貫通測量技術(shù)在礦井開采巷道中的應(yīng)用分析

穆森茂

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)白洞礦業(yè)大同有限公司，山西 大同 037003）

為了減少開采巷道貫通事故的出現(xiàn)，確保貫通施工的安全問題，需要在測量礦井巷道貫通時，保證貫通測量的精度，同時應(yīng)制定合理的貫通測量方案，解決實際巷道貫通作業(yè)中所遇到的問題和難點。本文從儀器裝備、團(tuán)隊建設(shè)、方案設(shè)計等方面綜合考量，設(shè)計了貫通測量方案，在實踐中分析了貫通測量技術(shù)的影響因素和優(yōu)化措施，提高了礦井開采的貫通測量精度。

1 貫通工程概況

白洞煤礦的井田南北走向長3 km，地處煤層主要為石炭系太原組煤層群，煤層層數(shù)共計6 層，總厚度為78.61 m，可開采煤層總計為5 層，厚度為24.59 m。俯瞰整個開采礦區(qū)，可以穩(wěn)定開采的煤層為5 層上層煤和6 層煤，其中5 層上層煤的厚度均值為12.07 m，6 層煤的厚度均值為2.99 m。此外，8 上層煤整個區(qū)域80%左右都可以開采，厚度均值為2.83 m，而9 上層煤只有部分區(qū)域可以開采，厚度均值為2.48 m，煤層傾角數(shù)值＜10°。

2 貫通測量方案

2.1 貫通工程概況

按照白洞煤礦開采計劃，計劃開采8 采區(qū)的5層煤，目前已搭建好5105 軌道，其水平鋪設(shè)長度為1.2 km。該軌道作為聯(lián)絡(luò)巷道計劃與采煤區(qū)東大巷貫通，整個貫通工程項目屬于一個大型貫通項目，其貫通路線長度為3.7 km，貫通形狀呈T 字形，同時在全巖巷道中實施斷面貫通。

2.2 貫通測量方案

參照北京坐標(biāo)系構(gòu)建與其相同的坐標(biāo)系統(tǒng)開展測量，該礦區(qū)使用獨立坐標(biāo)系對2105 巷道開展貫通工程，同時需在礦區(qū)內(nèi)搭建四等三角網(wǎng)絡(luò)（如圖1）。此次貫通測量工程從2105東大巷水平方向開展，選用8″級經(jīng)緯儀導(dǎo)線鋪設(shè)5105 軌道，其他軌道選用17″級經(jīng)緯儀導(dǎo)線，高程測量時利用三角高程測量技術(shù)開展。在貫通測量過程中需使用的測量儀器包括DJ2 型經(jīng)緯儀、DJ6 型經(jīng)緯儀、鋼卷尺和直尺。根據(jù)精度控制標(biāo)準(zhǔn)，貫通工作面上兩中線之間的差值需＜0.2 m，兩腰線間的差值應(yīng)小于0.15 m。

圖1 貫通測量方法示意圖

貫通測量時使用水平角觀測技術(shù)[1]，當(dāng)使用8″級經(jīng)緯儀導(dǎo)線時，選擇儀器DJ2 型經(jīng)緯儀，選用測回法進(jìn)行貫通測量。若導(dǎo)線邊長＜14 m，規(guī)定對中的頻率為三次，測回數(shù)應(yīng)設(shè)置為三次；若導(dǎo)線邊長處于14～29 m 之間，規(guī)定進(jìn)行兩次對中，兩次測回；當(dāng)導(dǎo)線邊長＞29 m 時，規(guī)定對中一次，測回數(shù)設(shè)置為兩次。當(dāng)使用17″級經(jīng)緯儀導(dǎo)線時，選擇DJ6型經(jīng)緯儀，使用復(fù)測法進(jìn)行貫通測量。當(dāng)導(dǎo)線邊長＜14 m 時，與8″級導(dǎo)線要求一致；當(dāng)導(dǎo)線邊長＞14 m 時，規(guī)定對中次數(shù)為一次，測回數(shù)為兩次。

3 精度控制分析

3.1 確定誤差限值

按照礦井類型，巷道貫通可分為單井巷道貫通、兩井間的巷道貫通以及豎井貫通。單井巷道貫通是指導(dǎo)線鋪設(shè)的起止兩端都在一個巷道內(nèi)且可以直達(dá)貫通。兩井間的巷道貫通是指需要在兩個礦井之間的貫通巷道起止兩端鋪設(shè)導(dǎo)線，并且該導(dǎo)線可以與地面連接，必要時可同時進(jìn)行測試。立井貫通指的是從地面或者礦井提升底端進(jìn)行的立井式貫通[2]。貫通巷道常在連接處出現(xiàn)偏差，三種偏差值的許用偏差限值見表1。

表1 井巷貫通的容許偏差參考值

3.2 貫通精度分析

為了保證此貫通工程的安全性以及穩(wěn)定性，確保測量精度準(zhǔn)確，對于此項貫通工程，其地面獨立控制系統(tǒng)是基于光電測距技術(shù)，并使用對應(yīng)導(dǎo)線搭建完善系統(tǒng)，使用陀螺全站儀開展測量工作，同時在鋪設(shè)井下貫通導(dǎo)線時，輔助布置陀螺定向邊，同時進(jìn)行平差補(bǔ)充。

選擇全站儀并使用前視懸掛棱鏡法進(jìn)行高程測量，進(jìn)一步基于實測中收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析求得閉合差參數(shù)。根據(jù)高程誤差公式可測得實際中的誤差參數(shù)值，具體公式如下：

式中：mh0為高差中的誤差值，fh表示閉合差值，L為路線長度。

根據(jù)式（1）可以得到預(yù)估的貫通誤差[3]為：

式中：MHK平表示兩次測量后的平均值誤差，可以計算得到1101 軌道和1102 軌道進(jìn)行聯(lián)合測試后所產(chǎn)生的高程閉合差值為-36 μm，符合高測要求，該軌道的高程精度控制效率準(zhǔn)確。

3.3 實例貫通工程應(yīng)用

在對白洞礦巷道進(jìn)行掘進(jìn)貫通時，需要保證每間隔35 m 時使用經(jīng)緯儀對工作面的中線上的貫通點進(jìn)行檢測校驗，保證貫通點在中線上，如果兩者之間的距離＜75″時，則保持中線貫通。在貫通工作相遇距離2030 m 處，需對整體導(dǎo)線進(jìn)行復(fù)測，確定末組中線方向。導(dǎo)線復(fù)測時應(yīng)及時關(guān)注導(dǎo)線的方向，使用導(dǎo)線網(wǎng)從巷道外的起始點開始，使用兩隊測試人員，使用兩組不同的儀器開展測量，同時要保證后續(xù)繪制組和分析組及時跟進(jìn)，得到貫通數(shù)據(jù)（如圖2），如導(dǎo)線角度閉合差，以及新老導(dǎo)線的對比數(shù)據(jù)曲線，重點分析原導(dǎo)線的數(shù)據(jù)信息，可根據(jù)其測量參數(shù)和誤差值去進(jìn)一步合理選擇測量方法以及改進(jìn)測量環(huán)節(jié)應(yīng)注意的問題，最終提到測量精度。

4 結(jié)論

本文以白洞礦東大巷的貫通測量工程作為應(yīng)用研究對象，將所設(shè)計的貫通測量方案進(jìn)行了應(yīng)用分析，并且按照工程的限差標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了誤差估計，方案中使用了最適用此項目的測量儀器和測量方法進(jìn)行實測分析，具體應(yīng)用分析結(jié)果如下：

（1）通過實際測量發(fā)現(xiàn)，三角高程測量單位長度的高差中誤差值為±144.7 mm，預(yù)估貫通誤差值為±352 mm，符合工程的貫通要求。

（2）該設(shè)計方案根據(jù)巷道的掘進(jìn)貫通工作及時校驗各項測量數(shù)據(jù)，調(diào)整導(dǎo)線鋪設(shè)和位置，對比新老導(dǎo)線的數(shù)據(jù)，及時修正，保證誤差估計和測量精度的穩(wěn)定性及準(zhǔn)確性。