煤礦特大型貫通測量探討

馬 菲

(西山煤電集團有限責任公司，山西 太原 030053)

隨著煤礦開采發展，礦井建設規模和標準提高，井巷工程越來越復雜。為滿足通風、運輸，安全規程等需要，降低工人勞動強度，礦井需要完成7 km以上的特大型貫通，同時滿足測量精度高、工期短、貫通點特殊等特點[1-2]。文中結合西山煤電集團4個特大型貫通案例，提出特大型貫通控制系統建立、方案設計、測量施工等過程中的經驗和方法，以及保證貫通的安全技術措施。

1 前期準備

1.1 重新建立相關的地面控制系統

近年特大型貫通均要求時間緊、精度高、貫通難度大。由于導線距離長，確保地面控制系統的精度十分重要[3]。實際工作中，可采用山西省建立的CORS基站中三個C級GPS點作為起始數據，采用GPS靜態定位模式對相關近井點進行控制測量，建立高精度的地面控制系統。

1.2 人員投入和儀器設備

人員和設備是貫通工程的關鍵因素。日常的測量人才培養至關重要，特大型貫通需要選拔配備最好的人員，并且保證人員數量。由于常規的儀器設備不能保證工程精度要求，個別礦井的儀器設備不能滿足要求, 必須配備滿足工程精度的儀器，必要時可以考慮租賃先進儀器。貫通測量開始前，讓專業的鑒定機構對儀器設備進行一次鑒定，測量技術人員及時檢測儀器設備，發現問題及時解決，避免因儀器影響貫通精度[4]。

2 特大型貫通測量設計方案

2.1 貫通點的選取

礦井依據生產設計，制定施工計劃，在滿足生產要求的條件下，貫通點盡可能選擇在巷道的交叉口處等最佳位置，避免坡道貫通、相向貫通等人為規定貫通位置[5]。

2.2 編制貫通測量設計

礦井按照施工計劃和井巷的用途、類型及運輸方式確定水平方向容許偏差和豎直方向容許偏差，初步選取導線級別，制1∶2 000的巷道貫通工程平面圖，分析繪底板等高線，預設基本控制點和導線邊長，確定導線總長度。選擇測量坐標和高程的方法和儀器，預計貫通點在水平和豎直方向上誤差，如滿足貫通允許偏差，即可確定導線級別。通常在合適的地點還應該加入陀螺定向做加強邊。

2.3 貫通測量設計的論證與批復

對于特大型貫通設計，西山煤電公司組織內部專家召開技術會論證，并出具批復意見。公司特大型貫通導線測量均采用徠卡2″級防爆型全站儀，按5″導線精度施測，水平角觀測限差符合表1要求，水準高程測量的較差不應大于50 mm。R為高程點間的線路長度，以km為單位，光電測距三角高程垂直角、邊長各項互差的限差規定符合表2要求。

表1 水平角所采用的儀器及觀測限差要求

表2 光電測距高程垂直角、邊長各項互差的限差要求

3 特大型貫通測量施工

3.1 地面控制點選取和建立井下聯系控制系統

選取最佳的聯系測量路徑把地面控制準確、高效地傳導到井下控制，是確保井下起始控制點精度的關鍵。結合西山煤電公司的貫通案例，選取風速小、無邊坡、通視條件好的巷道實測5″級導線進行聯系測量。遇風速干擾較大的巷道，使用地面投點或三架法進行測量，在風速較低位置的巷道頂板設置永久導線點，作為基本控制點。

3.2 井下導線測量

導線點一般設在穩固的碹頂或巷道頂板的穩定巖石中，并每隔300～500 m設立一組永久點。獨立施測導線3次，采取擋風措施減少對中誤差。施測邊長盡可能長而均勻，減少測站數，降低測角誤差。高程測量可采用四等水準往返測量和光電測距三角高程對向觀測。施工中，按規范和設計要求及時測量和復測，測量數據三人對算。角度計算嚴格平差，邊長改正計算加入氣壓、溫度、儀器常數、傾斜及投影改正。在遇觀測條件理想的區域，盡可能提高導線精度，使導線具有一定的精度冗余。

3.3 陀螺定向

西山煤電公司的特大型貫通測量，需要使用陀螺儀跟蹤逆轉點法做加強邊，以檢核導線坐標方位。在施測量過程中，在巷道兩邊每隔1 500 m各加測了一條陀螺定向邊，選擇相同設備，相同人員，盡量減小影響因素，每條邊均完成了2個獨立的定向，并參與導線平差。

3.4 中腰線的標定

中腰線點成組設置，每組至少布設3個，巷道中腰線點間距以不小于5 m，最前的中腰線點至掌子頭的距離控制在30～40 m內。新開口巷道中線用全站儀標定，掘進4～8 m時，必須檢查或重新標定；巷道每掘進30～100 m，延測一次巷道中腰線。

4 特大型貫通案例分析總結

4.1 斜溝礦18503工作面貫通

斜溝礦18503工作面膠輪車運輸巷和膠帶巷均為7 100 m，切眼280 m，貫通點位于膠帶巷與切眼交叉處，屬于導線長度超過14 km的超大型貫通。在實際測量中，由于通風、運輸等因素，需要在兩條巷道之間開3條聯絡巷。經方案優化，每1 800 m施工一條聯絡巷，每條聯絡巷貫通后進行導線聯測、平差后，再繼續施測導線，使貫通分解成為4個不超過4 km的大型貫通。實際貫通誤差在水平面方向為296 mm，豎直方向為187 mm。

4.2 古交運煤通道貫通

古交運煤通道東起東曲礦，西至古交興能電廠，全線貫通后作為一條膠帶運輸大巷，直接把東曲礦電煤輸送至屯蘭電廠，巷道全長7 158 m，導線長度8 475 m。由于屬于兩井非沿導向層特大型相向貫通，起始控制導線點地處兩處，實際工作中在起始地重新建立相關的地面控制系統，布設了D級GPS控制點，地面GPS控制測量前后施測、補測七次。獨立施測5″級基本控制導線5次，導線點均選用施工導線點，以方便對施工導線的檢查。在巷道兩邊各加測陀螺定向邊，參與導線平差。井下高程測量，傾角小于8°時，選擇水準測量。傾角大于8°，選用光電測距三角高程測量。光電測距三角高程測量與導線測量同步，按照四等水準進行往返測量，并獨立施測兩次。實際貫通誤差在水平方向上的偏差值為256 mm，在豎直方向上差值為127 mm。

4.3 官地礦南五膠帶巷貫通

官地礦南五與黃冶采區貫通屬于兩井沿導向層貫通，南五膠帶巷和回風巷相距15 m，同時在兩井間貫通，實際工作中在起始地重新建立相關的地面控制系統，布設了D級GPS控制點。由于工期和施工隊伍限制，需要提前完成膠帶巷貫通，形成特大型相向貫通。為保證精確貫通，兩支隊伍在兩個采區施工南五膠帶巷和回風巷，在均施工一半后，兩條巷道之間施工聯絡巷，完成聯測、平差后，把誤差消除到聯絡巷。再由施工回風巷的隊伍重新開口，施工膠帶巷，降低貫通難度。實際貫通誤差在水平方向上的偏差值為284 mm,在豎直方向上差值為188 mm。

4.4 馬蘭礦南八南九運煤大巷貫通

馬蘭礦南八南九運煤大巷貫通橫跨910南大巷、南一采區、南五下組煤采區、南八南九膠帶機運輸大巷，涉及井巷工程繁雜，時間跨度大，導線距離11 219 m，為同一巷道相向貫通。馬蘭礦為瓦斯突出礦井，風大、導線有若干短邊，嚴重影響測量工作，很難提高精度。導線布設為閉合形，貫通兩邊起始控制點相同，無需重建井下控制系統。由于工期、通風能力等因素，貫通點人為規定在南八南九膠帶機運輸大巷中間，形成特大型相向貫通。在實際工作中，對已有巷道和現施工巷道均獨立施測5″級基本控制導線2次。在測設過程中，遇短邊或風速較大等觀測條件不佳時，采用底板點，三聯架法觀測，減小因短邊及風速較大產生的對中誤差，保證導線測量精度。在巷道兩邊各加測了一條陀螺定向邊，參與導線平差。此外還利用照準導線點線繩頂端獨立傳導角度2次，參與角度計算，進一步減小風速的影響。通過放大導線邊長、增加獨立觀測次數、短邊增加對中測回次數、加測陀螺邊、測量成果平差等技術手段，最終實際貫通誤差在水平方向上的偏差值為298 mm,在豎直方向上差值為192 mm。

4.5 保證特大型貫通采取的安全技術措施

為保證順利貫通，必須制定安全技術措施，才能保證實現高精度貫通。

1) 必須盡可能提高地面控制、井上下聯系測量、井下導線的精度, 否則難以實現特大型工程精確貫通。

2) 在測設過程中，遇短邊或風速較大等觀測條件不佳時，應采用底板點，三聯架法觀測，減小因短邊及風速較大產生的較大對中誤差，保證導線測量精度。

3) 為提高精度，避免粗差，最好在貫通巷兩端加測陀螺邊定向邊。

4) 在貫通工程平面圖上及時填繪工程進度，檢查測量精度和錯誤。

5) 實測前必須對已知點進行檢查測量，確定點位是否位移，測點是否正確，確認符合規定限差后方可使用。

6) 在測設過程中條件不佳時，應采用底板點、三架法，增加對中測回次數，保證導線測量精度。

7) 及時送發開口、中腰線、停掘等通知單，貫通距離剩余60 m時送發貫通警報。貫通距離剩余30 m時，要求施工隊組務必沿中腰線方向施工探眼。待探眼打通，核實貫通處偏差，采取相應技術措施后方可進行貫通作業。

8) 在巷道掘進過程中，應該按照《煤礦測量規程》規定，出現巷道聯通或施工超過2 000 m進行導線聯測，平差優化。