老礦井延深皮帶大巷與回風(fēng)立井高精度貫通測量方案優(yōu)化

譚志喜

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)煤峪口礦， 山西 大同 037003）

1 工程概況

隨著大同煤田開采深度的增加，煤峪口礦向下延深開采石炭二疊系3-5 號煤層，煤層厚度0.55～37.95 m，平均16.75 m，設(shè)計(jì)采用綜放一次采全高采煤法。原有的基本控制系統(tǒng)是建國初期布設(shè)的三角點(diǎn)測量系統(tǒng)，參考橢球采用前蘇聯(lián)克拉索夫斯基橢球體，投影方式采用高斯克呂格投影。利用多種測量手段完成地面基本控制測量、井下聯(lián)系測量工作之后，重新構(gòu)建了煤峪口礦基本控制網(wǎng)。

三條盤區(qū)大巷（皮帶大巷、輔運(yùn)大巷、回風(fēng)大巷）布置在煤層中，由于火成巖入侵，煤體的完整性受到破壞，皮帶大巷不沿導(dǎo)向?qū)泳蜻M(jìn)。延深石炭系回風(fēng)立井已開鑿到位，井筒深度為473 m。通過回風(fēng)聯(lián)巷與皮帶大巷貫通，為下一步布置回采工作面做好準(zhǔn)備。此次貫通測量工程為兩井間的貫通，回風(fēng)立井與皮帶大巷的井下貫通導(dǎo)線長度為2 880 m，井上下閉合導(dǎo)線長度7 369 m，屬于大型貫通測量。貫通點(diǎn)（K點(diǎn)）確定在皮帶大巷，與回風(fēng)立井呈“丁”字形貫通。

2 貫通測量方案

2.1 地面平面的控制測量

針對地面平面的測量，在方案設(shè)計(jì)時(shí)需要采取GPS 定位技術(shù)，在布置設(shè)計(jì)的過程中需要將其布置為D 級的控制網(wǎng)。在此基礎(chǔ)上，需要將其主斜井靠近近井點(diǎn)以及回風(fēng)立井的近井點(diǎn)控制在一個(gè)等級的控制網(wǎng)當(dāng)中，同時(shí)需要將其進(jìn)行聯(lián)測。此外，還需設(shè)置出一個(gè)時(shí)長能夠達(dá)到5 s 的光電測距導(dǎo)線，同時(shí)也需要滿足一個(gè)最基本的特征，就是在地面連接導(dǎo)線ZJ2—ZJ1—曹家窯—近2—近4。

2.2 聯(lián)系測量

在測量進(jìn)行過程中，需要對回風(fēng)立井進(jìn)行相應(yīng)的一井定向操作，為了能夠更好地達(dá)到測量效果，需要進(jìn)行兩次單獨(dú)的測試。同時(shí)還要在井下進(jìn)行H1—H2 邊陀螺儀定向操作，從而能夠合理保證測量誤差在±15″范圍內(nèi)。

2.3 井下貫通測量路線

皮帶大巷：由主斜井近井點(diǎn)ZJ1、ZJ2 起敷設(shè)7″級導(dǎo)線至盤區(qū)皮帶大巷，再至貫通點(diǎn)K，共設(shè)21 站。由回風(fēng)立井井下H1—H2 邊為起算方位，鋼絲地面投點(diǎn)為起算坐標(biāo)，敷設(shè)7 秒級導(dǎo)線，至貫通點(diǎn)K共設(shè)3 站。為了合理完成相應(yīng)的施工作業(yè)操作，需要在井下導(dǎo)線邊J—P1，皮1—皮2、H1—H2 上添加精準(zhǔn)的測量設(shè)備測陀螺定向邊，同時(shí)還需要保證同一定向邊兩次陀螺經(jīng)緯儀定向測得的平均值的中誤差在正負(fù)±15″范圍內(nèi)。

2.4 高程測量

曹家窯回風(fēng)井至主井近井點(diǎn)采用地面四級水準(zhǔn)復(fù)測高，井下采用三角測高。

3 測量方案

3.1 使用儀器

本次測量所需要使用的儀器采用進(jìn)口的瑞士徠卡TS15 型全站儀以及該設(shè)備所對應(yīng)的相關(guān)配套設(shè)施，所測量的標(biāo)稱精度需要控制在±1″、（1+1.5×10-6）mm。

3.2 測量方法

地面采用5″級控制導(dǎo)線施測，井下控制測量采用二級導(dǎo)線施測，測角中誤差±7″。

3.3 觀測技術(shù)要求

3.3.1 水平角觀測技術(shù)要求

水平角觀測技術(shù)要求如表1 所示。

表1 水平角觀測技術(shù)要求

注：n為測站數(shù)，當(dāng)邊長小于30 m 時(shí)，對中次數(shù)為2次；當(dāng)邊長小于15 m 時(shí)，對中次數(shù)為3 次，測回?cái)?shù)為3 測回。

3.3.2 水平角觀測各測回間度盤整置整置位置σ 用下列公式計(jì)算：

式中：m為測回?cái)?shù)；j為測回序號。

3.3.3 三角高程測量的技術(shù)要求

三角高程測量的技術(shù)要求如表2 所示。

表2 三角高程測量的技術(shù)要求

注：計(jì)算對面觀測高差時(shí)，需要充分考慮到地球曲率以及相應(yīng)的折射率差的影響；S為導(dǎo)線邊長，km。

3.3.4 邊長測量

應(yīng)用測量控制線時(shí)，在測距時(shí)加上溫度和氣壓；并將測量結(jié)果歸一化到1 200 m 水平。

4 貫通誤差預(yù)計(jì)

4.1 誤差預(yù)計(jì)中所需基本參數(shù)的確定

1）地線測角誤差mβ1=±5″。

2）井內(nèi)7″水準(zhǔn)線測角誤差mβ2=±7″。

3）光電測距邊緣誤差ml=±（1+1.5×10-6L）mm（L為井下兩條貫通導(dǎo)線的起算點(diǎn)連線在x軸上的投影長度）。

4）陀螺經(jīng)緯儀方位誤差mβ3=±15″。

4.2 貫通誤差預(yù)計(jì)

所列公式中：Ry'為支導(dǎo)線終點(diǎn)K與該段支導(dǎo)線上各點(diǎn)連線在Y'軸上的投影長；L為導(dǎo)線各邊長；α為導(dǎo)線邊與X'軸夾角；mβ為測角中誤差；η 為各段方向附合導(dǎo)線的重心O與該段導(dǎo)線各點(diǎn)連線在Y'軸上的投影長；ρ 為測量中進(jìn)行計(jì)算時(shí)的一個(gè)常數(shù)，含義是1 弧度對應(yīng)的秒值206 265″；為各段導(dǎo)線重心O的坐標(biāo)。（注：地面、井下導(dǎo)線測量均獨(dú)立進(jìn)行兩次觀測。）

4.2.1 貫通相遇點(diǎn)K在水平重要方向X'軸上的誤差預(yù)計(jì)

1）地面測角誤差引起的K點(diǎn)在水平重要方向X'軸 上 的 誤 差Mx'β上＝=±0.076 m。

2）地面量邊誤差引起的K點(diǎn)在水平重要方向X'軸上的誤差Mx'l上＝=±0.012 m。

3）由陀螺定向誤差引起的K點(diǎn)在水平重要方向X' 軸 上 的 誤 差=±0.085 m。

4）井下測角誤差引起的K點(diǎn)在水平重要方向X' 軸 上 的 誤 差MX'β下＝±=±0.172 m。

5）井下量邊誤差引起的K點(diǎn)在水平重要方向X'軸上的誤差=±0.005 m。

6） 貫通在水平重要方向X' 軸上的總誤差= ±=±0.207 m。

7）貫通在水平重要方向上的總預(yù)計(jì)誤差M總=2Mxk'=±0.414 m。

以上公式中的數(shù)據(jù)由貫通誤差預(yù)計(jì)圖（CAD 制圖）上直接量取，取值精度為0.5 m。

4.2.2 貫通相遇點(diǎn)K在高程上的誤差預(yù)計(jì)

1）地面水準(zhǔn)測量誤差引起的K點(diǎn)高程誤差。地面四等水準(zhǔn)點(diǎn)每公里高差中誤差為±7 mm，水準(zhǔn)路線以10 km 計(jì)算，則MH上=±m(xù)hL±22 mm。

2）井下三角高程測量引起的K點(diǎn)高程誤差。井下三角高程每公里高差中誤差為±35 mm，水準(zhǔn)路線以2 880 m 計(jì)算，則MH下=±m(xù)hL±59 mm。

3）回風(fēng)立井導(dǎo)入高程引起的K點(diǎn)高程誤差MH風(fēng)=±21 mm。

4）貫通在高程上的總中誤差（以上各項(xiàng)高程測量均獨(dú)立進(jìn)行兩次）MHK平==±47mm。

5）貫通在高程上的預(yù)計(jì)誤差MH預(yù)=2MHK平=2×47 mm=94 mm。

5 貫通實(shí)際偏差

通過閉合導(dǎo)線計(jì)算后的數(shù)據(jù)顯示，貫通在水平重要方向X'軸上總預(yù)計(jì)誤差±0.414m，實(shí)際誤差0.093 m；在高程上總預(yù)計(jì)誤差±0.094 m，實(shí)際誤差0.080 m，完全滿足設(shè)計(jì)要求，貫通精度滿足《煤礦測量規(guī)程》要求，貫通實(shí)際偏差較小，達(dá)到精品貫通工程水平。

6 結(jié)論

1）為了能夠更精確地控制測量精度，尤其是在特殊的高程測量方面，需要特別注意井下的三角高度測量，因此在施工作業(yè)過程中需要嚴(yán)格按照規(guī)程進(jìn)行作業(yè)施工，在儀器選擇方面采用目前較為普遍的光電三角高程測量儀，以達(dá)到高精度測量的目的。

2）優(yōu)化貫通測量方案。針對貫通測量方案進(jìn)行優(yōu)化，為保證測量的精度，具體的操作方式為加大測量使用導(dǎo)線的邊長以及在定向測量精度方面予以有效提升。井下控制導(dǎo)線涉及雙系煤層開采的測量系統(tǒng)聯(lián)測，導(dǎo)線布設(shè)條件差、短邊多，受生產(chǎn)影響會(huì)在測站上長時(shí)間停留。為了保證貫通精度，在觀測條件差的線段加測陀螺邊、多采用閉合導(dǎo)線測量檢查導(dǎo)線粗差等方法克服困難，從而解決問題，使貫通精度的完成保持高水準(zhǔn)。

3）在實(shí)際施工作業(yè)掘進(jìn)方面，為進(jìn)一步合理延長巷道中腰線以及貫通導(dǎo)線，需要嚴(yán)格對測量過程中腰線進(jìn)行及時(shí)檢查，從而保證操作的精度以及施工作業(yè)的安全性。當(dāng)貫通距離只剩下20 m 時(shí)，則需要運(yùn)用打鉆的方式來達(dá)到鉆孔掘巷成型的目的。通過長期的實(shí)際工程試驗(yàn)運(yùn)用可以看出，該方法的可靠性極高，同時(shí)也能很好地滿足高施工效率的需求。