東風(fēng)井和西風(fēng)井1400m中段平巷貫通誤差預(yù)計(jì)

田彥平

(中鐵十九局集團(tuán)礦業(yè)公司，遼寧 遼陽 111000)

1 巷道工程設(shè)計(jì)與工程概況

該工程設(shè)計(jì)開挖斷面為10.75(井筒凈直徑為3.5 m)圓形豎井兩條，深度分別為305 m和198 m，兩條豎井之間貫通水平運(yùn)輸、通風(fēng)平巷;兩井筒直線距離為2.505 km，井下導(dǎo)線長度為3.314 km，井上、井下總測量距離為9.842 km，如此長距離的貫通屬大型貫通工程。

2 貫通測量方案的選擇

在兩個(gè)不相連通的礦井之間進(jìn)行水平巷道的貫通，單在井下是不能將貫通巷道兩工作面聯(lián)測起來的，必須還要進(jìn)行兩礦井的地面連接測量及聯(lián)系測量。兩礦井水平巷道的貫通采用激光指向儀控制掘進(jìn)巷道的方向及坡度。施工由東風(fēng)井、西風(fēng)井1 400 m中段井底車場掘進(jìn)石門，并按礦體走向方向掘進(jìn)巷道;兩井同時(shí)相向掘進(jìn)，在K點(diǎn)貫通。為確保工程的順利貫通，通過誤差預(yù)計(jì)和反復(fù)研究，最終確定的方案是:地面用Nikon DTM-352型全站儀，在地表布設(shè)Ⅰ級閉合導(dǎo)線和國家四等水準(zhǔn)網(wǎng)，建立了兩個(gè)近井點(diǎn)(1002、西近)。閉合導(dǎo)線平差結(jié)果:測角中誤差為5″，相對中誤差為1/120 000，角度閉合差為9″;并由近井點(diǎn)給出兩條豎井開掘位置。井下除在兩豎井用陀螺儀定向外還加測兩條陀螺定向邊。采用瑞士產(chǎn)GAK-1型陀螺儀用逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法觀測。高程方面，地表采用國家四等水準(zhǔn)網(wǎng)，豎井采用長鋼尺導(dǎo)入高程，井下用導(dǎo)線點(diǎn)兼作水準(zhǔn)點(diǎn)，按井下Ⅰ級水準(zhǔn)施測，為進(jìn)行檢核，在每一測站都改變儀器高，獨(dú)立進(jìn)行兩次觀測;儀器改變的高度大于10 cm。每站兩次儀器高所觀測高差之差不超過4 mm。每段水準(zhǔn)路線長，以百米為單位。若閉合差不超過上述限度時(shí)，則取往返測量結(jié)果的平均值作為最終結(jié)果，閉合差則反號平均分配到各高差中。以上測量工作均獨(dú)立進(jìn)行兩次。

3 兩礦井之間巷道貫通的施測過程

1)兩礦井間的地面連接測量。礦區(qū)地表控制測量采用全站儀對地表進(jìn)行閉合導(dǎo)線測量，同時(shí)在井口建立近井點(diǎn);由近井點(diǎn)給出兩豎井開掘位置。

2)豎井聯(lián)系測量。對兩豎井分別進(jìn)行坐標(biāo)導(dǎo)入測量和導(dǎo)入高程測量。定向采用瑞士產(chǎn)GAK-1型陀螺經(jīng)緯儀用逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法觀測，標(biāo)稱精度為一次定向中誤差20″。按25″級儀器觀測限差要求進(jìn)行觀測。采用2-2-2觀測順序?qū)|風(fēng)井、西風(fēng)井1 400 m中段進(jìn)行陀螺定向測量，在東風(fēng)井、西風(fēng)井各放下一根鋼絲進(jìn)行測量。高程方面，豎井采用長鋼尺導(dǎo)入高程。

3)貫通巷道兩端的井下連接測量。從東風(fēng)井的井下導(dǎo)線起算點(diǎn)開始，沿水平巷道向貫通巷道端點(diǎn)掘進(jìn)，敷設(shè)7″級經(jīng)緯儀導(dǎo)線，測角中誤差不超過7″，從西風(fēng)井的井下導(dǎo)線起算點(diǎn)開始，沿水平巷道向貫通巷道另一端點(diǎn)掘進(jìn)，敷設(shè)7″級經(jīng)緯儀導(dǎo)線，測角中誤差不超過7″，在東西風(fēng)井兩側(cè)各加測陀螺邊。各點(diǎn)高程，從井底車場起始水準(zhǔn)基點(diǎn)開始，按井下Ⅰ級水準(zhǔn)測量的精度測定。

4)貫通巷道兩端控制點(diǎn)的標(biāo)設(shè)。先標(biāo)設(shè)貫通巷道的端點(diǎn)，然后測定標(biāo)設(shè)后的端點(diǎn)點(diǎn)位的實(shí)際坐標(biāo)和高程。

5)貫通巷道的開切測量。先按端點(diǎn)的坐標(biāo)和高程(將點(diǎn)位高程換算為底板高程)計(jì)算貫通巷道的方向和坡度(傾角)，再算出貫通巷道的指向角，并進(jìn)行貫通巷道的開切測量。

6)貫通巷道掘進(jìn)時(shí)的日常測量工作。巷道掘進(jìn)利用激光指向儀給出巷道掘進(jìn)方向及巷道坡度，并及時(shí)進(jìn)行檢查驗(yàn)收測量，并根據(jù)測量成果填繪貫通工程進(jìn)度圖(比例尺為1∶200和1∶2 000)。填圖工作直接在設(shè)計(jì)圖上進(jìn)行。從設(shè)計(jì)圖上可以直觀的看出工程的進(jìn)展情況及巷道掘進(jìn)質(zhì)量是否符合設(shè)計(jì)要求，并確定出需要修正方向和需要填平、條頂或拉底的地點(diǎn)。

每掘進(jìn)100 m～150 m對掘進(jìn)巷道的導(dǎo)線控制進(jìn)行檢查測量，并根據(jù)相向工作面最后點(diǎn)的坐標(biāo)和高程，重新計(jì)算貫通巷道的中線方向和坡度，根據(jù)計(jì)算結(jié)果對巷道的掘進(jìn)方向進(jìn)行修正。最后一次標(biāo)定貫通掘進(jìn)方向時(shí)，兩個(gè)工作面距離不小于50 m。

4 兩礦井之間巷道貫通的誤差預(yù)計(jì)

4.1 預(yù)計(jì)水平重要方向的貫通偏差

影響K點(diǎn)沿X軸方向的貫通誤差的因素有:地面連接導(dǎo)線的測角誤差、量邊誤差;東風(fēng)井、西風(fēng)井、豎井定向誤差;井下導(dǎo)線的測角與量邊誤差。

1)地面導(dǎo)線測角誤差的影響MXβ上:

其中，mβ上為地面導(dǎo)線測角中的誤差，本工程取mβ上=±5;Ryi上為地面導(dǎo)線第i點(diǎn)與K點(diǎn)連線在假定的Y軸上的投影長度，Ryi上值從貫通測量大比例尺設(shè)計(jì)圖上量取。

2)地面導(dǎo)線量邊誤差的影響MX1上:

其中，αi上為地面導(dǎo)線第i邊與假定的X軸間的夾角;m1i上為地面導(dǎo)線第i邊的量邊誤差，取

表1 的計(jì)算結(jié)果

表1 的計(jì)算結(jié)果

導(dǎo)線點(diǎn)號 Ryi R2yi西近1 320.0 1 742 400.0 1007 74.0 5 476.0 1005 372.0 138 384.0 1004 619.0 383 161.0 1006 660.0 435 600.0臨一820.0 672 400.0 1002 1 186.0 1 406 596.0Ⅳ8 840.0 705 600.0∑R2yi 5 489 617.0

表2 ·cos2αi上的計(jì)算結(jié)果

表2 ·cos2αi上的計(jì)算結(jié)果

導(dǎo)線邊號 li αi m1i m21i·cos2αi西近—1007 1 396.363 86°30' 0.005 0.09 ×10-6 1007—1005 258.255 86°00' 0.000 9 4.37 ×10-6 1005—1004 288.003 84°00' 0.001 0.01 ×10-6 1004—1006 156.743 16°00' 0.000 6 3.33 ×10-6 1006—臨 1 285.936 87°20' 0.001 0.002 ×10-6臨1—1002 268.853 29°00' 0.001 0.04 ×10-6 1002—Ⅳ8 941.304 24°30' 0.003 7.45 ×10-6 m21i·cos2αi=15.292 ×10-6

3)定向測量誤差的影響MX0:

其中，mα0為定向誤差，即井下導(dǎo)線起算邊坐標(biāo)方位角的誤差;Ry0為井下導(dǎo)線起算點(diǎn)與K點(diǎn)連線在假定的Y軸上的投影長度。

因規(guī)程規(guī)定兩次獨(dú)立定向之差不得超過2'，故一次定向中誤差取

Ry0從圖上量取。所以東風(fēng)井、西風(fēng)井兩豎井定向誤差引起K點(diǎn)X坐標(biāo)的誤差分別為:

西風(fēng)井:

東風(fēng)井:

4)井下導(dǎo)線測角誤差的影響MXβ下:

其中，Mβ下為井下導(dǎo)線測角中誤差，本工程取 Mβ下=7″;Ryi下為井下導(dǎo)線第i點(diǎn)與K點(diǎn)的連線在假定的Y軸上的投影長度，Ryi下從設(shè)計(jì)圖上量取。

5)井下導(dǎo)線量邊誤差影響M1下:

井下導(dǎo)線量邊采用全站儀進(jìn)行，導(dǎo)線量邊誤差約為±0.010 m。

6)上述各項(xiàng)誤差的綜合影響MX:

考慮各項(xiàng)測量工作都要獨(dú)立進(jìn)行兩次，并取平均值，故K點(diǎn)X坐標(biāo)總中誤差的最后結(jié)果為:

表3 的計(jì)算結(jié)果

表3 的計(jì)算結(jié)果

導(dǎo)線點(diǎn)號 Ryi R2yi 導(dǎo)線點(diǎn)號 Ryi R2yi 1 1 332.0 1 774 224.0 1' 1 188.0 1 411 344.0 2 1 332.0 1 774 224.0 2' 1 188.0 1 411 344.0 3 1 332.0 1 774 224.0 3' 1 184.0 1 401 856.0 4 1 170.0 1 368 900.0 4' 970.0 940 900.0 5 877.0 769 129.0 5' 918.0 842 724.0 6 665.0 442 225.0 6' 764.0 583 696.0 7 418.0 174 724.0 7' 544.0 295 936.0 8 250.0 62 500.0 8' 296.0 87 616.0

7)貫通相遇點(diǎn)K在水平重要方向的預(yù)計(jì)誤差MX預(yù):

MX預(yù)小于規(guī)定的貫通允許偏差，本工程規(guī)定水平重要方向的允許偏差為±0.500 m，故擬定的貫通測量方案和方法能保證貫通精度是可靠的，可以付諸實(shí)施。

4.2 預(yù)計(jì)豎直重要方向的貫通偏差

影響K點(diǎn)在豎直方向貫通誤差的因素有:地面導(dǎo)線的水準(zhǔn)測量誤差;東風(fēng)井、西風(fēng)井的豎直導(dǎo)入標(biāo)高的誤差;井下水平巷道幾何水準(zhǔn)測量的誤差。

1)地面水準(zhǔn)測量誤差的影響MH水上:

其中，L為地面水準(zhǔn)路線長度，km，本工程L=2.65 km;μ為每千米水準(zhǔn)測量的中誤差。

本工程采用四等水準(zhǔn)測量，規(guī)程規(guī)定每千米水準(zhǔn)測量的允許誤差為±10 mm，故中誤差取

2)導(dǎo)入標(biāo)高誤差的影響MH0:

其中，H為井筒深，m。

本工程東風(fēng)井H東=305 m，西風(fēng)井H西=198 m。

3)井下水準(zhǔn)測量誤差的影響MH水下:

其中，R為水準(zhǔn)路線長度，以百米為單位;mh為單位長度水準(zhǔn)測量的中誤差。

4)上述各項(xiàng)誤差的綜合影響MH:

各項(xiàng)測量工作都要獨(dú)立進(jìn)行兩次，并取平均值:

5)貫通相遇點(diǎn)K在豎直重要方向的預(yù)計(jì)誤差MH預(yù):

MH預(yù)小于規(guī)定的貫通工程在豎直重要方向的允許偏差。本工程規(guī)定的允許偏差為±0.300 m，誤差預(yù)計(jì)結(jié)果說明，預(yù)先選擇的測量方案和方法是可行的，能保證本貫通工程的質(zhì)量。

5 誤差預(yù)計(jì)結(jié)果

對以上方案進(jìn)行誤差預(yù)計(jì)，得到平巷水平面內(nèi)預(yù)計(jì)誤差為±0.364 m，豎直面內(nèi)預(yù)計(jì)誤差為 ±0.092 m。

6 測量方案評述

本測量方案可以保證巷道的正確貫通，節(jié)約了成本、時(shí)間和人力，提高了工作效率，為長距離平巷的貫通打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。特別是不作豎井幾何定向，僅用了2 h提升空隙時(shí)間作導(dǎo)入坐標(biāo)測量，減少了占用井筒時(shí)間，有明顯的經(jīng)濟(jì)效益，值得其他礦山參考和借鑒。

[1] 陳永奇.工程測量學(xué)[M].北京:測繪出版社，1995.

[2] 煤礦測量手冊(修訂本)[M].北京:煤炭工業(yè)出版社，1988.

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