兩井間貫通測量設計及誤差預計

孫 亞 勇

（潞安集團慈林山煤業夏店煤礦，山西 長治 046000）

0 引 言

貫通測量是用于隧道、路橋、管線鋪設等基礎工程的測量技術，分為平面貫通測量和高程貫通測量，主要用于控制施工平面誤差和高程誤差[1-3]。煤礦井下的巷道貫通對平面和高程貫通測量均有需求。常村煤礦副斜井與回風立井兩井間貫通屬于重要工程貫通，因此在貫通聯測前要進行貫通測量設計并對誤差進行預計分析。根據常村煤礦地表已知控制點的分布及地表地形情況，本次貫通測量設計將采用GPS 測量技術進行地面控制網布設，解決地面控制布設時由于測量距離過長導致的誤差積累，再結合相應的誤差消除方法，為巷道的順利貫通提供保障。

1 工程概述

常村煤礦核定生產能力為90 萬t/a，主采3-9#煤層。根據生產接替計劃，需要將副井與風井進行貫通。其中副井為斜井，風井為豎井，副井井口所處位置地表多為開闊平坦地勢，貫通巷道位于所采9#煤層中，沿煤層頂板掘進。《煤礦測量規程》中規定，不論是軌道巷、膠帶巷還是切眼巷，貫通誤差應限制在平面±300mm，高程±200mm[4-6]。

2 貫通測量設計

2.1 地面控制網布設

該礦井田面積為8.5km2，地表地貌多為平原，井口附近障礙物較少，根據《煤礦測量規程》采用D 級地面控制網，表1 所示為D 級控制網技術參數。礦井地表有2 個已知控制點，G1（X：39645901.057，Y：19684131.178，Z：1042.369），G3（X：39645415.884，Y：19684986.237，Z：1011.887），因此結合已知控制點選擇使用GPS 靜態測量技術對地面控制網進行布設。

圖1 XX 礦地面控制網

根據《煤礦測量規程》中對地表控制網的要求，利用已知控制點G1、G3為起算數據，在G1點與G3點之間采用GPS 靜態測量技術另行布置控制點G4，與G1點和G3點成三角形分布。控制點布設完成后，以G1點、G3點、G4點數據向副井口實測導線點Q0，向風井口實測導線點F0，導線等級為5″級，導線點F0和Q0為近井口坐標和高程起測點。圖1 為XX 礦地面控制網。

表1 礦區GPS 控制測量D 級網技術指標

2.2 豎井聯系測量

常村煤礦風井為豎井，副井為斜井，本次兩井貫通測量設計采用一井定向技術對豎井進行聯系測量。聯系測量的目的是將副井口近井點F0的平面坐標及高程數據傳遞到井下。根據已測得的導線點F0的具體數據，按測量規范將其導入至井下測得導線點F11、F12，并將其平面坐標和高程數據導入豎井井下，完成井下聯測起算邊的建立。圖2 為豎井聯系測量數據導入。

由于本例中參與貫通的為回風立井與副斜井，因此本例中只需對回風立井進行一井定向即可。利用該礦地面GPS 控制測量所得的近井點F0空間位置信息，根據導線布設原則布設測量導線到回風立井井口F11點處。結合一井定向的方法步驟，在F11點處進行坐標導入和高程導入，其中礦區地面高程導入井下的示意圖為圖2 所示，將地面已知坐標及高程系統引入井下位于9#煤層巷道內，建立井下導線起算點。

圖2 豎井聯系測量

3 兩井井下貫通測量

3.1 井下控制網布設

兩井間導線長度為1300m，井下貫通測量根據《煤礦測量規程》要求，需要對導線進行不少于2 次的獨立測量，因此往返測導線長度為2 600m。根據精度要求，本次貫通測量設計井下貫通聯測導線布設等級為7″級。

本次貫通測量選用拓普康OS—102 防爆型2″級全站儀作為主要測量儀器。如圖3 布置，利用副井近井點Q0，按7″級控制網技術指標將控制點數據從副井斜巷測至Q4處，然后以測得的控制點Q2、Q3為起測邊，將數據聯測至導線點Q10、Q11處。測得導線點Q10、Q11的平面坐標和高程數據。圖3 為井下控制網布設。

圖3 井下控制網布設

3.2 井下貫通測量

分別以導線點Q10、Q11與導線點F11、F12為導線起算邊，嚴格按照《煤礦測量規程》與《煤礦測量手冊》要求進行井下貫通導線測量，避免出現不必要的誤差。測量誤差是由觀測者、觀測環境、觀測儀器引起的，而井下測量環境較為惡劣，貫通測量精度易受環境影響。因此，設計采用加設陀螺邊的方式來減少測量誤差，提高測量精度，根據井下導線網的布設，將起算邊Q10、Q11和F11、F12設為陀螺邊，另外在巷道拐角處再增加兩組陀螺邊F12、F13以及F15、F16來進一步保證測量結果的準確性。

4 貫通測量誤差預計

貫通測量誤差預計的原理是根據貫通測量設計，使用最小二乘法和誤差傳播理論，對巷道貫通精度的預計分析，預計巷道在貫通點的最大偏差范圍，因此，誤差預計只有概率意義，誤差預計的目的是優化貫通測量設計，選擇適合的測量方法，來提高巷道的貫通精度。誤差預計主要分為兩種，一種是水平方向上左右偏差的誤差預計，另一種是豎直方向上的上下偏差的誤差預計。

4.1 水平方向上的誤差預計

GPS 靜態測量技術布設的地面控制網，副井近井控制點F0與風井近井控制點F0的間距為S，距離誤差為MS，與測量距離無關的誤差設為a，與測量距離成正比的誤差設為b，距離S和巷道水平貫通方向x′間的夾角為α，那么公式（1）即為GPS 地面控制測量在水平方向上的誤差預計分析計算；

陀螺邊定向在井下貫通測量中的誤差設為ma，那么公式（2）即為陀螺邊定向誤差預計分析計算；

根據風井豎井側起算導線與貫通點K 在y′軸上的投影長度，公式（3）即為豎井測聯系測量在貫通點水平放上的誤差預計分析計算；

將全站儀的測角誤差設為mβ下，公式（4）即為因測角誤差引起的在貫通點水平方向上的左右偏差預計分析計算；

公式（5）為因距離誤差儀器的在貫通點水平方向上的左右偏差預計分析計算；

公式（6）貫通點水平方向上左右偏差的中誤差預計分析計算；

因此，公式（7）為貫通測量在水平方向上的誤差預計分析計算。

4.2 豎直方向上的誤差預計

貫通點K 在豎直方向上的誤差可按水準測量和三角高程測量的誤差公式分別計算，然后累積求和。

礦區地面的水準控制測量路線總長度設為L，1km 水準測量的高差中誤差設為mhL，那么公式（8）即為水準測量引起的在貫通點豎直方向上的上下偏差預計分析計算；

公式（9）為高程向井下傳遞引起的在貫通點豎直方向上的上下偏差預計分析計算；

井下水準測量路線長度設為R，1km 的水準測量長度的高差中誤差為mhL，那么公式（10）即為井下水準測量引起的在貫通點豎直方向上的上下偏差預計分析計算；

設斜井長度為L，那么公式（11）即為三角高程測量在斜巷中產生的豎直方向上的上下偏差計算分析；

公式（12）為兩次獨立的高程測量在貫通點豎直方向上偏差的中誤差預計分析計算；

公式（13）為貫通點豎直方向上的偏差預計分析計算。

誤差預計分析計算結果表明，通過本次貫通測量設計和測量方法所得出的貫通測量偏差結果在限差內，能夠滿足常村煤礦兩井貫通需求。

5 結 論

常村煤礦兩井貫通設計包裹地面控制網布設、井下測量導線網布設、豎井聯系測量。通過誤差預計分析，貫通點在水平方向及豎直方向上的預計偏差均在限差范圍內，貫通精度較高。表明該貫通設計能夠滿足常村煤礦兩井貫通的技術要求。