新元煤礦大巷貫通測量設計與實踐分析

孫 曉

(山西新元煤炭有限責任公司，山西 晉中 045000)

礦井巷道按照設計精確貫通是保證礦井安全生產的一項重要工作，為了保證巷道貫通質量，必須提高巷道控制測量、中腰線標定和貫通測量的精度[1-2]。其中，巷道導線測量和貫通測量精度直接影響到巷道貫通質量，尤其是超長巷道、對掘巷道貫通時，由于存在測量距離較遠、對掘方向把控難等現實問題，巷道精確貫通面臨較大的難題[1,3,4]。本文以新元煤礦9號煤盾構機巷與9號煤回風大巷對掘貫通為研究對象，根據礦井實際情況制定相應的貫通測量方案，并對現場巷道應用及貫通效果進行分析。

1 工程概況

根據新元煤礦9號煤層井巷開拓設計，陳家溝9號煤盾構機巷與9號煤回風大巷兩條大巷形成貫通，該貫通屬一井間大型貫通，井下導線長約8 km，貫通限差為水平方向偏差≤±0.5 m，垂直方向偏差≤±0.2 m.目前，9號煤回風大巷已按照設計掘進到位，停止掘進待透，9號煤盾構機巷按照設計繼續掘進，直至貫通，貫通點位置如圖1所示。9號煤盾構機巷設計為拱形斷面，凈寬5.2 m，凈高3.5 m，錨噴支護，預計貫通相遇點坐標為X=4 197 023.161 m，Y=38 415 164.641 m.礦井內有7″基本控制導線，經現場測量，符合《煤礦測量規程》要求，可作為巷道貫通測量的永久導線點。平面坐標系統采用北京-54坐標系統(3°帶投影，中央子午線114°)，高程采用1985國家高程基準。

圖1 貫通點示意

2 貫通方案設計

2.1 貫通方案選擇

巷道平面坐標由巷道敷設的7″控制導線坐標和方位傳遞至巷道，并依據《煤礦測量規程》在CG8-CG9和J10-J11上加測陀螺定向邊，以確保井下方位精度，巷道高程控制測量采用經緯儀三角高程測量進行，高程點與導線點共點，且同時進行施測，觀測要求見表1.9號煤盾構機巷由導線邊G10-G11開始敷設7″級基本控制導線，9號煤回風大巷由導線邊J5-J6開始敷設7″級基本控制導線至掘進頭，采用三架法進行作業。陀螺定向使用瑞士產(GAK1-41084)陀螺經緯儀，采用中天法觀測，觀測程序為“3-2-3”，獨立進行2次，井下同一條邊兩次獨立陀螺經緯儀定向平均值，對于 15″儀器其互差不超40″.

表1 巷道貫通測量觀測要求

2.2 測量技術要求

2.2.1 水平角觀測

1) 優選行進路線，導線邊長要盡量控制在70～200 m之間，在平、斜巷相接處和巷道拐彎處要盡量避免出現短邊。

2) 測角中誤差7″，2C互差±20″，各測回方向互差±12″，當傾角>8°時，2C互差按相鄰測回比較。

3) 導線要求往返施測，全部采用三架法作業，測回法觀測水平角，井下7″導線水平角獨立一次至少測2個測回(往返測4個測回)。

4) 觀測過程中要隨時注意儀器水準管氣泡的偏離情況，如偏離超過一格，應在一測回結束后重新整置儀器。偏離兩格及以上本測回重新觀測。

5) 由一測回轉到下一測回觀測前，應將度盤位置變換180°/n+10′(n為測回數)。

2.2.2 邊長測量

邊長測量往返測量合計測回數2個，測回間較差±7 mm，同一測回讀數較差±3 mm，往返測較差2(1.5+2D×10-6)mm，當傾角>15 °時，往返較差放寬至表中的1.5倍，當井下導線邊長<15 m時，可用鋼尺代替全站儀量邊，每尺段要求從不同起點讀數3次，估讀至1 mm,讀數較差不得超過±3 mm，氣象數據測定取測站端數據，最小讀數氣溫讀至1 ℃，氣壓讀至100 Pa.

2.2.3 井下高程控制測量

1) 儀器高覘標高應在觀測前后使用小鋼尺各量1次，讀至mm，兩次丈量互差不得大于4 mm，取其均值使用。

2) 相鄰兩點往返較差高差的互差△h允≤10 mm+0.3L(L為以米計的導線水平邊長)。

2.2.4 內業計算要求

1) 用鋼尺丈量的導線邊加入比長、溫度、垂曲等改正后進行往返比較，符合規程要求后取其均值使用。

2) 全站儀測距水平邊長計算時要求加入高程歸化和高斯投影改正，往返測水平邊長、高差互差符合規程要求后取其均值使用。高程歸化和高斯投影改正計算公式如下：

(1)

式中：D改為改正后平距；D為改正前平距；Hm為測線平均高程，m；ym為測線橫坐標平均值，km；R為地球平均曲率半徑，km.

3 測量貫通方案誤差估算

表2 井下計算

3.1 求貫通點K在水平重要方向X′軸上的誤差

1) 井下導線獨立兩次測量測角誤差引起K點在X軸上的誤差為：

(2)

獨立進行2次觀測：Mxβ下=±0.170 m.

2) 井下導線聯系測量量邊誤差引起K點在X軸上的誤差為：

(3)

獨立進行2次觀測：Mxβl=±0.022 m.式中：α為各導線邊與x軸的夾角。

3) 陀螺定向誤差引起K點在X軸上的誤差：

獨立進行2次觀測：M陀=±0.133 m.

綜上所述，各項誤差引起的貫通相遇點K在X軸上的總中誤差可通過式(5)計算：

取兩倍中誤差為極限誤差，則MxK預=±MxK=±0.434 m.

3.2 高程測量誤差引起K點在高程上的誤差

4 貫通成果分析

根據新元礦9號煤盾構機巷與9號煤回風大巷巷道實際情況，提出針對性的貫通測量技術方案，并根據測量方案進行了必要的誤差估算分析。現場按照貫通方案進行實際測量應用，巷道于2021年3月順利貫通，貫通點位置中線誤差和高程誤差分別為0.204 m和0.117 m，與估算得到的誤差0.217 m和0.100 m接近，按照方案貫通后的測量精度為1/19 897，滿足《煤礦測量規程》中測量(1/8 000)精度要求，現場應用效果顯著。