導線點，坡度較大的斜井采用五等光電測距三角高程測量。

2.5 貫通誤差預計

誤差參數部分根據礦山實際測量所積累數據得出，部分誤差參考《礦山測量學》測量誤差參數參考表得出。

（1）井下測角中誤差為mβ=±7″。

（2）電測距測邊誤差如下表。

表1 電磁波測距三角高程測量的主要技術要求

（3）陀螺儀出廠定向精度20″。

根據所提供的誤差預計，論證斜井施工測設方案：論k點為設計和生產部門共同確定的貫通點，過k點作x和y，y同貫通的方向一致且同x垂直，貫通相遇點k在水平重要方向x上的誤差預計。①導線測角誤差引起K點在X′軸上的誤差Mx′β下：計算公式：Mx′ β下=±mβ下/ρ*√∑Ryi2，Mx′ β下=±0.0833（m）。②井下導線光電測邊誤差引起K點在X′軸上的誤差Mx′L下計算公式：Mx′L下=±√a2∑Licosai2。cosai2：各導線邊與X′軸間的夾角的余弦值的平方：Mx′L下=±0.0185（m）。③貫通在水平重要方向x上的總中誤差。

通過計算軟件得出M=0.0908m。④貫通在水平重要方向x上的預計誤差。M=2M=0.1816m。論貫通相遇點k在高程上的誤差預計，井下三角高程測量引起的k點高程誤差：式中每千米長度三角高程路線的中誤差，可按《測量規程》的規定取為。⑤L為兩下山中三角高程測量路線總長度（單位km）；M=0.0418m。⑥貫通在高程上的總中誤差（以上各項高程測量均進行兩次）：M=0.0836m。⑦貫通在高程上的預計誤差：M=2M=0.1672m。從以上計算結果可以看出，在水平重要方向和高程上都未超過容許的貫通偏差值，此方案是可行的。

2.6 測設過程管控

（1）斜井平面控制。控制點以副井馬頭門568-1、568-3測量點為基準原點，與568-9和568-10導線點進行閉合導線測量，數據平差后由串車斜井傳遞至518m及468m中段指導運輸聯巷及斜井施工，導線測量全長共1810m，合理布設導線點控制點75個，其中468m至443m中段利用幾何定向進行平面控制點傳遞，測設過程如下：

投點：將測點布設在468m中段溜井上口處，在圍巖穩固的頂板處布設導線控制點，通過一井定向法將導線坐標傳遞至443m分段，指導底部斜井反掘施工，具體見剖面圖如下。

圖1 底部斜井反掘施工圖

具體解算過程如下：

①坐標正算求出投點A和B的測點坐標；②通過一井幾何定向方法求出C邊。

C計=√a2+b2-2abcosr；d=C丈-C計

依據兩減一加法分配改正數值：Va=-d/3；Vb=＋d/3；Vc=-d/3

平差邊即是：a0=a+va；b0=b+vb；c0=c+vc

根據正弦定理：a/sina=b/sinb=c/sinc公式解算出前視D和E起始控制點X，Y坐標數據。高程利用鋼尺通過多次錯位復測傳遞至分段斜井內，通過多人復核計算使之滿足精度后作為起始控制點指導443m～468m的返掘斜井施工。

（2）斜井坡度控制。由于斜井距離較長，坡度為33°，三角高程方法無法直接標定兩側腰線，測量組研究后結合偽傾角腰線法進行坡度控制，通過貫通后復測驗證，偽傾角腰線法在指導反掘斜井的施工中，是合理精確的方法，偽傾角公式偽tanA’=cosB(水平夾角）×tanA(真傾角)，示意圖如下。

圖2 斜井坡度控制施工剖析圖

（3）保障措施。①為加快重點工程施工進度，保證施工質量，箕斗斜井各分段先小斷面施工斜井上半部工程，等貫通后對測點高程進行附合，統一高程基點并平差后對斜井下半部起底，確保底板統一坡度。②要求施工方每班將中、腰線引至作業面，并在作業面標出，確保工程嚴格按照中、腰線施工。③箕斗斜井高程測量采用三角高程方法與導線同時測量，為減小地球曲面影響，測量高差時盡量使前后視距相等，往返多次觀測。④測量主要負責人常去現場，親自參與把關，對測設數據親自檢核，親自參與導線復測，確保導線無誤。

2.7 貫通誤差分析及精度評定

（1）貫通誤差分析。箕斗斜井全線貫通后，及時對各中段施工導線點進行實測，測量實際偏差值為高程誤差0.075m，測點點位偏差0.01m，滿足精度要求。主要誤差來源為井下環境中氣溫、氣壓、空氣濕度和清晰度、風力等因素的變化，導致測量結果中帶有誤差。

（2）貫通精度評定。通過貫通后的導線控制點復測，高程誤差Mh允=±20√L≈0.097＞實測0.075m，測點點位fx=0.013m、fy=0.008m，導線閉合差F=√fx2+fy2≈0.015m，導線全長相對閉合差K=1/50000＜《工程測量規范》1/8000，以上數據均符合技術規范貫通要求。

3 總結

（1）結合施工中的復雜難度，綜合應用了陀螺儀、全站儀、鉛垂儀、水準儀、激光指向儀等測量設備，豐富了技術管理人員的知識水平和實踐應用能力。

（2）為保證斜井的工程質量高標準，創新應用了分層施工方法，避免了大斷面直接貫通造成的工程浪費。

（3）利用三面光爆法，使大斷面斜井的施工質量標準化，減少因超欠挖所附加的工程量，加大了提升安全保障。

（4）合理布設導線控制點，通過使用手持沖擊鉆機打孔的方法，克服長距離地質圍巖條件變化大和點位位移變化的影響，做到了控制點的可靠性和統一性。

（5）多中段聯合反掘高精度的貫通，為斜井的后期裝配奠定了強有力的數據保障。